沥青路面层间工作状态分级及处治标准研究

杨

121洋，王选仓，王建亚

（1.陕西省高速公路建设集团公司，陕西西安710054；

西安710064）

2.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西

摘

要：针对我国规范中层间处治技术设计的不足，论文通过对道路不同几何特征条件下层间工作状态分析，确定了

基于纵坡度和平曲线半径的不同路面结构形式层间工作状态分级指标及标准，并对不同层间材料进行使用效果进行室内试验评价，提出基于不同层间工作状态分级的材料类型及性能要求，制定基于层间工作状态分级的沥青面层处治技术设计标准，并通过试验路验证。

关键词：沥青路面；层间；分级；设计标准中图分类号：U416.2

文献标识码：B

1引言

同工况下透层和下封层材料应达到的技术性能设定了目标，进而通过室内渗透性试验及层间剪切试验，对不同透层及下封层材料进行技术指标评价，制定具有良好使用性能的沥青路面层间处治技术设计标准，进行基于层间工作状态的材料设计优选，为相关规范的修订提供技术支撑，对今后陕西省乃至全国的公路沥青路面的设计、施工都具有十分重要的意义。

随着公路修建水平的不断提高，路面层间处治越来越受到高度重视，目前大多高速公路路面层间处治费用几乎达到一个结构层费用。国外层间处治技术较行业现有水平来说较为薄弱，对我国公路层间处治技术标准及检测方法的研究并无实际的指导意义。而国内相关规范尚未有明确的层间处治技术指标与标准。设计单位和质量监督管理部门仅凭以往的经验，设计方案和验收检测无章可循，随意性较大，带有一定的盲目性，较好的层间处理技术也难以推广，也难以确定哪种处理措施更为有效，而等到路面发生破坏后则为时己晚。为此，本文针对国内路面层间设计规范的不足，首先通过计算确定了半刚性基层沥青路面、复合式路面、桥面铺装层和隧道路面层间工作状态，并确定不同路面结构层间工作状态进行分级指标和标准，为不

表1

分级等级ⅠⅡ

最大剪应力/

MPa0.46～0.420.40～0.37

2路面层间工作状态分级

通过理论计算系统研究了纵坡度、纵向水平力系数、平曲线半径、超载、超高、车速和温度等各种因素对路面层间力学响应的影响。在计算结果的基础上，针对十天高速汉中西段实际情况，以纵坡度和平曲线半径这2个主要因素对半刚性基层沥青路面、复合式路面、桥面沥青铺装层、隧道路面及硬路肩路面进行了层间工作状态五级分级，见表1。

层间工作状态

十天高速公路沥青路面层间工作状态分级

纵坡/%

规范要求值

实际工况要求值

2.5～3.51.5～2.51.5～3.02.5～3.5＜1.5＜1.51.5～2.5＜1.5＞2.5≤2.5

极限值400400250400400250400400400400

平曲线半径/m

规范要求值一般值700700400700700400700700700700

最大值10000100001000010000100001000010000100001000010000

实际工况要求值≤700700～2000≤1000≤10002000～100001000～100001000～30003000～10000≤10001000～10000

路面结构形式

复合式路面/桥面复合式路面/桥面

隧道路面半刚性基层沥青路面复合式路面/桥面

≤4≤4≤5≤4≤4≤5≤4≤4≤4≤4

Ⅲ0.40～0.34隧道路面半刚性基层沥青路面半刚性基层沥青路面

ⅣⅤ

0.34～0.25＜0.25

硬路肩硬路肩

注：在实际工程中，上表中影响工程所属工作状态的单项因素可能隶属于不同的级别，以最不利工况为准。

2012年5期（总第89期）43

道路工程

3

3.1

路面层间处治效果研究

透层使用效果评价

用的目的。下封层可实现封水防水、稳定基层、解决沥青面层与基层的粘结、延缓基层产生反射裂缝等。影响层间抗剪强度的因素很多，除沥青材料洒布量外，还有改性剂的掺量、温度、材料性质、集料粒径、集料岩性、集料洁净度、有无透层材料等。通过层间剪切试验研究，将不同温度下“一油一料”同、“两油一料”沥青同步碎石封层和稀浆封层步碎石

