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    路面工程路面结构篇和特殊路面篇

    点击: 时间:2017-09-15 15:08

    —「路面结构」—

     

    路面不但要承受车轮荷载的作用,而且要受到自然环境因素的影响。由于行车荷载和大气因素对路面的影响作用,一般随深度而逐渐减弱,因而路面通常是多层结构,将品质好的材料铺设在应力较大的上层,品质较差的材料铺设在应力较小的下层,从而形成了路基之上采用不同规格和要求的材料,

     

    沥青路面结构

     

     

    中国现行的沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论

    设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标,以沥青层底拉应力作为高等级公路沥青路面厚度设计的验算指标。

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    中国现行公路沥青路面设计方法存在设计指标单一、与路面破坏状态不符、材料力学指标计算及测试方法不合理、对湿度及温度等环境因素考虑不周等问题。针对上述不足,中国开展了基于多指标的沥青路面结构设计方法及设计参数研究,以期对设计方法进一步完善。

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    长期以来中国沥青路面的主要结构是半刚性基层沥青路面,结构类型过于单,难以适合不同地区的使用状况。

    近些年,中国研究人员不断完善和改进半刚性基层沥青路面结构,提出了包括增加半刚性基层厚度、设置柔性过渡层和应力吸收层、使用多孔排水基层等各种方法,期望提高半刚性基层沥青路面的适用性和使用性能,取得了良好的效果。与此同时,很多地方尝试研究和使用柔性基层沥青路面,也取得了一定的效果。

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    从目前整体使用情况来看,在今后相当长的一段时期内,半刚性基层沥青路面仍是中国沥青路面的主导形式。

     

     

    水泥混凝土路面结构

     

    国外影响较大的水泥混凝土路面设计方法有:

     美国AASHTO混凝土路面设计方法;

     美国波特兰水泥协会(PCA)混凝土路面设计方法等。

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    中国的水泥混凝土路面设计以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础。

    从20世纪50年代至今,中国在水泥混凝土路面设计理论与方法方面不断改进,目前的设计采用可靠度设计方法,以行车荷载温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,该方法综合了多年来中国道路界在科学研究和工程实践中积累的成果和经验,可用于指导中国当前混凝土路面工程设计。

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    水泥混凝土路面的性能很大程度上取决于基层的性能

    中国早期的水泥混凝土路面不太重视基层的性能,由此导致不少水泥混凝土路面出现严重的损坏。

    目前中国等级较高的水泥混凝土路面大多采用水泥稳定碎石基层,通过研究发现,水泥混凝土路面基层最重要的是应具备良好的抗冲刷性能。

    一些地方在水泥混凝土路面中使用了多孔排水基层,以减少由于冲刷破坏引起的路面破损,但出于对多孔排水基层耐久性的担心,应用受到一定限制。

     

     

     

     

    —「特殊路面」—

     

    随着路面建造技术的发展,具备特殊功能的路面不断出现。其包括:桥面铺装、隧道路面、多孔排水路面、降噪路面、露石水泥混凝土、融冰雪路面等。

     

    桥面铺装

     

     

    桥面铺装的使用环境比普通路段路面的使用环境更加恶劣,大温差、大变形以及水损坏是导致桥面铺装的重要原因。

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    近些年桥面铺装研究内容主要包括:

      ① 桥面铺装损坏的原因和机理分析;

      ② 桥面铺装防水材料的研发和性能研究;

      ③ 适应桥梁使用环境的桥面铺装新材料研发;

      ④ 桥面铺装结构性能研究;

      ⑤ 桥面铺装施工工艺及质量控制措施研究。

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    材料方面的研究结果表明:普通沥青及普通沥青混合料很难满足要求,环氧沥青、天然沥青与普通石油沥青混合物、SBS改性沥青及高粘度聚合物改性沥青等胶结料,可以对桥面铺装性能进行全方位的改善。————————————————

    根据一段时期的研究,目前中国设计规范中按照桥梁等级不同,给出了几种典型的桥面铺装方案,但桥梁种类繁多,使用环境差异大,在今后的研究中需要进一步对桥面铺的装材料施工工艺开展研究,并通过性能观测不断积累经验。此外,应该开展桥面铺装结构性能试验,通过加速加载试验对新材料、新结构或新工艺进行试验论证
     

