铺面工程学：路面结构组成

图1-1所示的是路面的典型横断面［3］。实际上，不同类型路面的组成大体相同，一般包括主体结构和路肩等。

1.结构

路面在使用过程中受荷载和外部环境因素的作用，随路面深度的增加，这种作用的影响逐渐减弱。因循这一特点，同时出于经济性的考虑，对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性等方面的要求随着深度的增加而逐渐降低。所以，路面通常设计成多层次的结构，按照使用性能、受力状况、土基支撑条件和自然因素影响程度的不同，在路床以上采用不同规格和要求的材料分别铺筑基层和面层等结构层，必要时还需铺筑功能层。［4］

图1-1　路面结构典型横断面组成［3］

1）面层

面层是路面结构最上面的层次，直接承受行车荷载和外界环境的双重作用，同时也为车辆提供舒适、安全的行驶表面。面层材料必须具有足够的强度（抗疲劳能力）、抗变形能力、抗温度开裂能力以及良好的表面特性。

常用的面层材料有五类，即沥青混合料、水泥混凝土、块体材料、砂石粒料和土。实践中，人们一般根据面层材料的类型来区分并命名不同类型的路面，所以相应于五类材料的路面分别称为沥青（混凝土）路面、水泥（混凝土）路面、块体路面、砂石路面和土路面。沥青路面有时被称为黑色路面，当基层为沥青混合料或碎石材料时，也称为柔性路面；水泥路面有时也称为白色路面或刚性路面。

（1）沥青面层

沥青面层具有较好的使用性能。根据厚度的不同，沥青面层可以设计成单层或双层。对重要路面我国常设计成三层。上面层（表面层）在承受和扩散外部荷载的同时，还起着磨耗层的作用，因此它应具有优良的表面特性（平整、抗滑、低噪声）以及抵抗变形和开裂的能力，故对集料有很严格的要求；中面层（也称为中间层或黏结层）应具有很好的抗变形能力，一般设计成密实不透水的层次；下面层应具有优良的抗弯拉疲劳开裂的能力，同时也应具有一定的抗变形能力。

当交通量不大时，沥青面层还可以设计成沥青表面处治（简称表处）层或沥青贯入式材料层。沥青表面处治包括两种，即沥青和集料分层撒铺、碾压的层铺式表处以及沥青、集料拌和后摊铺、碾压的拌和式表处。沥青贯入式路面是指在密铺的单一粒径集料的空隙内灌入沥青、再撒铺细一档集料嵌紧所形成的路面。贯入式路面的沥青面层最多可设计成两层，有时设计成上拌下贯（贯入式沥青层上铺筑拌和式表处）的沥青面层。

（2）水泥混凝土面层

水泥混凝土面层具有强度高、能承受繁重的车辆荷载、使用寿命长的特点，具体可分为5种类型，即素混凝土面层、连续配筋混凝土面层、钢筋混凝土面层、钢纤维混凝土面层和预应力混凝土面层。

（3）块体面层

块体面层由整齐或半整齐的石块、预制的混凝土块或其他材料的块体紧密铺筑而成，块体可以带有特定色彩、铺成特定图案，以美化环境。这类铺面的平整度一般难以满足高速行车的要求，但结构承载力高。当块体的形状整齐、平面尺寸精度较高且尺寸较小时，块体在受力时可以形成紧密嵌锁，此时的铺面称为联锁块铺面；当块体尺寸较大或平面制作精度较差时，块体在受力时难以形成嵌锁效应，此时的铺面称为一般块体铺面或独立块体铺面。

（4）砂石料面层

砂石料面层是一种适用于轻交通的铺面面层，由各种碎石或砾石混合料组成，其顶面一般铺设一层砂磨耗层。

（5）土路面

土路面是指由满足特定要求的土壤或改良后的土壤铺筑压实而成的路面。

2）基层

基层是面层下面的层次，是路面结构的重要组成部分，其作用主要是承接面层扩散下来的竖向力，并将其进一步扩散到下面的结构层。因此，可以说基层是铺面结构中扩散荷载的重要层次，起承上启下的作用，应具有足够的强度和刚度。基层受水、温度等外界因素的影响虽然不像面层那么显著，但在强度、变形和耐冲刷性等方面也要具有足够的水稳定性，以确保整个路面结构的耐久性和使用寿命。

用作基层的材料通常包括：贫混凝土或碾压混凝土；沥青混合料；无机结合料稳定类材料；碎（砾）石混合料，天然砂砾以及片石、块石或圆石等。(www.xing528.com)

基层根据其厚度可以设计成一层或两层。当设计成两层时，上面一层称为基层或上基层，下面一层称为下基层或底基层。

对于等级较高或交通量较大的道路，基层的宽度可以做成道路的全断面宽度，如图1-1所示。

3）功能层

功能层是为保证铺面结构的功能而设置的非结构层，包括垫层以及封层、黏层、透层和应力吸收层等层次。垫层是介于基层和路床之间的层次，通常在季节性冰冻地区和土基水文状况不良时设置，其主要作用是保证季节性冰冻地区路床不致冻胀破坏，或改善地下水位高、排水不良路段路床的湿度状况，从而保证路床的强度和变形稳定性，进一步扩散基层传递下来的荷载，减小荷载引起的土基变形。

