深化路面设计提高沥青路面工程质量
摘要：为提高高速公路沥青路面的工程质量，延长新建高速公路路面使用寿命，从设计角度出发，在弯沉、结构设计、防排水三个方面提出一些看法，为路面设计提供一点参考。
关键词：道路工程；路面设计湾沉；结构设计；防排水
1概述
目前我国很多新建的高速公路沥青路面存在着不同程度的早期病害，这些不同程度的病害严重影响了高速公路使用的舒适性和安全性。很多高速公路都很难满足设计15年的使用寿命。在高速公路运营管养中，进行预防性养护，在很大程度上有效弥补了设计中的缺陷。
2深化路面设计
以往路面设计理念上主要注重设计年限内设计轴载与实际轴载是否吻合，习惯套用标准结构。很少会关注轴载的轮压、超载轴载换算、行车车速、施工过程中路面原材料变异性、现有国内的施工技术水平、不同地域的自然环境差异等因素，致使路面设计文件比较粗糙，设计思路与实际路面成品脱节。如果路面设计中多考虑一些细节，采用一些先进的设计理念，将非常有利于延长高速公路使用寿命，降低日后高速公路的运营维修养护费用。
2.1路基设计弯沉及路基弯沉检测
合格的路基工程是路面工程质量的最基本保障。
2.1.1路基设计弯沉
在路面结构设计中，我国仍然采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以设计弯沉值作为路面整体刚度指标，进行路面厚度设计。一般设计思路是：根据设计年限内设计车道上通过的累计当量轴次，通过计算公式，计算出设计弯沉值，再通过弹性层状体系理论计算出路面结构类型，通过验算实际值小于设计值，则满足要求（弯拉应力及抗冻验算暂未考虑）。
(l）土基回弹模量：
在路基设计弯沉值计算公式中包含了土基回弹模量
这一参数，该参数的取值直接影响路基弯沉值的计算结果。
土基回弹模量是怎样获取的呢？根据查表法（或现有公路调查法）、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的路基回弹模量设计值。一般设计过程通常采用室内试验法。根据勘察设计取土场现场取样进行室内试验，得出土基回弹模量。但实际施工中由于种种原因，路床填土CBR值不一定满足设计要求，也就是说即便路基施工填土压实度能够满足施工规范要求，但填土的回弹模量仍满足不了设计要求。因此在设计过程中应充分与施工现场实际相结合，提前对填土，特别是有些区填土进行优化设计，通常采用土质改良的方法提高路基强度。
(2）三个参数：
另外通过路基设计弯沉计算公式中还有三个参数值得我们关注：
①p一轮胎接地压强。随着高速公路超载情况越来越严重，有相关报导显示，超载后轮胎接地压强达到0.9gMPa，超载严重的达到了1.1MPa。轮胎气压就与设计的初始值严重偏离，导致在设计阶段对超载情况估计不足，使得路面结构设计显得单薄。
②一当量圆半径。随着车辆超载，轮胎与地面接触面积增大，相应当量圆半径也会改变，因此该参数也是一个变量。
③K1一不利季节影响系数。由于广东省地处多雨潮湿地区，地下、地表水丰富；同时高速公路是一个带状线形分布的产品不同地域地下水位不尽相同土基的干湿类型也有差异，因此，设计文件中而应该根据气象资料，划分时间段，根据交验路段的干湿状况，确定不同的路基回弹弯沉值，或者设定好路基交验时季节及单位时间内的降雨量说明，明确不利季节影响系数，写人设计文件，作为路基交验的强制性要求。
2.1.2路基弯沉检测
路基的交工验收，按照质量评定标准，弯沉的检测频率为每一双车道评定路段（不超过1km）检查80～100个点。然而在实际交验过程中，非常容易出现检测不全面的现象。由于路基单位在实际施工中难免出现或多或少的土基薄弱点，但在交工验收中，由于检测频率的原因，这些薄弱点非常容易被忽略，就交付给路面施工单位。一旦交付给路面施工单位，由于路面工程大面积的连续施工的特点，路面施工单位就不会去处理这些薄弱点，为路面工程质量埋下隐患。
合理的解决办法就是设计文件中明确详尽的设计弯沉值，同时增加弯沉检测频率（建议每一双车道评定路段不超过1km检查200个点），确保交工路基的工程质量。我省某高速公路在项目实施过程中业主方提高路基设计弯沉标准的做法，施工单位存在极大的意见。因为设计文件中只提供了一个设计弯沉值，单一的提高标准对承包商来说存在不公平，同时由于土质原因，存在根本达不到新要求的可能（由于CBR值的控制）。因此合理的路基弯沉值的确定以及提前的路基优化设计显得尤为重要。
2.2结构设计
2005年交通部对全国范围内的高速公路进行路面调查，调查结果显示广深高速和京津唐高速的使用情况最优。从路面结构的角度看，这两条高速公路都设置了柔性基层。路面结构层设置柔性基层的优点与半刚性基层相比。能够减少反射裂缝以及由此产生的路面早期破坏（如唧浆、龟裂、坑洞等）。
柔性基层有多种形式：热拌沥青混凝土（HMA）、沥青稳定碎石（ATB）、沥青稳定碎石（AM）、排水式沥青碎石基层（ATPB)，还有大粒径透水性沥青混合料（LSPM）等。我省在全国范围内算较早大规模采用柔性基层的省份，这不仅体现出我省对沥青路面早期破坏的重视，同时也体现出我省公路设计思路的不断开拓。