进行抗剪强度比较，具体试验结果见图3所示。

透层不是路面结构中的一个单独的结构层，而是与基层浑然一体的一部分，依靠透层材料本身的渗透性能渗入基层顶面一定深度，形成一有机结合料渗透层，其作用是有利于基层向沥青面层过渡、增加基层与沥青面层间的粘结力、补充基层表面的孔隙并将基

。《公路沥青路施工技层表面松散的集料粘结在一起

术规范》规定：透层油渗透入基层的深度宜不小于

5mm（无机结合料稳定集料基层）－10mm（无结合料粒料基层），并能与基层联结成为一体。

参考有关工程实践，根据十天高速汉中西段路面结构特点，进行了常规透层材料和高渗透乳化沥青渗透试验及层间剪切试验，试验结果见图1和图2。

图3“一油一料”、“两油一料”沥青同步碎石封层和稀浆封层的抗剪强度对比

通过图3可以得出，（1）3种下封层的抗剪强度

均随温度的升高急剧下降，具有很强的温度敏感性；：（2）25℃，40℃和60℃温度下抗剪性能

“两油一

料”沥青同步碎石封层＞“一油一料”沥青同步碎

石封层＞稀浆封层，表明稀浆封层的抗剪性能比沥青同步碎石要弱，这可能是因为稀浆封层中的结合料是乳化沥青，乳化沥青粘聚结力没热沥青大。

为了进一步研究3种下封层的防水效果，本文对3种下封层材料进行了加压渗水试验，防水结果：稀浆封层＞“两油一料”沥青同步碎石封层＞“一油一料”沥青同步碎石封层，原因是稀浆混合料的有级配而且集料较细，铺筑成型后封层均匀、密实，能够与

按照试验结果对不同透层材料的渗透性能和抗剪性能进行排序，见表2。

表2

性能渗透性能抗剪性能

面层良好结合，2种沥青同步碎石封层的集料之间存在空隙，S面层结合处不可能不透水，因此，沥青同步碎石封层的防水性能稍差一些。另外“两油一料”沥青同步碎石封层的成膜厚度稍大，因此“两油一料”沥青同步碎石封层的防水性能要稍优于一油一料同步碎石封层。

，“两油一料”沥青同综合抗剪性能及防水性能步碎石封层是最佳的下封层材料。

透层材料性能对比

煤油稀释沥青乳化沥青改性乳化沥青高渗透乳化沥青

良差

中良

差优

优中

通过试验研究和性能检验发现，（1）渗透性能：

高渗透乳化沥青＞煤油稀释沥青＞乳化沥青＞改性乳化沥青；（2）抗剪性能：乳化沥青＞高渗透乳化沥青＞煤油稀释沥青；（3）高渗透乳化沥青具有良好的渗透性能和抗剪性能，是最佳的透层材料。3.2

下封层使用效果评价

下封层通过封闭表面空隙，使得基层表面有一定厚度的沥青薄层防止水分侵入基层，达到路面经久耐

442012年5期（总第89期）

4路面层间处治设计标准及推荐材料

在系统归纳理论计算、试验研究及现场应用的基

础上，结合本文对透层下封层层间性能的研究，提出了透层和下封层推荐材料室内指标与试验标准，可以作为透层和下封层处治措施设计指标及标准。由于太

阳照射，沥青混合料路面温度往往高于气温，由于下封层位于沥青路面以下，该层位的温度虽不像路表那样高，但也会高于室温，所以建议下封层材料技术指标采用40℃抗剪强度。

表3

半刚性基层沥青路面透层设计指标及标准（渗透试验）

指标

工作状态等级

Ⅱ级

渗透深度

Ⅲ级Ⅳ级

推荐值/mm

≥12≥9≥6

料，如高粘沥青和高掺量SBS改性沥青。

表5

实际工程所属工况Ⅰ级

煤油稀释沥青0.9－

Ⅱ级

1.1kg/m或高渗透乳化沥青0.9－1.2kg/m2

煤油稀释沥青0.7－

Ⅲ级

0.9kg/m2或高渗透乳化沥青0.6－0.8kg/m2

Ⅳ级Ⅴ级

煤油稀释沥青0.6－0.7kg/m2

2

不同层间工作状态分级的层间处治材料及洒布量

透层材料及洒布量（仅半刚性基层路面洒布透层）

“两油一料”同步碎石封层（上层乳化沥青0.4kg/m2，碎石8kg/m2，下层SBS改性沥青1.4kg/m2）或“一油一料”同步碎石封层（SBS改性沥青或高粘沥青1.4kg/m2，碎石8kg/m2）