用作垫层的材料通常有两类：一类是砂、砾石、炉渣等松散性材料，筑成透水性垫层；另一类是采用低剂量水泥、石灰或粉煤灰等处治的材料，筑成整体性较好的垫层。垫层材料的强度要求虽不像基层那样高，但水稳定性同样要好。

除垫层外，沥青铺面结构中有时还需要设置封层、黏层、透层等其他功能层。其中，封层是为了保证其下面的结构层免受行车的影响或因其养生条件所需而设置的一种功能层，通常设在无机结合料稳定类或冷再生类结构层与沥青类结构层之间。封层可采用单层沥青表面处治或稀浆封层等。

黏层和透层是特殊的功能层。黏层洒布在沥青混合料结构层之间，其作用是增强沥青混合料层间的黏结性和整体性。透层洒布在粒料类基层、无机结合料类基层的顶面，透层材料渗入基层，改善基层与上面沥青混合料层之间的黏结性和整体性。

应力吸收层是一种变形能力较强的层次，其作用是延缓裂缝等损坏的反射或跨层扩展。

4）路基或路床

路基是垫层以下的部分，也是垫层及其以上结构的支撑结构物。路基应具有足够的整体稳定性和抗变形能力，不出现过量的沉降。路基顶部80～120 cm的部分，一般也作为路面结构的一部分来考虑，称为路床；路基顶部30 cm称为上路床，其余称为下路床。路床受行车荷载的影响较大，其水稳定性和抗变形能力将直接影响路面的整体使用性能，所以与路基的其余部分相比，对路床有较高的要求。路床由土、石料或土石混合料组成，当其强度或水稳定性不足时，应予以处治。

实践中有时将路面的基层设计成水泥混凝土材料，而面层采用沥青混合料，这样的路面称为复合式路面。一些旧的水泥混凝土路面上加铺了沥青层后，形成的路面结构也是复合式路面结构。

随着技术的发展，路面结构被赋予了更多的功能，出现了许多新功能路面，如排水路面、透水路面、压电路面、光伏路面以及智能路面等。

2.路肩

路肩是指主体路面结构（车行道部分）的外侧部分，对中间路面结构起到侧向支撑或保护作用，供车辆或人员临时停留，是路面结构的重要组成部分，如图1-1所示。

路肩应具备一定的承载力以承担临时荷载，所以路肩的结构也需要进行专门的设计。通常路肩被设计成单层或多层结构，对于等级不高的路面，路肩可以设计成单层的土路肩，以节省建设资金。而对于等级较高的路面，路肩需要一定的结构，所以可以设成面层、基层两个层次，并按需要再设置功能层，与车行道路面结构作为一个整体统一设计，以提供平整、坚实的路肩表面，并提供有效的侧向支撑。对于高等级公路路面，需要从功能性、经济性和施工的方便性等方面协调考虑路肩的结构组成、材料选用和排水系统，路肩的表面层最好采用和车行道路面的表面层同类的材料，这不仅便于施工，而且有助于改善车行道结构边缘部分的工作条件，延长路面的使用寿命。

相对于土路肩而言，有铺面结构的路肩也称作硬路肩。

3.排水系统

排水相关设施也是路面的重要组成部分，包括路表面排水和结构内部排水两部分。

为了迅速排除降落在路面表面的雨水或汇水，以确保行车安全、减少渗入路面结构的水分，路面表面需要设计有效的排水系统。这通常在几何设计时完成，将路表面设计成某种形状的横坡，通过横坡，将路表水尽快排至道路的边沟等排水设施中，使其尽快排离路面结构。路面横坡的大小与降雨量有关，也与路面材料的渗透性有关。路面的渗透性越大，则所设的横坡坡度也应该越大。为了迅速排水，路肩的横坡通常应比路面的横坡略大一些。对于排水路面、透水路面而言，其排水系统需要专门的设计。

通过路面面层的接缝、裂缝或材料空隙，或经由地下水的毛细作用进入路面结构内部的水分，如果积滞在结构内部，将会降低结构的强度，导致路面过早损坏。为了排除这些水分，人们常在路面内部设置排水系统，如设置由多空隙材料层、纵向边缘集水管（沟）组成的排水系统，使内部水分尽快渗流汇集到纵向集水管（沟）中，并尽快排离路面。

为了拦截地下水、滞水或泉水以免进入路面结构，或为了将未排除的、因负温造成的积聚在路床顶部的水分排除，可直接在路床顶面设置由多空隙材料组成的排水功能层（垫层），并设置纵向集水管（沟），构成排水系统。