褚丽晶 刘意恒
广州市城市规划勘测设计研究院 广东广州 510060
摘要：沥青加铺层结构层间的稳定性能够直接影响沥青混凝土路面的加铺质量，其中旧路与沥青混凝土加铺层之间的粘结性和防水性是保证加铺层结构层间稳定性的关键因素。本文通过对层间稳定性进行力学分析，总结提出了若干沥青加铺层结构层间处理技术，以期提高沥青路面加铺的质量。
关键词：沥青加铺层；层间稳定性；层间处理
0 引言
我国高等级的城市道路普遍采用沥青混凝土路面。为了提高沥青路面的质量，近年我国在路面材料及路面结构组成等方面进行了许多优化和改进。例如，为了使沥青混凝土路面多层组合体系具有良好的结构承载力和耐久性，提高抗水害侵袭能力，对层间处理技术的研究也越来越多。
旧沥青混凝土路面沥青加铺结构不仅包括沥青混凝土面层，还包括层间材料。当旧路与沥青混凝土加铺层层间在水平方向上的抗剪强度薄弱时，面层在结合面上就容易发生位移，严重时形成拥包、开裂和车辙等早期病害。因此旧路与沥青混凝土加铺层之间的粘结性是保证加铺层结构层间稳定性的关键。[1]沥青加铺层结构层间处理的另一项重要作用是提高路面的防水性。与粘结层相比，防水层（或下封层）更具水密性，能封阻地表水渗入路基和路基水上升至路面。如果大量的降水无阻隔地直接灌入路基，必然造成路面承载力的大幅下降，继而造成路面板体的严重破坏，因此对于空隙率较大或低气温施工路面，其防水作用不容忽视。
由此可见，沥青加铺层结构的层间粘结性、防水性是保证加铺层结构正常工作的关键，有必要对此进行深入研究。
1 层间稳定性分析
1.1 粘结层强度构成
粘结层的结构强度由沥青混凝土和旧路面之间的嵌锁力（内摩阻角）以及粘层油的粘结力构成。在轮载的作用下，粘结层受层间剪切应力影响而发生失稳破坏，采用摩尔-库仑理论分析，可认为粘结层发生剪切滑移的必要条件是：
粘结层材料的粘聚力和内摩擦角可以通过剪切实验确定。在规定的条件下，对粘层组合试验实施不同正应力，可以求得一组摩尔应力圆，如图1所示。应力圆的公切线为摩尔-库仑应力包络线，即抗剪切强度曲线，该包络线与纵轴的截距表示粘层油的粘结力c ，与横轴的交角为粘结层的内摩阻角 。
图1 抗剪强度与法向压应力之间的关系
旧路面的粗糙程度，沥青混合料的岩石种类、级配组成、颗粒形状和表面粗糙度等对粘结层内摩擦角都有影响。旧路路面和沥青集料颗粒表面越粗糙，粘结层的内摩擦角越大。为了增加粘结层的强度，在旧路改建中，往往会先对旧路路面进行机械糙化工作。
1.2 粘结层强度影响因素
通过对直剪试验结果的分析，可知层间抗剪强度受温度、剪切速率、垂直荷载、夹层材料种类、粘层油等因素的影响。因此，必须对以上影响因素进行综合考虑，在室内试验的基础上建立符合工程实际状况的层间抗剪强度指标。
(1) 温度的影响
图2 抗剪强度与试验温度关系曲线
(3) 剪切速率对层间抗剪强度的影响
图3 粘聚力C与剪切速率的关系
2 沥青加铺层结构层间处理技术
2.1 层间粘层油
层间粘结性能关系到沥青加铺层的寿命能否达到预期值。粘结层是使沥青下面层、夹层与旧路联接成整体的结构层，粘结层用沥青应具有较大的粘结力，一般宜用乳化沥青或改性乳化沥青等。
由于层间洒布的粘层油的层间粘结强度是靠高聚物分子间的吸引力，因此在交通及温度荷载引起的张拉应力的反复作用下，当部分沥青分子之间发生断裂，分子引力消失，层间就会出现粘结薄弱的区域。为提高层间的抗疲劳性能，必须提高层间粘结材料分子间的抗冲击强度。
粘层油的洒布应注意以下几个问题：①粘层油宜采用沥青洒布车喷洒，并选择适宜的喷嘴，洒布速度和喷洒量保持稳定，气温低于10 及路面潮湿时不得喷洒粘层油。②喷洒的粘层油必须呈均匀雾状，在路面全宽度内均匀分布成一薄层，喷洒不足的应补洒，喷洒过量处应予刮除。喷洒粘层油后，严禁运料车外的其他车辆和行人通行。③粘层油宜在当天洒布，待乳化沥青破乳、水分蒸发完成，或稀释沥青中的稀释剂基本挥发完成后，紧跟着铺筑沥青层，确保粘层不受污染。
2.2 层间透层
在粒料类基层（如级配砾石、级配碎石）及各种水泥稳定、石灰稳定和石灰工业废渣稳定基层上，喷洒一层低粘滞度的液体沥青，使之透入基层表面，并作为铺筑沥青面层前的一种预先处治，以增加基层与沥青面层之间的粘结力、填塞基层表面的孔隙以及将基层表面可能松散的集料结合在一起，这种预先处治的方法称为透层。
透层通过透层油的渗透作用使基层表面达到良好的固结和稳定，使沥青层和基层之间的结合牢固，所以，透层油的渗透效果直接影响了透层作用的发挥，透层油只有透入一定深度才能形成牢固稳定的基层表层，才能有助于基层和沥青面层的整体连结，并起到防水作用。
