简述层间接触状态对路面的影响

刘子明 王丽 黎卿

随着国民经济的快速发展，我国的公路里程不断增加。同时车辆载重和交通量明显增大，对路面的承载能力要求越来越高，由于无机结合料稳定类半刚性材料强度高、承载能力大，以它为基层的沥青路面结构已经成为我国公路的主要结构类型。

由于路面各层之间的材料性质、施工的时间、施工温度等都不同，导致层间接触存在不足，很容易形成应力集中，在车辆荷载和环境的影响下产生早期损坏，严重影响公路通行能力、行车安全和投资效益，直接和间接经济损失巨大，同时也造成了不良的社会影响。

我国现行的JTG D50-2006公路沥青路面设计规范中只考虑沥青路面或加铺层层间接触为完全连续状态，实际上，在路基路面结构体系中层间是不可能做到完全连续的，一般路面结构的层间结合条件都处于完全连续和完全滑动状态之间，特别是在基层和面层之间，由于材料性质相差很大，层间更容易出现剪切滑动破坏，层间结合条件对路面结构的应力有很大影响，进而会影响到路面结构的使用性能。因此，良好的层间接触条件对于延长路面的性能有着重要的意义。

1 路面层间接触条件对路面性能的影响

1)层间接触条件对路面结构剪应力的影响。层间接触条件的不同对路面结构最大剪应力的影响，与结构整体强度、基层类型以及荷载大小和分布形式有很大的关系。对于轻型车，无论是半刚性基层还是柔性基层，或是半刚性基层路面不同的整体强度，也无论层间接触条件光滑还是连续，对同一荷载分布形式，最大剪应力峰值相差不太大，而且位置深度基本没变化。剪应力峰值受其影响不明显;柔性基层比之半刚性基层受其影响更大;对半刚性基层，整体结构强时受其影响小。对于重型车，半刚性基层结构层间接触条件不同时，路面结构最大剪应力峰值的反应值与荷载重量有较大的关系。对于柔性基层的结构，无论荷载分布形式如何，峰值变化都非常明显，而且作用深度位置，也是由连续接触上面层的层中位置变化到完全光滑的下面层底部，这说明柔性基层的路面结构对层间接触条件更敏感。总的趋势是，随着层间接触强度的增大，最大剪应力峰值呈现增大的趋势，而且作用位置往结构的深处发展。2)层间接触条件对路面结构弯拉应力的影响。层间接触条件的不同对路面结构弯拉应力的影响，无论是量值还是深度都比较明显，尤其是对面层的影响更为显著。对于轻型车，半刚性基层结构，当面层较薄时，路面结构弯拉应力受层间接触条件的影响不大，但半刚性基层结构面层较厚时，路面结构弯拉应力却有很大的变化，而柔性基层路面结构弯拉应力受层间接触条件影响更显著。对于重型车，半刚性基层结构，当面层较薄时，路面结构弯拉应力受接触条件的影响仍不大，而半刚性基层结构面层较厚时，柔性路面结构弯拉应力依然有很大变化，其作用的位置也有所变化。相对来讲，基层最大弯应力受接触条件的影响并不很明显，而且作用位置也都在基层底部。

2 层间接触不良产生的道路病害

半刚性基层与面层之间的连接是沥青路面结构中薄弱的环节。目前，在沥青路面基层与面层间处理工艺方面的研究工作尚未成熟，我国沥青路面施工技术规范中对透层材料应用效果及基—面层间连接状态评价并未形成完善体系，造成半刚性基层沥青路面结构中基层与面层间连接薄弱，降低了路面结构层在荷载作用下的整体性，并逐步演化成路面早期病害出现的主要诱因，使路面竣工后因基—面层间处治质量问题而出现一系列的病害。

1)推移。推移是指沥青混合料在承受较大水平力作用的车辆经常启动和制动的路段上，面层材料会沿行车方向发生剪切或拉裂而出现的推移和壅起现象。当沥青路面厚度较薄而基层刚度较大时，由于面—基层间接触条件的不良，车辆频繁制动时，导致沥青混凝土路面发生推移，影响路面的使用性能。

2)剪切。路面结构的强度是材料单一结构和相互联系结构的总和。每一个结构中材料的性质，都会对结构层产生很大的影响，所以层间的强度构成是影响路面结构的抗剪切能力的重要指标。沥青混合料的强度构成来源于沥青材料的粘结力和骨料的摩阻力，同时材料本身的均质性和连续性也是强度构成的根本条件。实际工程中，振实碾压使得沥青混合料达到了相对密实平整状态，而层间的接触状态特别是由于面—基层间的接触强度会大大低于混合料本身。如果没有选用合适的层间粘结剂，创造一个不小于混合料强度的层间体，层间结合面就会成为薄弱环节。这样由于行车荷载产生的竖向应力和水平剪力的共同作用，层间就会产生剪切破坏，影响路面的行车舒适性。

3 层间接触处置方法

1)合理确定路面结构形式及其各结构层的厚度，特别是沥青面层的厚度。路面面层往往为节省投资而设计的较薄。沥青面层是非均匀一体，在具体的施工中很难保证其一致性，个别段落的级配不良或施工缺陷很容易在运营中表现出来。在条件许可的情况下，可适当通过增加面层厚度增大内摩阻力保持其本身一致性的完好，增加整体刚度，使其更好地与坚硬的基层配合。2)严格控制沥青混合料的质量。a.严格控制设计与施工混合料配合比，沥青混合料级配决定了混合料的高温稳定性和疲劳性能、低温抗裂性和耐久性。实行优化设计，根据当地的气候条件和交通情况做出具体分析，尽量互相兼顾。b.通过材料改善矿料级配，采用沥青玛脂碎石混合料(SMA)和改善沥青结合料，采用改性沥青等途径提高沥青路面使用性能。c.选择具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低、高粘度的优质国产或进口石油沥青。在条件许可的情况下，可在沥青中掺加各种类型的改性剂，以提高沥青的各项性能和指标。d.选用表面粗糙、石质坚硬(压碎值小于28%～30%)、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性能好的集料。银北地区集料大多呈酸性，采取外购或在施工中应添加一定剂量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低骨料的含水量和沙尘及其他杂质含量。3)保证基层顶面粗糙度。改善基层材料级配，增加粗骨料，基层材料进行筛分试验后根据级配范围控制材料的粒径和含量;控制混合料配合比和最佳含水量，进行合理的压实机械组合，避免过振过湿，以防止基层顶面形成灰浆硬壳，压实后不能用细料进行找平。对细粒土类的半刚性基层，必要时可以采用顶面栽钉等办法加强基层顶面粗糙度;或路面基层养生期过后，开放交通让车辆限速通行，磨去表面的灰浆薄层，以确保基层表面的粗糙度。

4 结语

1)不同层间接触条件对路面结构力学响应的影响与结构整体强度、基层类型以及荷载重量、胎压有很大的关系。

2)层间滑动产生的过大拉应力将使得沥青路面出现开裂，当路面裂缝产生以后，因水的侵入将出现各种水损坏现象，加剧了沥青路面的破坏;层间滑移增大了沥青面层的最大剪应力及土基顶面压应变，容易使路面发生车辙。

3)完全连续和完全光滑是两种极端状态，当层间接触条件为不完全连续时，各种力学响应值的变化应该处于中间状态。

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