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浅谈沥青混凝土路面在市政道路设计中的应用

发表时间：2020/9/27 来源：《基层建设》2020年第17期作者：石彦龙葛阳

[导读] 摘要：沥青混凝土路面是一种非常常见的路面结构，本文就针对某立交工程 EPC 总承包工程，分析其路面的结构组合。

        杭州市城建设计研究院有限公司 310016
        摘要：沥青混凝土路面是一种非常常见的路面结构，本文就针对某立交工程 EPC 总承包工程，分析其路面的结构组合。
        关键词：沥青混凝土路面；道路设计；要点
        在市政道路的设计过程中沥青混凝土路面是最常见的路面之一，这主要是由该材料的物理性能所决定的，用沥青混凝土做成的路面具有极大的承载能力和抗滑能力，所以这些优势使得应用的广泛性被进一步拓宽。现阶段，在进行路面设计的过程中，怎样使用该路面；怎样对其结构进行有效组合，然后正确选择组合等内容，都在提升路面质量，延长使用期限的过程中具有极大的影响。所以，正确选择路面材料，以及结构组合要点等工作就成为了路面设计过程中最重要的内容。
        1 项目概况
        本次主要针对某立交工程EPC 总承包工程进行研究分析，该工程主要包含两条道路，均为城市主干道。其一为南北中路道路，规定设计车速为 40 km/h，共含双向六车道。起点桩号为 K0 +000，终点桩号为 K2 +148.741，全长 2 148.741 m。根据国家标准设计要求路幅宽为 38 m：两侧各 7 m 宽（人行道）+ 12 m（车行道）+ 12 m（车行道）。立交工程为三层菱形立交：①横三路上跨（上跨层，远期预留）；②横三路辅道与纵次一路辅道平交层（地面平交层）；③纵次一路下穿（下穿层）。其二为主线纵次一路道路，规定设计车速为 50 km/h，共含双向八车道。全线长 716.293 m，设计桩号为 K0 + 000 －K0 +677.353，根据国家设计要求标准路幅宽为 43 m：包含道路两侧各 6 m（人行道）+ 15.5 m（车行道）+ 15.5 m（车行道）。
        2 沥青混凝土路面设计要点
        一般在设计沥青路面结构的时候需要先对施工现场进行考察，并依照实际条件拟定设计方案，在确定方案之后还需要重点研究沥青材料的各项性能，以此选择出来最佳的材料。具体流程见图 1。

图 1 沥青路面结构设计流程
1）交通量的确定。在进行市政道路设计的过程中，交通量是需要进行综合考量的一项重要因素，所以在对沥青混凝土路面进行设计的过程中，设计单位及设计工作者都应该要提前对道路的交通量实施计算和预估。在这整个过程之中设计工作者可以对该设计路段的交通量进行测量，然后运用预估的方式获得最终所要设计的交通量，并且将这一分析数据换算成为标准的轴载车道累积当量轴次数据之后再实施后面结构层厚度的进一步计算，当前我们国家在路面设计的过程中都是以 BZZ －100 为标准的，其具体参数见表 1。

2）结构组合的设计。路面结构设计的科学性将会直接影响到最终道路的使用期限，从这一点上来说，设计工作者就应该要以下面这几点内容为基础来对完成路面结构设计：①设计工作者应该要先对施工当地的水文条件、地质因素以及气候变化等内容进行详细的调查和数据收集，并且最终将这些内容全部当做路面结构设计的前提条件，并以此来保证路面能够在结构方面实现基本的稳定性与耐久性；②设计工作者还应该主要针对当地已经使用过一段时间的道路路面基本结构进行详细地调查，并且重点分析整个结构之中能够被充分利用的内容，并以此为借鉴，确保现在路面结构设计方案能够在原先的基础上做到真正的因地制宜；③设计者还应该要依照当地经济状况、道路功能以及等级等因素进行设计。
3）有关材料设计。由于沥青混凝土材料本身的物理性质与化学性质非常复杂，比如，在正常的温度之下，该材料会表现出来一定的粘弹性；但是在负温度的状态之中，该材料则会出现一定的弹性，所以，这就要求设计工作者在开展实际工作的时候一定要将材料的配比设计工作重视起来，在具体设计沥青混合料配比的时候通常需要使用马歇尔实验的方式，见表 3。其主要的设计内容包含有加工方式与级配的大概范围，对于级配来说一般使用最多的就是 AC －20。

