浅谈城市道路沥青混凝土面层厚度设计与施工

浅谈城市道路沥青混凝土面层厚度设计与施工

摘要：沥青混凝土面层厚度设计要根据沥青路面的特点、掌握施工材料的各项性

能。面层厚度设计首先要做好路面的构造设计，并计算好路面的面层厚度和路面

构造层拉应力验算。在施工方面，本文简要阐述了双层沥青摊铺技术的应用。

关键词：城市道路 沥青混凝土 面层厚度 设计与施工

高速公路的沥青面层厚度在15-18cm之间较为适宜，终究多厚最正确，还需

要进一步的理论研究和试验。柔性基层路面在我国还处于探究阶段，可以预见随

着社会经济的开展，柔性基层沥青路面将成为我国一种重要的路面构造形式。相

关研究认为，面层厚度的变化引起面层层底的拉应变的变化率是基层的2。3倍，

面层厚度对面层底的拉应更敏感，而面层层底的拉应变直接控制疲劳开裂，因此

对柔性基层路面面层厚度的研究具有重要的现实意义。本文主要就城市道路沥青

混凝土面层厚度的设计与施工谈一些粗浅观点。

一、沥青路面特点及面层施工材料要求

沥青路面是采用沥青材料作结合料，粘结矿料或混合料修筑面层的路面构

造。沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料作结合料，不仅增强了矿料颗粒

间的粘结力、而且进步了路面的技术品质[1]，使路面具有平整、耐磨、不扬尘、

不透水、耐久等特点。由于沥青材料具有弹性、粘性、塑性，在汽车通过时，震

动小、噪音低、略有弹性、平稳舒适，是高级公路的主要面层。

沥青路面所用沥青的标号，应根据地区气候条件、施工季节气候、路面类型、

施工方法和矿料性质尺寸等因素选用。所选用的沥青应满足道路用沥青技术标

准。

矿料：沥青所用的矿料有粗集料〔碎石、挑选砾石、破碎砾石、矿渣〕、细

集料〔天然砂、机制砂、石屑〕、填料等

粗集料：沥青路面所用粗集料应干净、枯燥、无风化，而且应具有足够的强

度和耐磨性以及良好的颗粒形状。粗集料的规格应满足技术标准要求。粗集料主

要有碎石、轧制砾石及挑选砾石。碎石及轧制砾石是由天然石料〔砾石〕轧制并

经挑选而得，有严格的质量要求，一般应用于交通量较的高等级路面；挑选砾石

是由天然砾石挑选而得，仅适用于交通量较小的路面下层、基层或连接层的沥青

混合料中使用，不宜用于防滑面层。

细集料：细集料是指粒径小于5mm的天然砂、人工砂、石屑。细集料均要求

坚硬、清洁、枯燥、无风化、不含杂质，并且具有适当的级配。

填料：填料一般采用石灰岩、岩浆岩或白云岩等中强基性岩石等增水性石料

经磨细而得到的矿粉。矿粉应枯燥、干净、无团粒，

石灰、水泥、粉煤灰也可作为填料的一部分使用〔其用量不宜超过矿料总量

的2%〕。但应经实验确定其属于碱性，与沥青有良好的粘结力

二、沥青路面构造设计

1．构造设计的一般原那么

(1)因地制宜，合理选材

(2)方便施工，利于养护

(3)分期修建，逐步进步

(4)整体考虑，综合设计

(5)考虑气候因素和水温状况的影响

2．沥青路面构造组合设计

〔1〕根据各构造层功能组合

〔2〕强度组合

〔3〕合理的层问组合

〔4〕考虑自然水温条件的不利影响

〔5〕适当的层数和厚度

3．根据各构造层功能组合

封层 面层

粘层 联结层

透层 基层

垫层

压实土基

天然土基

柔性路面常用断面

4．强度组合

5．合理的层间组合

各构造层材料具有不同的特性，在组合时，应注意相邻层次的互相影响，采

取措施限制或消除所产生的不利影响。层间结合应尽量严密，防止产生层间滑移，

以保证构造的整体性和应力分布的连续性。

考虑自然水温条件的不利影响

6．适当的层数和厚度

沥青路面通常为多层构造，为了便于施工，路面构造层的层数不宜过多。

路面构造类型的设计 路面构造也是影响裂缝的关键因素之一，例如采用

15 cm厚和10 cm厚沥青混凝土分别与40 cm粒料基层构造的道路，前者裂缝相

