公路沥青路面结构层位与功能分析研究

何燕立

（广州市道路养护中心，广东 广州 510000）

沥青路面是我国高等级公路主要的路面形式，根据沥青混合料的性能和受力特点逐层摊铺碾压而成。沥青混合料是通过高分子有机结合料沥青与矿粉裹附后将松散的粗细集料胶结在一起形成整体作为面层，与基层和垫层一起承担着行车荷载和外界环境因素的影响。不同的沥青混合料材料类型和层位特性发挥着不同的功能，共同为抵御着环境的变换和侵蚀以及荷载的作用，保持着沥青路面性能的整体稳定性，为车辆的行驶提供一个平整、坚实和安全的连续界面。

1 沥青面层功能与材料

1.1 路面结构受力特点

行车荷载和自然环境对路面既各自产生作用，又共同造成影响，并且在路面内部产生的效应会呈现出明显的随深度增加而逐渐变化的特点，其中压应力逐渐减弱，竖向荷载产生的剪应力先增大后减小，水平荷载产生的剪应力集中在表面层，并沿着深度方向迅速减弱，弯拉应力主要出现在承重层的底部，是结构层疲劳破坏的高发层位[1]。因此，为了适应不同深度处的力学响应，控制相应的变形与破坏，沥青路面不同层位应具有不同的功能特点。

1.2 面层的层位功能与材料特性

表面层是车辆荷载和自然环境直接接触的层位，属于高压应力区，为了车辆行驶的安全、舒适和经久耐用，表面层应具有平整、粗糙、耐磨、抗滑、密水和耐老化等功能。根据层厚，中面层通常是竖向荷载剪应力最大的区域，应具有髙温抗车辙和密水等性能，下面层为拉压过渡区，底部通常会产生一定的弯拉应力，该层位应具有良好的抗疲劳性能和其他性能要求。为了满足上述功能要求，通常认为密级配中粒式或细粒式沥青混凝土最适用于表面层，按照相应的压实标准，其碾压成型后的空隙率一般为3% ～6%，既可以有效防止水损坏，又为温度升高时沥青体积膨胀预留了一定空间，具有优良的路用性能。根据大量工程实践，表面层通常不使用空隙率大于6%的半开级配沥青混合料，如沥青碎石AM，避免压实后空隙率处于6% ～12%的范围导致水容易渗入混合料却难以流出，形成大面积水损坏。除此之外，密实型级配沥青混合料由于沥青膜较厚，沥青材料的性能发挥着主要作用，其结构抗裂性、疲劳强度、抗老化能力和耐久性均较具有明显优势，但热稳定性方面相对较差。对于高温地区的重交通和特重交通等级，可从沥青材料和沥青混合料结构类型上进行改善，如采用高性能改性沥青和骨架密实型沥青混合料。

沥青中面层和下面层所处层位的受力环境同样复杂，但由于不直接和车辆及环境接触，在平整度和抗滑耐磨等方面的要求可适当放松。并应结合层位受力特点和破坏类型在抗剪切流动变形、抗疲劳裂缝等方面提出更高的要求。

2 基层功能与材料

2.1 基层的层位特点

我国沥青路面基层主要采用无机结合料稳定类材料，是路面结构的主要承重层，抵抗着沥青面层向下传递的全部荷载并向下扩散，不仅如此，对于受水文环境影响而产生性能波动的路基结构，路面基层还要承担路基不均匀支撑所产生的变异性。作为主要的受力层，基层的设计主要抵抗荷载产生的弯拉疲劳作用，该性能的优劣直接影响着基层甚至整个路面的使用寿命。因此要求基层结构具有较高的强度、稳定性和耐久性，由于该层位不与车轮和自然环境直接接触，则材料的抗滑性能、抗剪切变形等性能指标要求可以相对放松。

