公路沥青路面结构层粘接强度可靠性分析

张小利

摘要：改革开放以来，随着中国经济的高速发展和社会建设的不断进步，交通建设也在急速向前发展，直至今日，我国公路总里程已达450万km。而沥青路面则在城市道路和公路干线的建设上得到了广泛地应用，是目前中国铺筑面积最多的一种高级路面。沥青路面的结构层都是由面层、基层、底基层、垫层组成的。各结构层层间粘接强度的可靠性，将影响到沥青路面的安全性、适用性和使用寿命。同时沥青路面暴露于大自然中，会受到气候、温度、行车等复杂的外部条件的影响。文章将通过探究沥青路面结构层的构成，不同沥青路面类型的结构层间粘接状态来分析沥青路面结构层粘接强度的可靠性。

关键词：沥青路面;结构层;层间粘接强度

中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）11-0095-04

15世纪，印加帝国就已开始采用天然沥青来修路。1832～1838年，第一段煤沥青碎石路在英国格洛斯特郡被修建。至20世纪，石油沥青成为了使用量最大的铺路材料。1920年，中国上海开始铺设沥青路面。1949年后，随着中国经济与交通建设的迅猛发展，沥青路面的应用也更加广泛了。沥青路面是以沥青材料（分为煤焦、石油、天然沥青）为主，粗集料和细集料为辅制成的。沥青路面承受能力和可塑性强，噪音低当车辆过重时，还能变型，保证车辆运行的安全。但由于沥青路面的结构层都是由面层、基层、底基层、垫层组成的，因此层间粘接对沥青路面的使用影响也是颇大。然而早先我国在修筑公路时，沥青路面的结构层间粘接状态并未得到应有的重视，因此造成了许多沥青路面结构层间（沥青面层之间、面层与基层间等）粘接不良的问题，造成许多公路在使用初期便出现疲劳龟裂和车辙的病害，沥青路面的使用寿命也大大缩减了。在修筑沥青路面时，沥青路面结构层的粘接强度是设计沥青路面结构和在施工时必须要考虑的问题。双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状体系理论是我国沥青路面的设计理论，可因为行驶车轮荷载具有瞬时的特性，沥青路面便简化为了弹性半空间体。目前，我国公路在建设时对层间粘接开始重视了起来，通过大量的研究得出数据，得到沥青路面结构层的粘接强度更强的设计方案，从公路施工过程中所钻取的样芯，基本可以完整地看到沥青上、中、下面层。

1沥青路面结构类型

全球的沥青路面结构种类多，各路面类型结构层粘接强度也大多不同，相应的层间条件要求也是不同。

1.1全厚式沥青路面

加热适当比例的种类及大小均不同的颗粒集料、矿粉和沥青到一定温度后，拌和、摊铺并压实便制成了全厚式沥青路面，其路用性能也相对较好。热拌热铺法是制备混合料的常用办法，因此对制备方法和原材料的要求也较高，常为集中厂拌法。全厚式沥青路面的层间需完全粘接。

1.2组合式基层沥青路面

组合式基层沥青路面的面层为沥青混泥土，基层为沥青稳定碎石，底基层为无机结合料稳定集料，同时还可加铺级配碎石过渡层在半刚性基层上，主要承重层为沥青层。这种结构早期层间是完全粘接，但半刚性层损坏后，层间便不粘接。

1.3柔性基层沥青路面

柔性基层沥青路面的面层为沥青混泥土，基层为沥青稳定碎石或级配碎石。因为路面材料是由颗粒状材料集配成型的，所以这种路面不易因排水不通畅而受到损害。同时抗剪强度高，抗弯拉强度和耐疲劳性好，且相比于半刚性基层沥青路面，柔性基层沥青路面不易收缩开裂。