对较少。这主要是因为较厚的沥青面层在构造上强度较大，在温度拉应力作用下

不易产生开裂。沥青混凝土应尽量用骨架空隙构造或骨架密实构造，当路面的构

造类型一样时，砂土路基那么比黏土路基产生的收缩裂缝多。在上列因素中，国

内外的试验研究资料都说明，所用沥青类型、性质和用量是影响路面裂缝的最主

要因素。

三、新建路面的构造层厚度计算

1．根本原那么和有关规定

为了使多层次的沥青路面构造设计与计算更符合实际情况,目前我国的沥青

路面设计标准采用多指标控制路面构造设计,同时把路面的构造组合、厚度计算

甜可科组成设计统筹考虑,并采用多层弹性体系理论计算路面构造层厚度,对高

速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进展拉

应力验算。我国现行标准采用完全连续体系为层间接触条件。

2．路面厚度计算步骤

〔1〕确定单车道累计当量轴次Ne。

对选定的构造组合，拟定某一层位作为设计层层位。在拟定的路面构造中，

先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。一般当采用半刚性基层、

底基层构造时，可选任一层作为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基

层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层；当采用柔性基层、底

基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度。此时假设求得

基层厚度过厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层[3]，以减薄路

面总厚度，增加构造强度和稳定性。

〔2〕确定设计弯沉值Ld。

确定路面材料设计参数。在初步设计阶段应选用沿线材料和外购材料进展配

合比设计。在选定配合比的根底上，按有关规程的规定实测材料设计参数，并论

证地确定各层材料(沥青混合料在15°C、20°C时)的抗压回弹模量E1和劈裂强

度σPS、抗拉强度构造系数Ks、容许拉应力σR。

〔3〕确定土基的回弹模量Eo。

根据某车道累计轴次Ne、设计弯沉值Ld、各构造层的回弹模量E1与劈裂强

度σPS、土基回弹模量E0、构造层的厚度hi等利用专用设计程序即可求得某一

构造层的厚度[4]。

公路名称 面层类型及厚度 公路名称 面层类型及厚度

西安-铜川4cm中粒式沥青混凝土西安-临潼高速4cm中粒式沥青混凝土

一级路 +8cm沥青碎石 公路 +5cm粗粒式沥青混凝土

广州-佛山4cm中粒式沥青混凝土沈阳-大连高速4cm中粒式沥青混凝土

高速公路 +5cm粗粒式沥青混凝土公路 +5cm粗粒式沥青混凝土

上海-嘉定3cm中粒式沥青混凝土上海-南京高速4cm中粒式沥青混凝土

高速公路 +6cm粗粒式沥青混凝土公路 +6cm粗粒式沥青混凝土

北京-塘沽4cm中粒式沥青混凝土西安-宝鸡一级

高速公路 +5cm粗粒式沥青混凝土路

+6cm沥青碎石 +6cm沥青碎石

+8cm沥青贯入式 +6cm沥青碎石

+6cm沥青碎石

+6cm沥青碎石

我国部分高等级公路采用的沥青路面构造

3．路面构造层拉应力验算步骤

(l)确定路面材料设计参数

确定各构造层的劈裂强度σPS、容许拉应力σR，路面设计弯沉值Ld。

(2)确定系数

确定公路等级系数、面层类型系数、基层类型系数、路面设计年限、车道横

向分配系数、交通量年增长率。

(3)确定当量轴次

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，应确定相应的路面开工