2.2 基层功能与组合设计

国内沥青路面的面层层位和材料类型基本稳定，为了适应不同的交通荷载和环境的作用，通常在基层材料的选择和组合上体现出明显的不同。目前，沥青路面的基层以无机结合料稳定材料的半刚性基层为主，但也包含了沥青稳定类和粒料类柔性基层、贫水泥混凝土刚性基层以及组合基层等不同种类。合理选择基层类型直接关系到路面结构的整体稳定性和长期使用性能，并且考虑路基顶面提供均匀支撑的可靠性和当地水温状况，经过技术经济比较后选定[2]。当遇到路基的整体稳定性不佳、水温环境恶劣并且交通荷载特别繁重的路段，可以对半刚性基层和柔性基层进行组合设计，采用密级配沥青稳定碎石做基层，水泥稳定碎石作为底基层，这种组合基层在工程实践中应用广泛，性能显著，取得了良好的效果。研究表明，这种组合基层一方面在不降低路面结构承载力的前提下减轻了沥青面层内部产生的疲劳应力，同时发挥着沥青稳定类柔性基层有利于缓解反射裂缝的产生和发展、能够协调不同层位之间变形的优势，使路面长期保持良好稳定的工作状态。对于某些专用公路，如厂矿道路等交通荷载极其繁重或者经常出现超载超限的路段，除了采用贫水泥混凝土刚性基层之外，也可以采用配钢筋的混凝土板或连续配筋混凝土板作基层。

基层结构的厚度确定是路面结构设计的重要内容，主要应满足强度与刚度的设计要求，并应逐层进行验算，选取技术和经济都可行的厚度。同时还应该考虑可施工性以及集料规格对层厚产生的影响。

3 垫层功能与材料

沥青路面垫层主要用于路基水温状况不良的路段，位于路基顶面以上和基层以下，确保路面结构层不受路基中水分和细料的侵蚀。在非冰冻区垫层根据功能可分为防水垫层、排水垫层和防污垫层。当路基处于潮湿、过湿状态，为隔断地下毛细水上升应设置防水垫层，防水垫层主要采用粗砂砾、矿渣等大孔隙粗粒材料铺筑而成，具有消散地下水的作用[3]。排水垫层的功能主要不在于隔断地下水，而是通过路面结构综合排水功能将路基向下渗人与路基路面排水系统相衔接并按照计算的水量要求合理选定出口位置，排水垫层应防止底基层中的细粒料通过水渗入排水层堵塞空隙，必须在排水层与底基层交界处设置土工织物反滤层，保障排水功能的发挥。对于地处软土地区的潮湿路段，通过设置防污垫层可以防止路基土侵入路面，污染结构。防污垫层设置在路基顶面，采用粗粒料和土工合成材料分多层间隔铺筑，也可以和防水垫层和排水垫层以下达到防污的效果。

在降雨量大的广东地区，路基土质以粉质黏土为主，地下水位比较高，毛细水的影响深度大，路基经常处于潮湿、过湿状态，通常需要设置厚度不小于15cm 的排水垫层。

4 层间功能层

为了使得各层位之间连接紧密，形成一个连续型受力体系，必须采取措施保证层间结合，这样通过理论计算的应力响应才与实际荷载作用下的情况相似。沥青层铺筑之前应对下卧层进行彻底清理干净，并喷洒粘层油加强上下连接，粘层油以改性乳化沥青为宜。在铺筑沥青面层之前应在基层上撒布透层油，起到稳定、联结的作用，为防止水分通过沥青混合料空隙进行下渗，一般采用稀浆封层对基层表面进行封闭。当采用贫水泥混凝土刚性基层时，也应设改性粘层沥青，避免上下层模量相差较大时容易出现层间滑移的问题。

5 结语

沥青路面各结构层的材料特性和层位直接影响着路面整体功能的发挥和使用寿命的长短。研究为公路沥青路面结构设计中设计管理人员深入理解各层材料的路用性能、层位特点以及使用品质提供了依据。