基于IV区气候条件下的沥青路面设计研究
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[摘要]在不同的温区划分下，沥青路面有不同的设计方法。文章基于广东某第IV温区快速路项目设计方案，阐述了不同温度条件下沥青路面的设计方法。
[关键词]沥青;IV温区;沥青路面;设计 文章编号：2095-4085（2019）05-0046-02
沥青路面与水泥路面相比较，噪音小，灰尘少，行车舒适性更好，且修复速度快，碾压后即可通车。沥青路面设计通过合理的组合方案，不仅能减少夏季高温可能导致的泛油和车辙等病害，还能控制冬季低温而引起的脆性破坏，使道路的使用寿命得以延长，是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面[1]。近几年，我国的公共基础设施建设广受关注，交通事业得到了飞速发展，具备优良性能的沥青路面在全国范围内得到了应用[2]。沥青路面的设计在道路建设中起着至关重要的作用，甚至直接决定了道路建成后的各项路用性能[3]。沥青路面设计主要包括沥青种类选择，沥青混合料类型选择以及沥青路面结构形式的组合设计。在沥青路面结构形式的组合设计中，自然气候是决定其设计的重要因素之一[4]。
1 沥青路面设计简介
随着深度的逐渐增加，道路路面所受的行车荷载越来越小，自然气候对其影响程度也越来越弱。所以，随着深度的逐渐增加，路面材料的强度、稳定度也越来越好。为了使修筑道路满足人们的使用需求，高等级路面在修筑时均采用分层修筑的方式。根据各层功能的区别，将路面从上至下分为面层，基层和垫层。[5]
在进行沥青路面设计时，自然氣候是考虑的第一要素。有研究表明，路面温度会随着气温的变化而变化，气温越高的话路面温度也会越高。由于结构和比热容的差异，路面温度的变化范围远大于气温。太阳辐射与海拔高度和地理位置密不可分，辐射越严重的话路面温度也会越高。风速会影响路面的热交换系数，风速越大时，路表热交换过程进行得也越快。降雨也会影响路面温度。我国幅员辽阔，自然条件差异巨大，所以在进行沥青路面设计时，根据气候分区和水文地质条件，选择最为合理的设计方案显得尤为必要。
2 不同温度条件下沥青路面设计原则
为了明确沥青路面内部温度的分布规律，进一步的指导沥青路面设计，开展一系列预测沥青路面内部温度的相关研究，在不同的天气状况下，对试验段沥青路面不同深度处的温度进行了一系列的测量。采用统计学方法分析不同气象条件下温度数据，并建立适用于沥青面层和柔性沥青基层的2种温度预估模型，并将该模型和BELLS3温度模型所测得的预估结果与测量温度进行比较，用来验证所提出模型的准确性。沥青路面的温度分布和外界气温二者的关系密不可分。距离路面越近时，灵敏度也就越高。温度、荷载对路面面层都有显著影响，相比较而言，面层温度应变一般情况下大于车辆荷载应变，最不利温度应变和车辆耦合应变在此情况下会超出材料的容许应变，因此，在沥青路面设计参数分析的过程中，应充分考虑温度效应这一因素。在不同温度下，总结其疲劳损伤规则，在不同地区的气候差异的情况下，提出当量温度，并提出了针对疲劳当量温度所采用的计算方法。
在沥青路面设计的过程当中，为了更深入地探索温度对沥青路面结构应力所产生的影响，随着温度变化，针对弹性模量和温缩系数，建立了与其相关的三维有限元模型。针对温度降低，弹性模量等参数，分析了它们是如何对沥青路面温度应力产生影响的。在保持沥青面层的弹性模量和温缩系数二者不变的时候，降温过程中，其各个层位的温度应力在一定程度上都有显著的增加，结果表明，对于沥青路面面层的温度应力而言，在一定程度上，温度的降低对面层温度应力的增加起着非常重要的作用。在相同温度场的情况下，对于面层模量及温缩系数，它与沥青面层各层温度应力具有更明显的线性关系。当这两个参数增大时，温度应力亦呈现出线性正相关。即在沥青路面结构的设计过程中，应充分考虑到面层模量及面层温缩系数二者的大小变化，因为二者对温度应力影响相对来说是比较大的。
3 基于广东某快速路项目的沥青路面设计研究
广东某快速路工程项目其设计指标为如下。（1）自然区划IV区，路基土壤类别为粘性土，包含砂砾粘土。（2）设计年限沥青混凝土路面使用年限为15年。（3）标准轴载BZZ-100。（4）设计年限内，路面单个车道累计当量标准轴次为1.98×107。在此温区的快速路工程路面结构是在原有水泥砼路面两侧新建水泥砼路面后，再整体加铺沥青砼。全线沥青面层设计为三层，在水稳基层与沥青下面层之间，须喷洒透层油;且待透层油下透后再铺设1cm沥青下封层，最后再施工中上面层。当在水泥混凝土面板上铺筑沥青面层时，在水泥砼面板上喷洒乳化沥青粘层油，并且沥青各面层间均要求喷洒乳化沥青粘层油。为保证层间粘结效果，粘层油需用到沥青洒布车，要求均匀不产生花点。
根据公路自然区划，第IV温区为东南湿热区，雨水丰富且集中，季节性强，雨期长，路基路面经常受雨水冲刷产生路基滑坡，路面结构损坏等病害，因此路面结构设计时必须做好相应的排水设计。该地区路基填土多为软土，强度较低，必须加以排水固结夯实等处理。由于该区域高温季节持续时间长，必须考虑选用的沥青材料具有良好的热稳定性和抗水损害性能。此外，在沥青路面设计过程中，路面温湿的影响必须要结合当地实际工程，选择合适的沥青，混合料类型和路面结构形式，以增强沥青路面设计的可靠性。
其在既有的道路上加铺路面结构如下，表面层采用改性沥青砼（AC-13）5cm，中面层采用中粒式沥青砼（AC-20）7cm。而改性沥青具有具有优良高温，低温，抗疲劳等路用性能，所以在此工程中对于IV区的沥青工程的应用是可行的，保证了路面的耐久性和耐磨性。
4 总结
针对IV区的湿热气候状况，路面车辙和水损害是该区沥青路面存在的主要病害。沥青路面是柔性路面，车辙是难以避免的路面病害之一，IV区高温时节长，更高的耐高温性能要求是路面设计时必须考虑的，因此选择高温性能优良的改性沥青材料。雨水浸入路面结构中导致沥青与集料粘结力下降，进而引发整体结构失稳，通过选择高粘沥青以及结构密实的混合料类型可以有效解决水损害问题。基于广东某快速路项目对沥青路面的设计进行了研究，并且在本项目的特定的温区下提出了合理的设计方案，提出了基于IV区的温区划分的条件下沥青路面的设计方法。
参考文献：
[1]张超凡.水泥路面与沥青路面优缺点比较[J].交通世界，2018，（27）：20-21.
[2]马峰，冯乔，傅珍，张耀.不同级配复合改性沥青混合料路用性能[J].广西大学学报（自然科学版），2019，44（1）：219-227.
[3]李苏文.沥青路面设计中存在问题分析及措施[J].黑龙江交通科技，2018，41（9）：64-65.
[4]罗苏平.高温多雨地区沥青路面病害环境与多场耦合效应研究[D].长沙：中南大学，2012.
[5]邵财泉.中外沥青路面设计方法对比研究[D].南京：东南大学，2015.
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