1.4半刚性基层沥青路面

半刚性基层沥青路面的基层用无机结合料稳定集料或土类材料铺就，具有一定抗弯强度。这种路面结构强度与承载力高、整体的稳定性和耐久性良好，造价低、板体性好，因此我国早期的大多沥青路面都是用的这种结构。但后来发现半刚性基层沥青路面的半刚性基层水渗透性差，导致后面半刚性基层与沥青层间粘接差，如表1所示。

2不同沥青路面的结构层间粘接强度分析

在沥青路面设计规范中，不同沥青路面结构类型或基层类型，规范中沥青路面的结构层间都被考虑为了完全粘接，但这样明显不符合实际。因此，若是根据规范中的说明来设计公路，这样的沥青路面通常达不到其预计的使用寿命，而且沥青路面新结构型式（包括全厚式、混合式基层等沥青路面）在我国公路上的应用也受到了相当严重地影响。以下是对不同沥青路面结构类型或基层类型结构层间粘接强度的分析。

2.1半刚性层与半刚性层之间

一般情况下，水泥用量、施工条件等条件不一样，会存在一定的等温压缩系数差，因此上、下半刚性层很难完全粘接。《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）第361条规定“水泥稳定土底基层分层施工时，下层水泥稳定土碾压完后，在采用重型振动压路机碾压时，宜养生7d后再铺筑上层水泥稳定土。水泥稳定级配砾石基层分两层用摊铺机铺筑时，下层分段摊铺和碾压密实后，在不采用重型振动压路机碾压时，宜立即摊铺上层，否则在下层顶面应撒少量水泥或水泥浆。”为了保证间粘接，两层半刚性层就需同时施工形成同等强度。但在实际操作中，两層半刚性层同时或说紧接着连续施工的难度极大，因为厚水泥稳定碎石需要重力振动压土机。从选取公路上获取的样芯来看，上、下、底半刚性基层能较好地连在一起，可以看成是的。可若是半刚性层强度高于7-8MPa，随着刚度变大、抗变形能力变小等一干系数得改变，应重新考虑层间粘接。

2.2级配碎石层与半刚性基层

2.2.1上层半刚性层，下层级配碎石层

当土基在工后发生较小的沉降时，因为级配碎石基层具有较大的抗变形能力，其内的碎石材料会因为这个原因而改变碎石的排列状况，原本紧密的碎石将会变得松散，仅有通过降低有限的施工压实度，才能缓冲差异沉降，也真是是因为这个原因，适当降低级配碎石层的承载能力是需要的，但半刚性底基层与级配碎石垫层仍存在一定的粘接。

2.2.2上层级配碎石层，下层半刚性层

强度与刚度较大的半刚性层位于级配碎石层之上，半刚性层的塑性变形极小，同时级配碎石层对变形有较好的适应能力。因此这种路面受路基沉降的影响较小，尤其是在半刚性基层未损坏前，而级配碎石层排水能力较好，下渗的雨水能有效地排出路外，级配碎石层与半刚性层间的粘接不易受到影响，半刚性上基层与级配碎石下基层间为完全粘接。

2.3级配砾石与级配砾石

级配砾石常用按一定比例混合的粗、中、小碎石集料和石屑等材料制成，其颗粒组成符合规定的级配要求。因为制作级配碎石材料的来源广，可就地取材并加工原材料和混合料，机械摊铺操作简单，且级配砾石具有良好的透水与扩散应力和变形适应能力，因此其层间也是完全粘接。

2.4沥青稳定碎石层与半刚性层

ATB密级和AM半开级配沥青稳定碎石为沥青稳定碎石基层目前比较常用的两种沥青稳定碎石。ATB密级配沥青稳定碎石基层跟半刚性基层相似，水需要更长的时间才能从沥青面层孔隙进入沥青稳定碎石层与半刚性层界面间，因为ATB密级配沥青稳定碎石基层的沥青层较厚。另外，因为ATB密级配沥青稳定碎石基层比半刚性基层沥青路面的半刚性层和沥青层的位置低，层间的剪应力也相对小一些，沥青稳定碎石上基层与半刚性基层间为完全粘接，且这种结构的路面使用寿命也更长。