4.5%SBS改性沥青“一油一料”同步碎石封层（SBS改性沥青1.4kg/m2，碎石8kg/m2）或橡胶改性沥青“一油一料”同步碎石封层（橡胶改性沥青2.2kg/m2，碎石9kg/m2）

基质沥青“一油一料”沥青同步碎石封层

适用下封层材料及洒布量

表4下封层设计指标及标准

（层间剪切试验（垂直荷载为0.7MPa））

指标

工作状态等级

Ⅰ级Ⅱ级

40℃层间抗剪强度

Ⅲ级Ⅳ级Ⅴ级

推荐值/MPa≥0.40≥0.37≥0.35≥0.25≥0.22

综合考虑不同工况的实际要求和层间处治措施的使用性能，推荐了适合于不同路面层间工作状态分级的透层和下封层材料类型，为实体工程透层材料选取提供参考，详见表5。

具体施工时，要结合工程所在地的地质地形情况、气候条件和车辆交通情况选择适宜的层间处治材料。比如：山岭重丘区公路由于长大纵坡较多，层间抗剪性能应予以十分重视，无论什么气候和交通情况如何，都推荐采用粘结性能较好的沥青作为下封层材

表6

试验路工程名称黄沙窑大桥

起止桩号K373+385～+591

桥型整体式

长度/m206

5

5.1

现场试验路铺筑及效果分析

试验路铺筑

试验路选择在十天高速汉中西段K373+385～+591处黄沙窑大桥处实施，采用高渗透乳化沥青的“两油一料”沥青同步碎石封层进行了铺筑，试验段长206m，纵坡度为1.2%，平曲线半径为2500m，试验方案见表6。

试验路方案

纵坡/%－1.2

平曲线半径/m

封层

结合料

2500“两油一料”同步碎石封层SBR改性乳化沥青

5.2试验路验证

路面施工完成后，对复合式路面、桥面和隧道路面等进行现场剪切拉拔试验，并钻芯取半刚性基层路面沥青面层和水泥稳定碎石基层试样，对试样进行层间抗剪强度试验、层间拉拔试验和层间剪切疲劳试验，试验结果表明，试验路层间处治效果大大优于其他路段层间粘结效果。试验段通车以后没有发现拥包、推移等病害。

（1）以纵坡度和平曲线半径这2个主要因素对半刚性基层路面、复合式路面、桥面、隧道路面及硬路肩路面进行了层间工作状态五级分级。

（2）渗透性能：高渗透乳化沥青＞煤油稀释沥青＞乳化沥青＞改性乳化沥青；抗剪性能：乳化沥青＞高渗透乳化沥青＞煤油稀释沥青；综合渗透性能和抗剪性能，高渗透乳化沥青是最佳的透层材料。（3）抗剪性能：“两油一料”沥青同步碎石封层＞“一油一料”沥青同步碎石封层＞稀浆封层；防水性能：稀浆封层＞“两油一料”沥青同步碎石封层＞“一油一料”沥青同步碎石封层；综合抗剪性能和，“两油一料”同步碎石封层是最佳的沥青防水性能

下封层结构。

（4）采用渗透深度作为评价半刚性基层路面透

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6结论及建议

本文将在以往研究的基础上，通过室内外试验，结合依托工程试验段，将半刚性基层透层处治技术及不同路面结构下封层处治技术等内容上升到技术标准层次，建立高速公路沥青路面层间设计指标及标准。

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道路工程

图4试验路铺筑现场

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层处治技术的指标，并制定了Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个等级工

况的透层设计标准和最佳材料；采用40℃抗剪强度作为评价下封层处治技术的指标，并制定了五个等级工况的下封层设计标准和最佳材料。

（5）铺筑了高渗透乳化沥青和“两油一料”沥青同步碎石封层试验路，验证了其层间处治效果的优越性和研究结论的可靠性。

高速公路沥青路面层间处治技术的好坏关系到整体结构的耐久性，为解决基面层间结合引起的路面早期病害、提高路面的使用性能和使用寿命都具有重要的作用。同时，该技术目前尚不成熟，效果较好的层间处治技术造价较高，还需进一步进行后期观测分析，以发挥其最佳功能，从而广泛应用于工程中。

参考文献：

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