        4）结构厚度的设计。路面结构层的厚度设计是基于路面结构组合设计而进行的，这一设计内容将会直接影响到道路的整体稳定性。在具体设计的时候往往要注重两个基本要素，分别是交通量与抗压参数，这两个因素一般都会直接影响到结构厚度的计算。对于这两个要素来说，其中交通量可以运用实地观察和预估的方式来确定；对于抗压参数来说应该通过相应的试验进一步确定。
        5）排水设计。因为该材料本身的特性影响，一旦道路上的积水没有及时进行处理，那么势必会导致路面出现严重的病害，最终使道路无法正常使用。对于这一点而言，设计单位与设计工作者应该重视路面排水系统的设计工作。在实际进行设计的时候设计工作者通常需将下面几点内容结合进来综合考量：①在设计的时候应该将中央分隔带排水、路面结构排水与交叉路口排水等几项内容结合进来，以此确定最终的排水方案，与此同时，设计工作者还需要重点关注路况相对比较复杂的区域；②在确定好排水方案之后，设计工作者还需要进一步设计路面排水设施的布置方式，确保在重庆雨季的时候，道路之中的积水仍旧能够被顺利排出，保障基本的交通出行；③除了设计专门的排水层之外，还应该选择合理的路面材料，不管是应用细集料、填料还是粗集料等都要保证能够依照基本的质量要求进行选择，以此有效提升结构当中水流出的效率，减少储水的时间。
        3 设计应用
        1）以交通特征和结构层功能为基础确定路面结构层次。市政道路在设计的过程中其路面结构并非是单层的，而都是由多层路面所共同构成的，选择的沥青混凝土材料都必须要拥有强大的承载力，可以承载过往车辆的反复通行；并且还需要对过往车辆的荷载产生反复的抗压作用。另外，由于道路路面所受到的影响因素之中最大的就是自然因素，所以在选择材料的时候应该要选择具有良好热稳性以及不透水的材料，这样可以有效防止路面的整体质量与功能发挥受到影响。与此同时，对于一些交通量比较大的，并且轴载较重的路面来说，对于路面材料的强度具有更高的要求，所以在选择材料的时候必须要选择强度较大的沥青混凝土材料。一般在路面结构之中，路基和路面是同时承载着过往车辆的荷载，在产生向上荷载的同时，也会产生向下的力，并且会将其传递到路基上，所以，在该道路结构之中必须要存在连接层，它存在的主要目的就是为了能够起到一定承上启下的作用，一般会将其设置在路面和路基之间，比如设置下封层以及透油层等。
        2）以结构层自身特点为基础实施结构组合。在沥青混凝土路面当中每一个结构层其材料的物理特性都存在一定的差异，对此在路面设计的过程中，应该将该材料路面自身的物理特性充分考虑进去，以确保路面每一个结构层次都能够实现有效的衔接。在选择路面材料以及结构层的时候还应该特别注意上下层与邻层次之间的关系，以此来形成一种相互制约、相互影响的关系。每一个该材料路面间层衔接的有效性都应该注意层面彼此之间存在的无缝紧密特性，只有这样才能够有效发挥路面材料的基本性能，并且有效传递应力作用，使荷载力之间的相互作用能够连续起来。需要注意的是，应该及时采取有效措施规避层面之间的位移与滑动情况。
        3）以路基的湿度状况为基础实施结构组合。该材料路面施工需要有稳定的路基，一般路基的含水量和干湿程度将会直接影响到沥青路面。在重庆市这样的潮湿地区，其沥青混凝土的路基材料选择应该要科学地考虑水稳性，这就不能使用黏土等一些粘性比较大的材料当做路基，因为一般粘性较大的路基在遇到水之后易出现粘结的情况，无法有效控制路基的含水量，最终就会导致路基失稳，由此影响到路面的质量。
        4）层次数量与层次厚度要适当。该材料的路面结构本身还具有非常明显的层次性，但是在设计层次的时候不能设计过多的层次，因为层次越多，就会增加路面的厚度，最后导致该材料的扩散应力受到一定限制，无法进行后期施工。由于该材料路面的层次受到路面材料厚度以及基本结构的影响，所以在前期设计的时候应该要先确定路面材料的厚度以及结构，然后再确定好整个道路路面的结构层次。或者也可以对微小沥青混凝土路面层次的厚度进行调整，以确保每一个层次的厚度都能够达到相应的规范要求。
        4 结构组合的选用
        1）依照结构层的荷载状况选用。该材料路面当中每一个结构层都对荷载的应力作用有所差异，在向下的时候其荷载力的大小会渐渐弱，所以在道路结构层选择层面的时候，应该要依照不同的应力要求，选择合适的施工材料，以此来满足每一个层面对强度的基本要求。在选择组合方式的过程中最常用的就是依照强度随深度的增大而减小的理论，设计出来自上而下递减的结构层组合方式。另外该材料的路面在施工的过程中需要遵循基本的经济原则，所以最好能够依照就近原则来选择施工材料，最好就是能够直接选择当地的材料，以此最大限度地降低运输成本。由于市政道路本身的运输承载功能的特殊性，所以在进行道路设计的过程中应该要遵循沥青混凝土的强度变化规则，有效控制路面结构层之间的相互作用力，特别是要将其材料的拉应力控制在材料物理性能可以承受的最大范围之内，这样最终才能够防止沥青路面出现断裂等情况。在道路设计的过程中对沥青路面结构组合实施优化，并对其拉应力和材料性能以及每一个结构层的材料对环境的变化规律进行总结，最后就能够获得相应的设计经验，给后续工作的进一步展开打下基础。
        2）各结构层的特点及作用。对于沥青材料的路面来说应该要满足基本的结构强度要求，必须要能够抵抗疲劳、抗磨损、抗水损，并且在高温的情况下还能够保持基本的稳定性，还需要表面抗滑、平整、噪声低等。对于基层来说除了要满足强度要求之外，还要能够扩散荷载，并且具有一定的水稳性。每一个结构层影响物理特性的因素都是不同的，所以对其实施整体优化之后能够有效降低一些共同因素的影响，另外还需要及时采取合理的措施对整体组合的影响因素加强控制。比如，沥青路面所使用到的水泥稳定砂砾基层这种材料本身对于温度有极高的敏感度，一旦温度有所变化，便会使路面的裂缝情况加剧。所以这就需要增加结合料的剂量以及面层的厚度，以避免这种情况的发生。因此，在市政道路设计工作当中，还是需要进一步加强该材料路面结构组合的研究。
        5 结束语
        综上所述，在市政道路设计的过程中要想合理选用沥青混凝土路面，就需要对其每一个结构层进行详细分析，这还有助于提升道路建设的水平以及我国当前的城市化建设水平。对于当前我国家在道路设计过程中对沥青路面结构组合选择经验不足的情况，在未来还需要对其结构组合的要求进行更加深入的研究，以此才能够保证选择出来材质更优良的沥青材料。
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