后第一年的日当量轴次、设计年限内一个车道上的累计当量轴次；当进展半刚性

基层层底拉应力验算时应确定出相对应的路面开工后第一年的日当量轴次、设计

年限内—个车道上的累计当量轴次[5]。

(4)根据以上的计算参数利用专用设计程序即可完成层底拉应力验算。

四、面层施工

1．铺筑试验路段

高等级公路在施工前应铺筑试验段,铺筑试验段是不可缺少的步骤, 其它等

级公路在缺乏施工经历或初次使用重大设备时,也应铺筑试验段。试验段的长度

应根据试验目确实定,宜为100~200m,试验段宜在直线段上铺筑[6]。如在其它道

路上铺筑时,路面构造等条件应一样。路面各层的试验可安排在不同的试验段。

要通过铺筑试验确定以下内容：

透层沥青的标号与用量、喷洒方式和温度；摊铺机的摊铺温度、速度、摊宽

度、自动找平方式等操作工艺；压路机的压实顺序、碾压温度和速度及碾压遍数

等压实工艺；确定松铺系数、接缝方法等；验证沥青混合料配合比设计结果,提

出消费用的矿料配比和沥青用量；建立用钻孔法及核子密度仪法测定密实度的比

照关系，确定粗粒式沥青混凝土或沥青碎石面层的压实标准密度；确定施工产量

及作业段的长度,制订施工进度方案；全面检查材料及施工质量；确定施工组织

及管理体系、人员、通讯联络及指挥方式[7]。在试验段的铺筑过程中,施工单位

应认真做好记录分析,监理工程师或工程质量监视部门应监视、检查试验段的施

工质量,及时与施工单位商定有关结果。

2．双层沥青摊铺

双层沥青摊铺技术是瑞典戴纳派克压实与摊铺设备推出的一项世界领先的

全新工艺，其工作原理是将沥青粘接层和磨耗层同时摊铺完成，即“热＋热〞摊

铺工艺。这种技术的产生是摊铺设备行业的一项革命性创新，改变了传统摊铺工

艺在道路施工时逐层摊铺压实的方法。

双层沥青摊铺要使用专门的双层沥青混凝土摊铺机，用两套拌合设备、运输

设备把两种沥青混合料输送到摊铺机，把不同配合比、不同厚度的两层沥青混合

料一次摊铺完成，然后使用一套压实设备一起碾压成型。这种施工工艺中，下面

摊铺层的预压实由带压实功能的熨平板完成，两层摊铺可以共用一套运输、压实

设备。

使用专门的双层摊铺机施工，简化了两套摊铺机互相干扰，可以有效防止上

层摊铺施工机械对下层的影响；可以获得更好的平整度和层间粘结效果。

也可使用两台普通摊铺机，由两套运输设备分别给两台摊铺机供料，依次摊

铺两层混合料，用一套压实机械将两层沥青混合料共同碾压成型。注意必须保证

两层的铺筑作业严密衔接，实现"热接热"的摊铺施工。第一层摊铺的预压实一般

由装备高压实性能熨平板的摊铺机完成，预压实压实度90%以上，需要转运车配

合。

传统的沥青路面铺筑方式薇单层铺筑、单层碾压成型。双层摊铺较之传统铺

筑方式进步了沥青面层的层间粘结效果，抗剪度可进步60%；可减少油石比1%

至2%，节省工程本钱；解决了传统分层摊铺层间易污染问题，还可优化路面构

造，使路面构造更合理。可有效进步公路使用寿命，而且不需要喷洒粘层油，更

节能环保，节约材料和施工时间。

双层摊铺技术的引进对中国筑路行业必将产生深化的影响，该技术是一项致

力于在施工阶段全面进步质量并降低本钱的新方法，不但可以进步施工效率并可

以将公路使用寿命进步5～10年左右，是一项在将来几年内最值得推广的路面施

工新技术。

参考文献

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[2]蒙志军.浅析沥青路面养护技术[J].硅谷,2021,(3):89,106.

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[6]代中利,张俊新.浅谈高速公路沥青路面的质量控制[J].黑龙江交通科

技,2021,33(4):62-63.

[7]王鲁宁.应用于军用公路现场施工的科学管理[D].山东大学,2021.