     

    隧道路面

     

     

    隧道路面处于相对封闭的环境,直接受外界自然因素影响较少,但隧道内温度、湿度、基础强度与一般公路差别较大。

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    目前关于隧道路面的研究内容主要涉及路面材料、结构、抗滑以及降噪。

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    近些年来的使用情况调查表明,以往水泥混凝土路面是隧道路面的主要类型,但沥青混凝土路面在隧道中的应用正逐年增加。

    隧道水泥混凝土路面,研究人员研究了将多孔水泥混凝土、钢纤维水泥混凝土以及露石水泥混凝土应用到隧道路面中。

    隧道沥青混凝土方面,SMA沥青混凝土成为隧道沥青路面的主要选择;从安全角度出发,还有不少关于阻燃沥青混凝土的研究,此外,为了便于施工,适用于隧道施工条件的温拌沥青混凝土也得到研究。

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    到目前为止,隧道内路面结构和材料设计仍然没有专门的规范和指南,在隧道路面结构设计时则更多的是在套用公路或城市道路设计规范。此外,隧道路面的维修养护技术仍然需要开展更多的研究。

     

     

    多孔排水路面、降噪路面

     

     

    当沥青混合料空隙率达到15%、25%时,路面会具排水降噪的功能。

    排水路面、降噪路面在国外有较为广泛的应用。如日本80%以上的新建和改建公路路面采用多孔沥青混合料。

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    近些年,这方面的研究主要集中在孔隙特征排水性能以及降噪性能之间的关系,以及孔隙对常规力学性能以及高温、低温、水损坏、抗滑性能的影响,同时对多孔沥青混合料的施工特性进行了研究,这些研究成果为多孔沥青混合料的应用提供了依据。

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    此外,中国适用于多孔沥青混合料高粘改性剂研发也在进行,并已经能够替代进口产品在实际中应用。

    多孔沥青混合料使用中存在的重要问题是:孔隙会随着使用时间出现被灰尘等杂物堵塞,造成排水、降噪功能的衰减,因此进一步的研究主要针对孔隙恢复方法或者具有自清洁功能的多孔沥青混合料。另外有研究表明,在沥青混合料中掺入橡胶类改性剂也能抑制行车噪音。

     

     

     

    露石水泥混凝土

     

     

    露石水泥混凝土是通过调整水泥混凝土材料组成,并借助特殊的施工工艺,使水泥混凝土中的粗集料露出表层。

    其主要目的在于提高路表抗滑性、降低行车噪音、减少路表阳光反射等。

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    露石水泥混凝土路面在发达国家有研究与应用实例,近年来,中国对露石水泥混凝土的研究主要集中在粗集料的选择、表面粗集料分布状况对路面抗滑性能、降噪性能以及防眩性能的影响规律方面,此外通过施工工艺的研究提供了较为完整的施工方法。

    但由于施工过程相对比较复杂,目前仅在一些隧道水泥混凝土路面施工中得到应用。

     

     

     

    融冰雪路面

     

     

    路面在冬季降雪和结冰对行车安全有非常不利的影响。

    以往的做法主要是洒盐类的融雪剂,而研究和使用表明常用雪剂会对路边植物的生长造成严重影响,同时有研究者发现长期使用融雪剂也会对路面的耐久性造成一定影响。

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    目前这方面的研究主要有:

    沥青混合料掺入橡胶颗粒,让路面具有一定的弹性,促使薄冰在车辆的碾压下破碎,这种方法在一些地方得到应用,起到了一定的效果;

    还有在路面中埋入管道,利用太阳能或地热,通过热交换原理提高冬季路面温度,促使冰雪尽快融化,各国在特殊路段有应用的例了,但出于成本的考虑,应用受到限制,此外这种路面的维修也比较困难。

    还有在路面中加入导电物质的研究,试图通过电流发热使路面升温,从而一定程度抑制路面结冰,但耗电量大仍是应该考虑的问题。

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