沥青面层直接承受行车荷载和环境因素的综合作用,不仅起到了功能层的作用,而且一般具有扩散荷载的作用,所以要求其具有较高的强度(抗剪和抗拉强度)、耐磨性和高温稳定性[5]。常用的面层有沥青表面处治、沥青贯入碎石和热拌沥青混合料三种类型,各类面层适应的交通如表8-4所列,交通量越大、轴载越繁重、道路等级越高,采用的面层材料的等级也应越高。考虑材料自身特点和施工因素,各类材料的常用最小厚度如表8-5所列。
表8-4 各类面层适应的交通
表8-5 各类材料的压实最小层厚
续表
沥青表面处治(沥青表处)是用沥青和集料按层铺法或拌和法施工形成的厚度不大于3 cm的薄层面层,主要用作改善路面的表面功能,起到防水、防尘、防泥泞、防滑等功能性作用,适用于交通量很小或三级、三级以下公路的路面工程,也可用于旧路面上的加铺层。拌和法表处是指将拌和好的沥青混合料经摊铺碾压而成,可采用热拌热铺或冷拌冷铺法施工;层铺法是指先洒布一层沥青、紧接着撒铺一层集料经碾压而形成的层次,如图8-4所示。单层沥青表处的厚度为1.5 cm左右,双层表处的厚度为2.5~3 cm。
图8-4 沥青表处路面的施工过程(层铺法单层表处)
沥青贯入碎石,也称沥青贯入式路面,是指首先撒铺粗骨料碎石组成骨架层,然后分层浇洒热沥青并撒布嵌缝料,经碾压而形成的路面形式,如图8-5所示。厚度范围一般在4~8 cm(单层贯入式厚度一般为4 cm,双层贯入式一般不能超过8 cm),适用于二级以下或交通量不大的二级公路的路面。实际施工时,常常在沥青贯入碎石层上面加铺沥青表面处治层或沥青砂作为封层,以减少表面水的渗入,此时形成的面层结构称为上拌下贯式面层。(www.xing528.com)
图8-5 沥青贯入式路面的施工过程(单层贯入式)
当道路交通量较大时,目前广泛使用的面层类型是热拌沥青混合料(Hot Mix Asphalt,HMA)面层。这是一种高级路面形式,是采用专门设计的集料级配和热沥青在专业拌和设备中拌和,并采用专业设备摊铺、碾压后形成的路面结构层,可根据交通量的大小设计成单层、双层、三层或更多层次,每层厚度除了考虑表8-5中的因素外,还应考虑现场压实能力,最大厚度一般不大于12 cm。
上面层是路面结构的磨耗层,要求具有好的高温稳定性、低温抗裂能力、抗滑能力和表面构造深度。一般情况下,中面层是产生车辙的主要层次,所以要具有很好的抗车辙能力和防水能力。下面层则要有很好的抗疲劳开裂能力。
影响沥青层厚度组合设计的因素有很多,包括交通繁重程度、材料性能、环境因素等,应该根据当地路面性能的使用经验确定,尤其应该认真考虑交通的影响,选择能够满足交通要求的沥青层总厚度。对于高速公路,可根据式(7-2)进行优化,或参考图8-6确定[8]。
图8-6 某地区高速公路不同交通量时所需要的沥青层厚度(图中土基模量是静态模量,未改性沥青)
对于重交通和特重交通路面而言,仅满足上述一般要求是不够的,对上面层、中面层、下面层还需要提出更为具体严格的要求。上面层应能提供平整的行驶表面、足够的抗滑性能、足够的高温稳定性和足够的耐久性,可以考虑采用SMA(Stone Mastic Asphalt)或OGFC(Open Graded Friction Course)等混合料类型,上面层甚至中面层可以考虑采用改性沥青。对于集料而言,则应在其形状、表面纹理、强度、与沥青的黏附性以及最大粒径方面执行严格的规定。SMA同时具有优良的抗变形能力和理想的表面构造深度,而OGFC因其空隙大,不仅具有降低行车噪声的功能,而且具有尽快排除路表水的功能,从而保持雨天轮胎与路面的接触面积,减少行车溅水对后面车辆的影响,增加行车安全性。在沥青含量方面,考虑到不同面层层次的功能及发生水损坏的可能性,对上面层的沥青用量,可以采用试验结果的下限,或偏向于下限。中面层由于承受很大的剪切等复杂应力的作用,应具有很强的高温抗变形能力、很高的强度、很强的抗水作用能力和很强的耐久性;混合料级配上则可选择抗车辙能力强的级配,如我国《公路沥青路面设计规范》(JTGD50—2017)中的建议级配或Superpave级配,对特重交通,还可采用高模量沥青混合料。下面层则应具有足够的抗疲劳性能、足够的耐久性和足够的水稳定性,级配上可采用抗疲劳型级配,沥青用量以采用试验结果的上限为宜,这样可以增强其抗疲劳能力和抗水损坏能力。
当上面层、中面层沥青结合料采用改性沥青时,图8-6中的沥青层厚度可适当减薄。
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