LSPM从级配上看主要是由较大粒径（25mm～62mm）的集料和一定量的细集料组成，形成的混合料是骨架嵌挤型，空隙率一般处于13％～18％之间。LSPM的优点主要体现在：SPM为单一粒径骨架嵌挤型混合料，能形成完整的骨架嵌挤，具有良好的高温稳定性。对于大粒径透水性沥青混合料，由于孔隙较大，沥青用量少，矿料之间的接触点比普通沥青混合料少，更应该考虑水稳定性。为了更好的保证混合料的水稳定性，对于大粒径透水性沥青混合料的胶结料宜采用较高粘度的SBS改性沥青，能够形成较厚的沥青膜，可使沥青膜的厚度＞12um。当沥青的胶结能力提高，因为结构透水，使得水稳定性好。LSPM选择的空隙率为13％～18%，内部具有较多的连通空隙，可以有效的排水和透气。最大程度减少了传统半刚性基层的层间水。柔性基层的共同优点，较强的抵抗反身寸裂缝的能力。
从设计角度而言，柔性基层不论采用AM、ATB还是LSPM等结构，在弯沉设计结构层厚度设计时中采用的弹性模量（通过前期设计，现场取样试验后得出）基本相差不大，这也就为设计单位提供了多种结构设计选择方案，并非只有ATB结构单一的选择，这也就为设计单位提供了较大的结构设计空间。ATB结构由于为连续密级配沥青混合料，且矿料级配跨度大，实际施工过程中非常容易出现离析现象，虽然规范规定设计孔隙率为3％～6%，但施工后的由于离析造成渗水指标很难满足规范要求；另外由于是密级配的沥青混凝土，施工过程中碾压也是一个难点；从高温稳定性角度来看，柔性基层（采用AM、ATB结构）沥青混凝土路面的车辙在加载初期有较快的增长，而后基本稳定在一个水平，这也就为日后高温车辙埋下隐患。因此，设计单位可根据我省气候条件，因地制宜，加强不同结构设计对比，设计出更加适合我省实际情况的路面结构。
2．3排水、防水设计
在沥青路面早期破坏中，水损害占据了相当大的比例。由于沥青混凝土施工过程中离析现象不能够完全避免，因此水损害的发生就是一种必然。对于公路工程技术人员如何将水损害降到最低点，是值得深思的问题。现在从设计角度谈谈对沥青路面排水、防水的看法。
2．3．1排水设计
设计规范规定，路面排水包括路表排水、中央分隔带排水和路面结构内部排水三种方式。
路表排水主要利用公路自身的横坡以及部分排水引流设施将路表积水或降水快速排除出路面；中央分隔带排水则是通过引流集中通过横向排水管排除出中央分隔带；路面结构内部排水则是通过透水性基层，通过横坡将内部可能出现的自由水排出结构层内部。
规范中说列举的排水设计主要着重于大流量的自由水。而导致路面早期水损害的主要成因是行车过程中形成的孔隙水压力对沥青层混合料的冲刷作用，使得沥青混凝土粘聚性降低，失去应有的强度，逐步形成坑槽，如养护不及时，水再进一步往下渗透，导致基层、底基层浸水失稳，产生破坏。尤其在高速公路，行车速度快、超载严重的情况下，孔隙水压力对沥青混凝土中集料与沥青的粘结性能的破坏更强。也就是说，设计规范中排水设计主要解决的是快速排除路表积水的问题，并不能解决动水压力以及沥青层之间或面层与基层之间的层间水问题。另外，对于中央分隔带排水设计大样图规定的防渗土工布在交通安全施工中，由于中央分隔带防撞立柱的施工，导致防渗土工布被撕裂、打穿，排水效果收到一定程度的影响。因此如何防止中央分隔带的水直接渗透到路基顶面，确实值得深化设计。
设计规范中提及的路面结构内部排水基层，对预防唧浆这类早期病害有很大的帮助。因此在地下水位较高的地区，排水基层应该是一个比较不错的选择。
2.3.2防水设计
在设计规范中，除了桥面有防水层设计外，其他部位基本没有防水设计。
沥青路面施工中，有很多水损害的薄弱环节。比如说中央分隔带路缘石侧石与沥青混凝土面层的交接面是渗水的一个死角；沥青混合料摊铺过程中，靠近摊铺机最外侧是离析较严重的部位，其中靠近中央分隔带的一侧的离析带后果最严重。
在预防性养护措施中，大部分采用的多为防水性措施：稀浆封层、SMA混合料罩面、改性沥青混合料罩面等等，甚至在我省也进行过类似的预防性养护（采用过微表处技术）。这些措施最终目的就是防止水渗人路面内部，减缓路面的破坏速率。
上文提及的几个水损害的死角如果在设计阶段能够进行专项防水设计，能节约的较大的养护成本，减少养护维修带来的社会负面影响。另外，在上面层施工设计中，可充分发挥标线的防水作用，在设计文件中明确规定摊铺机摊铺宽度，让标线覆盖在施工纵缝上，发挥一定的防水作用。
3结束语
希望有关施工、管理部门进一步提高路面工程路面设计工作的重视程度，提出一些预防性设计方案，切实减少沥青路面的早期破坏因素，从而提高工程质量。让高速公路最大程度上发挥其社会效益，创造最大的经济效益。参考文献：
[1]郝培文,沥青路面施工与维修技术[M]北京：人民交通出版社，2000
[2]JTGD50一2004沥青路面设计规范［s]
[3]JTGF80-1-2004公路工程质量检验评定标准[S]