重载交通路段沥青路面施工的结构层厚度设计与压实工艺协同优化

近年来，随着物流运输需求的迅速增长，重载交通车辆比例显著提高，道路尤其是干线公路、港口通道及工业园区道路的服役环境日趋恶劣。沥青路面在高荷载作用下，易出现车辙、沉陷、开裂等早期病害。单纯依赖加厚结构层或提高压实标准，均无法全面解决耐久性问题。因此，研究结构层厚度设计与压实工艺之间的协同优化，具有重要的理论价值与工程意义。

1 结构层厚度设计与压实工艺的协同作用机制

1.1 结构层厚度对路面性能的影响

科学合理地分配各结构层的厚度，有助于优化路面受力状态、延长路面服役期并降低维护成本。适当的厚度能够有效分散由车辆荷载带来的应力。荷载自上而下传递时，如果面层厚度不足，压力容易集中作用在基层及底基层，从而导致底层拉应力升高，进而引发疲劳开裂和结构破坏。而如果面层厚度经过合理设计，能在承受外荷载的同时，有效减小底层所受拉应力，提升整体疲劳寿命。

2 协同优化设计方法

2.1 设计原则

在优化道路设计时，需要搭建一个涵盖“交通荷载—结构设计—压实工艺—性能响应”的系统化分析框架，将涉及的各个环节有机结合起来进行整体考量。

荷载条件：需要详细分析道路所处的交通环境。重载车辆所占比例、单轴荷载的分布情况、以及道路在设计年限内预计承受的累计轴次，都是影响结构设计的重要因素。重载车的重复作用不仅会加速路面材料的疲劳破坏，还会对路基和基层产生长期累积变形效应。

材料特性：包括沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损性能等，以及水泥稳定碎石或二灰稳定碎石基层、底基层的压缩强度、弹性模量、疲劳寿命等关键力学指标。这些材料参数不仅决定了结构在荷载作用下的响应特性，还与施工工艺、环境条件密切相关。

2.2 优化流程

荷载、结构与材料的适配工作，是以重载交通条件下的实际轴载分布谱为出发点，通过详细分析各个路面层次所需承受的力学作用，明确各层的性能指标与设计要求。在此过程中，结合长期交通流量观测数据与轴载调查结果，系统梳理重载车辆对路面结构的施加载荷特征，进而推导出分层的力学需求。这不仅包括对结构强度的要求，还涉及到材料的抗疲劳性能、抗变形能力及耐久性等。通过细化分析，可以为后续材料选择与结构组合提供科学依据，确保材料特性与结构形式能够与荷载条件实现良好匹配，从而保证整体路面体系的稳定与长寿命。

针对压实影响进行细致分析，需要借助室内一系列试验获取不同压实工艺参数下的密实度与材料力学模量之间的对应关系。通过调控压实机具类型、碾压遍数、碾压速度等因素，在标准化试件上测定其密实度、干密度、含水率及回弹模量等关键指标，从而建立起密实度与模量的相关曲线。这些数据不仅为工程设计提供了重要参考，也为后续有限元建模提供了基础输入参数。深入理解压实对材料性能的影响，有助于优化施工工艺，提高施工质量的均匀性与可控性，最终达到提高承载能力和延长使用寿命的目标。

3 案例分析

3.1 项目概况

该项目位于我国东部沿海某大型港口，是连接码头作业区与货运集散区的核心通道，全长约 3 公里。根据交通调查，重载货车（车总重>50 吨）流量占比超过 50% ，设计轴载高达 100kN ，属于典型的重载交通路段。长期运行中，原有路面出现明显车辙、横向裂缝、局部坑槽等早期病害，车辙深度普遍达 10-15mm ，影响了通行安全和运输效率。为解决问题，项目团队在改建设计中采用双层沥青面层 + 水泥稳定碎石基层的结构形式，总厚度 32cm ，以全面提升路面承载力和抗变形能力。

3.2 实施要点

为保证改造质量并实现设计目标，工程实施过程中从结构选型到施工工艺进行了全方位优化。

（1）结构优化

中面层：采用SMA-13（石料稳定性强、空隙率高、抗车辙性能好），厚度 5cm ；

下基层：将原设计 20cm 水稳碎石层厚度增至 25cm ，增强基层强度与整体刚度。

（2）压实优化

压实设备组合：采用双钢轮振动压路机 + 轮胎压路机组合作业，兼顾高效压实与表层密实度提升；

分温区碾压：严格控制摊铺与碾压温度窗口，摊铺温度控制在160^∘C 左右，初压在 140% 时开始，终压在 90% 结束，有效避免过冷碾压导致的压实度不足或过热碾压引起的油膜破坏；

碾压遍数优化：根据实时压实检测数据动态调整碾压遍数，确保不同区段达到设计密实标准。

3.3 实施效果

经过优化设计与精细施工，项目取得了以下显著成效：

压实度提升：成型路面的压实度平均达到 98% ，较优化前的 96% 提高约 2% ，显著减少了早期沉陷和局部变形的风险。

抗车辙能力：通车三年后，现场实测车辙深度小于 6mm ，优于行业同类道路（通常 8-10mm ）的平均水平，路面稳定性表现优异。

经济效益：得益于材料利用率优化、碾压效率提升和后期养护工作量减少，项目综合造价较原设计方案降低约 5% ；通过延长使用寿命和降低早期维护频率，寿命周期成本下降明显。

4 结论

综上所述，重载交通的发展显著增加了沥青路面的结构应力水平。传统的结构层厚度设计与压实工艺多为分阶段、分专业制定，缺乏系统协调，导致路面早期出现车辙、裂缝及松散等病害。为此，有必要研究结构层厚度设计与压实工艺的协同优化，以提升沥青路面的力学性能与耐久性。本文研究表明，单纯依赖结构层加厚或压实工艺优化均难以有效解决重载交通沥青路面的耐久性问题。通过设计与施工协同优化，能够显著提升路面性能、延长使用寿命、降低全生命周期成本。

参考文献：

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