透层油的洒布应注意以下几个问题：①用于半刚性基层的透层油宜紧接在基层碾压成型后表面稍变干燥、但尚未硬化的情况下喷洒。在无结合料粒料基层上洒布透层油时，宜在铺筑沥青层前 1～2 天洒布。②透层油宜采用沥青洒布车一次喷洒均匀，使用的喷嘴宜根据透层油的种类和粘度选择并保证均匀喷洒，沥青洒布车喷洒不均匀时宜改用手工沥青洒布机喷洒。③透层油洒布后不得在表面形成能被运料车和摊铺机粘起的油皮，透层油达不到渗透深度要求时，应更换透层油稠度或品种。④透层油洒布后的养生时间随透层油的品种和气候条件由试验确定，确保液体沥青中的稀释剂全部挥发，乳化沥青渗透且水分蒸发，然后尽早铺筑沥青面层，防止工程车辆损坏透层。
2.3 下封层
在多雨地区的城市道路工程中已十分重视水损害的问题，为防止雨水渗入到面层与基层的交界面上产生冲刷与唧浆损坏，许多道路都在基层表面设置封层。下封层宜采用层铺法表面处治或稀浆封层法施工，厚度不宜小于 6mm，且应做到完全密水。近年我国在高等级的城市道路建设中，多采用稀浆封层作为下封层。国际稀浆封层协会（ISAA）把稀浆封层分为三种类型：细封层（ES-1）、中封层（ES-2）、粗封层（ES-3）。
ES-1 细粒式乳化沥青稀浆封层的矿料级配非常细，其最广泛的用途是填补裂缝。此外，它可用于有裂缝路面的第一层封层，以填补裂缝，或在中粒式稀浆封层上做第二层磨耗层以及做为粒料基层的上封层。
ES-2 中粒式乳化沥青稀浆封层有足够的细料可填补裂缝，同时又有较粗的集料可承担交通量，因此是一种应用最普遍的稀浆封层。它可在粗粒式封层上作上封层，或用于开级配的沥青碎石上封层。
ES-3 粗粒式乳化沥青稀浆封层，一般可用于重交通道路的上封层，适用于温度变化大的地区或用于粒料基层上的多层封层，一般在多层封层中用作最下面的一层。
2.4 SBS改性沥青防水层（应力吸收层）
与普通沥青相比，采用SBS改性沥青作为防水层，可以提高防水层的高温抗剪强度，改善防水层的低温抗裂性与延缓反射裂缝上升的能力。[2]在防水层上撒布单一粒径的碎石，与其它防水层形式相比，在上层沥青混凝土施工过程中经过高温碾压，使防水层改性沥青上浮，将“白碎石”变成“黑碎石”与上层沥青混凝土融为一体，消除了面层与防水层之间的软弱夹层，从而可进一步提高面层的整体强度。
现阶段应力吸收层多用在高速公路上，在城市道路中的应用还较少。目前高速公路沥青路面结构中，防水层一般设置在基层表面（即面层底面），当防水层设置在沥青面层底面时，只能保护基层不受冲刷等侵害，不能保护其上各沥青结构层不受水损害。由于沥青面层存在一定的空隙，水分进入结构层并长期保存在路面结构层内，在行车荷载的作用下，易导致路面结构层在水和荷载的综合作用下出现破坏。在此情况下可考虑将沥青防水层设置在表面层底部（即中面层表面），防止雨水进入沥青面层中、下部与基层表面，最大限度对沥青路面结构进行保护。
3 结语
在城市道路沥青路面的加铺中，还存在着车辙、推移、拥包、反射裂缝及加铺层疲劳寿命的问题。提高加铺质量的一大关键是控制和避免产生反射裂缝。除了温度、行车荷载等外界因素外，路面结构本身特性对反射裂缝的产生与防止也有一定的影响，其中旧路面与面层之间的层间粘结性能是重要因素之一。粘结性能对温度型、荷载型反射裂缝有一定的影响，同时也影响沥青加铺层与旧沥青路面的共同工作性能。另外，防水性也是保证加铺层结构层间稳定性的关键因素。
如何在现有的沥青路面加铺设计和施工经验基础上，进一步提高道路工程质量，是一个很有意义的课题。本文在对层间稳定性进行力学分析的基础上，总结提出了若干沥青加铺层结构层间处理技术。接下来，将结构功能与结构设计统一起来，通过分析夹层设置位置对加铺层结构的应力应变影响，确定沥青加铺层结构夹层合理位置还值得继续研究。
参考文献：
[1] 翟根旺,乔朝增.高速公路沥青路面层间处理技术[J].公路，2002,(2):39～43
[2] 陈骁,金雷,吴至奇.SBS改性沥青应力吸收层性能研究[J].中外公路，2005,25（3）:99～101
论文作者:褚丽晶,刘意恒
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/29
标签：沥青论文; 面层论文; 路面论文; 结构论文; 防水层论文; 基层论文; 应力论文; 《基层建设》2015年19期供稿论文;