而AM半开级配沥青稳定碎石为基层时，动压力水冲刷沥青稳定碎石层与半刚性层间界面所造成的唧泥、层间不连续等现象是不会出现的，因为AM半开级配沥青稳定碎石排水能力较好，因此沥青稳定碎石上基层与半刚性基层间为完全粘接。

2.5沥青稳定碎石层与级配碎石层

沥青稳定碎石利用沥青粘接料粘接、稳定碎石，强度较低，矿粉少，因此孔隙率较大。级配碎石层有一定的排水能力，在级配碎石上做透层和封层使级配碎石层渗透力良好。且沥青稳定碎石与级配碎石这2种结构均有较好的变形能力。因此沥青稳定碎石上基层与级配碎石基层间状态可认为是完全连续。

2.6沥青面层与半刚性基层

沥青面层与半刚性基层间粘接不良一直是半刚性基层沥青路面的弱点。半刚性基层沥青路面常应用半刚性基层，其紧密、强度高的特性使得透层油很难渗透进其基层中，而从裂缝和孔隙中下渗的自由水无法通过致密的半刚性基层，进而基层表面会存在积水，而后在行车荷载的作用下，“灰浆”由强大的“动水压力”反复冲刷基层表面形成，最后导致沥青面层与半刚性基层间粘接不完全，严重的甚至会产生“唧浆”、“脱空”等重大问题。我国有百分之九十以上的高等级公路为半刚性基层沥青路面，部分高等级公路样芯结构层间粘接良好，部分样芯结构层间粘接不良。

2.7半刚性底基层与土基

土基中的软土层一般为饱和软土层，因为饱和软土层主要为渗透固结和次固结沉降，所以要完成沉降需要相当长的时间。在路基填土时，无法统一压实密度、土质、含水量等条件，工后会产生差异沉降量。同时半刚性底基层抗变形能力很差，所以在道路的使用过程中会逐渐出现差异沉降，大小不一的脱空区或不连续段会出现于土基与半刚性底基层间。因此半刚性底基层与土基的层间为粘接不良。随着科技的发展，我国对土基的铺就方法进行了优化，由于饱和软土层位于地下水位以下，因此在铺就土基时，刚开始时软土层中的水会承担路基填土及车载等因素导致的附加应力，强化排水措施或较长时间的超载预压可以使软土层中的超孔隙水压力消散时间变短，有效应力增长加快，沉降变形度便会降低，半刚性底基层与土基的层间也更为粘接。

2.8级配砾石与土基

散体材料构成了级配砾石垫层，因此级配砾石垫层会随着土基在早期发生工后沉降而变得松散，差异沉降将会通过舍去有限的施工压实度来得到了缓冲，同时层间连续和承载能力得到一定的保证。而且在路基稳定过后，由于缓冲差异沉降的原因所丢失的压实度，在长期运营后，会恢复到设计时的地基反应模量，特别是级配砾石垫层会随着运营年限的增长，其压实度也会变得越来越高，同时得到越来越大的地基反应模量和承载力。因此级配碎石垫层与土基层间为粘接良好。

2.9沥青层与沥青层

沥青层与沥青层間通常都会喷洒粘层油来使其连结成为一个整体，因此施工过程中如果两层沥青层没有严重的污染的话，沥青层与沥青层间则为完全粘接。如上所述，路面结构层间的粘接情况如表2。

3结语

在沥青路面结构力学计算、结构设计方法中，对沥青路面层间粘接强度的预计是一个重要部分，同时还在很大的程度上影响对沥青路面使用寿命的计算。因此分析对沥青路面结构设计极其的重要。通过对不同类型沥青路面的各结构层间粘接强度的分析研究，更为完善了沥青路面结构计算设计方法，使其跟家接近实际情况。同时通过分析，也提醒了我们要对选择沥青路面结构要尤其重视，考虑各种会遇到的影响因素，选出最佳的沥青路面结构的设计方案。