公路路面

 

　　在公路路基上车行道范围内铺筑的层状结构物。具有承受行车荷载、抵抗车轮磨耗和保持公路表面平整的作用。 
发展简况 　在19世纪汽车问世之前，路面大多用石块、石板、卵石或木块铺筑。1777年法国人特雷萨盖提出改善路基排水、设置路拱、减小石块尺寸修筑块石路面的报告。此后，苏格兰人T.泰尔福和J.L.马克当分别于1805年和1815年在块石基层上铺筑碎石面层和全部用碎石铺筑路面获得成功。1859年美国人E.W.布莱克试制了碎石机。1860～1867年法国和英国先后研制成功蒸汽压路机。这些技术的进步，使碎石路面在一些西方国家得到很大的发展。 
　　1854年法国在巴黎首次采用瑞士产的天然岩沥青修筑沥青路面。1865年英国在因佛内斯首次修筑水泥混凝土路面。同时，高质量的石块路面、刚砖路面和木块路面在城市街道也盛极一时。 
　　20世纪以来，随着汽车和筑路机械工业的发展，公路路面在设计、施工、养护等技术方面都日臻完善，高级的沥青路面和水泥混凝土路面迅速发展起来。 
路面结构 　按照层位及其作用可分为面层、基层和垫层三个主要层次。有的路面只采用面层和基层两个结构层，甚至只采用一个面层的结构。

　　面层 　位于路面的最上层，是表征路面使用品质的结构层。面层直接同车轮和大气接触，受行车的垂直荷载、水平力、震动冲击力和真空吸力的直接作用，并受雨雪、日照、气温变化的直接影响，因此必须采用高强、稳定、耐磨的材料铺筑。面层应有防止水分下渗的功能，其表面应平整、粗糙，并按规定的横坡（见表）

作成路拱，以利路面排水。道路通过居民点和风景区、疗养区还应特别注意防尘和降低噪声。 
　　面层可分面层上层和面层下层，以及磨耗层和联结层。为改善路面的抗滑性能,防止路面的磨耗和渗水,延长其使用年限,中、低级面层常用硬质砂砾作磨耗层,高级或次高级面层常用沥青石屑混合料、沥青混凝土、沥青砂等作磨耗层。 
　　面层材料有水泥混凝土、沥青混凝土、各种沥青处治的碎石和砾石材料、掺土的砂砾或碎石混合料与块料等。 
　　基层 　位于面层之下，其作用是承受由面层传递来的车轮垂直压力，并把它均匀扩散分布到下面的垫层或土基上。基层材料必须具有足够的强度、水稳性和扩散荷载的性能。常用材料有碎石，片石，砾石，天然砂砾，各种石灰、水泥或沥青稳定处治材料，以及矿渣、煤渣、电石渣、粉煤灰等工业废渣及其同土、砂、石组成的混合料和低标号水泥混凝土等。在交通繁忙的道路上，基层多分两层铺筑。下层称底基层，可用价廉的当地材料；上层用强度较高的材料。 
　　垫层 　为改善土基水温状况，提高土基强度，防止路面不均匀冻胀和翻浆，以及为防止路基土挤入基层影响其稳定性而设于基层和土基之间的结构层。为隔断地下毛细水上升或地表积水下渗而设置的垫层，通常称为隔离层；兼有蓄水和排水作用的垫层也称排水层；用作防止或减轻路面不均匀冻胀的垫层，又称防冻层或隔温层。垫层材料必须具有良好的水稳性，以及必要的透水或隔热性能。按其功用主要有空隙性的粒料如粗砂、砂砾、炉渣等，以及石灰土和炉渣石灰土等。 
　　为保证路面边缘有同等的支承能力，各结构层宜自上而下逐层加宽做成阶梯形，每侧加宽约25～30厘米。当垫层作为隔离层使用时，则应在路基全宽范围内铺筑。 
路面种类 　按荷载作用下的力学性质，路面可分为柔性路面、刚性路面、半刚性路面；按采用的材料及其组成和施工方法可分为嵌锁法路面、级配法路面、稳定法路面和铺砌法路面。 
　　柔性路面 　由粘塑性材料如沥青或粒料混合料等所组成的层状路面结构。这类路面的特点是材料的抗弯拉强度较低，在车轮荷载作用下产生一定的弯沉变形，土基承受荷载较大。路面的承载能力决定于整个层状体系的荷载扩散特性，受土基强度和稳定性的影响较大。因此，必须采取路基、路面综合设计，首先要采取措施提高路面下0.8～1.0米范围内的土基强度与稳定性。同时要求路面各结构层之间结合紧密，以保证结构的整体性和应力传布的连续性。柔性路面造价低于刚性路面，可以分期修建提高，在各国公路总里程中，大多数是柔性路面。 
　　刚性路面 　主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。同柔性路面相比较，水泥混凝土路面板具有高的抗弯拉强度和弹性模量，有强大的荷载扩散能力。车轮荷载通过板体可在较大范围内以较小的压强作用于下层，因而路面的承载能力在很大程度上决定于板本身的抗弯拉强度。但是，水泥混凝土属脆性材料，其拉伸应变能力很小，当板体受到突然荷载、温度急剧变化、土基不均匀变形时很容易产生断裂。为此，板体应划成一定尺寸的板块，设置各种类型的横向和纵向接缝，并要有坚实、稳定、均匀的基础。 
　　半刚性路面 　用石灰、粉煤灰、水泥等作结合料同土或集料制成混合料铺筑的路面结构。这类结构不耐磨耗，不能作为面层使用。在前期它具有柔性路面的力学性质，但随龄期增长其强度和刚度则相应增大，显示出类似于刚性路面板体的一些特性。半刚性路面有良好的应力扩散性能，水稳定性好，造价低。20世纪70年代以后，世界各国趋向于把半刚性路面用作沥青路面的基层。 
　　嵌锁法路面 　用尺寸均匀的颗粒状矿料作骨架，并逐层撤铺较小矿料嵌缝，经碾压后主要靠嵌锁作用而形成的路面结构，可用作路面面层或基层。这类路面包括水结碎石路面、泥（灰）结碎石路面、层铺法沥青表面处治的路面、沥青贯入式和沥青碎石路面等。 
　　级配法路面 　由不同粒径的粒料按一定的重量比例配合，掺加一定数量的结合料经拌和、摊铺、压实形成的路面结构。可用作面层或基层。粒料级配可分为密级配、开级配和间断级配。路面结构强度取决于结合料的性能和粒料粒径规格。这类路面包括级配砾（碎）石路面、路拌沥青碎（砾）石路面、沥青混凝土和水泥混凝土路面等。 
　　稳定法路面 　用经过处治的土或砂石材料修筑的路面结构层。目前常用的稳定方法有压实土、粒料稳定土、石灰稳定土、沥青稳定土、水泥稳定土或砂砾、石灰粉煤灰稳定土、砂砾和石灰炉渣土等。其他还有采用盐溶液、高分子聚合物、热处理和电化学方法等。 
　　铺砌法路面 　有具有一定强度的平整基础上，采用块料由人工铺砌修筑的路面。这种路面的强度主要依靠块料间的摩阻作用,以及基础的支承作用。因此,铺砌法路面要求材料强度高,形状规则整齐，尺寸较大,用作面层的材料表面还应平整。手摆片石、锥形块石基层，拳石、块石、条石面层以及水泥混凝土预制块、刚砖、木块路面等均属于这类路面。由于这类路面不便机械化施工，目前应用较少。 
路面分级 　根据路面面层的技术经济特性分为高级、次高级、中级和低级四个等级。一条公路的路面等级应根据公路的等级和使用要求、交通性质等条件，按技术经济的原则论证确定。面层类型的选用应根据筑路材料供应情况，以及当地土质、气候、水文和施工技术等条件。各级路面的技术经济特征、所包括的面层类型和所适用的公路等级见公路路面等级表。 
路面发展趋势 　为了提高路面通行能力和行车舒适性与安全性，降低工程造价，以适应汽车交通不断增长的需要，当前路面技术发展的趋势主要有以下几方面。 
　　①　路面类型与结构方面：沥青路面行车平稳、振动噪声低、利于分期修建、铺筑后能立即开放交通，因而近二、三十年来发展较快。有些国家在一般公路上已开始逐步实现全部路面黑色化。在交通繁忙的高级公路上，提倡推广使用摊铺式、热压式与全厚式沥青路面。改善沥青材料路用性能，提高路面抵抗磨损、滑溜、疲劳、车辙能力的沥青混合料性能，以及提高铺筑工艺的研究，已受到广泛的重视。 
　　采用有机或无机结合料处治粒料或土作为基层以取代传统的碎石、块石基层是当前普遍的趋势。尤其是采用石灰、磨碎矿渣、粉煤灰、火山灰等低活性水硬性结合料稳定当地材料铺筑半刚性基层已成为新的发展方向，其中综合稳定土则更有其发展的前途。 
　　水泥混凝土路面结构主要是加强基础和板边支承力，减小缩缝间距，少设或不设胀缝，用塑料薄膜或1～2厘米的沥青砂取代板下砂垫层。为提高行车平稳性，还采用间距不等、同纵缝成70°～80°斜交的横缝布置形式。连续配筋和各种预应力水泥混凝土路面正处于试验使用阶段。前者用于加固旧混凝土路面比较经济适宜，后者因施工工艺技术复杂，推广应用还有一定困难。罩面和恢复旧路抗滑能力的技术也得到广泛的重视。为改善混凝土的物理力学和技术性能，各种外掺剂的应用得到了发展。 
　　②　路面设计理论方面：近十多年来，以弹性层状体系理论为基础的设计方法得到较大进展，并已作为半经验法的辅助分析开始应用。随着电子计算技术的发展，已开始建立路面最优化的系统设计方法，并应用有限元法对材料的非线性变形特性进行研究，以便使路面设计的理论和方法更接近于实际。 
　　③　路面性能测试技术方面：总的趋势是朝着连续、快速、非破损性和动力测定的方向发展。路面强度测试采用自动、连续的拉克鲁瓦弯沉仪或可以同时测定曲率半径的弯沉仪；各结构层弹性模量的测定可用动力道路试验机；路面结构层和土基密度、湿度的测定可用伽马射线仪等；路面平整度测定可用自动记录和处理数据的纵断面分析仪，也可采用激光束或脉冲法测定的平整度仪等；路面粗糙度评定可用各种高速、自动记录的专用抗滑试验车，用专用的路面摄影车可以正确地测定路面的开裂率。 
　　④　路面施工与养护机械化方面：当前主要是朝着高效、多能、自动、灵活和无公害的方向发展。同时遥控技术也开始应用。近年来，除重视发展可移动的全自动化的厂拌混合料搅拌和设备外，还采用骨料同浮化沥青预先拌和现场摊铺的新工艺，以节约能源和消除空气污染。同时，单机一次路拌的工艺设备也在应用。使用电子装置、激光技术自动导向和控制的沥青混凝土摊铺机、水泥混凝土滑模摊铺机也广泛应用。路面铣刨机的问世，使产生车辙、波浪推移或磨损不平的路面平整度能够得以恢复，而铣刨挖出的沥青混合料通过再生工艺还可得到回收利用，经济效益显著。