长寿命沥青路面结构的探讨

长寿命沥青路面结构的探讨

王蔚（清远市公路勘察规划设计院，广东清远511500）

摘要：针对如何延长公路的使用年限问题探讨了长寿命沥青路面的结构及设计理念。

关键词：长寿命沥青路面；结构；设计理念；要求

引言

近年来，随着公路上的交通量以及汽车荷载的不断增加，有些公路通常达不到甚至远低于设计寿命就出现了损坏，需要进行大规模的养护维修或重建。对于高速公路、城市间的重要道路，公路的维修必然造成用户的出行不便，延长用户的驾车时间，增加燃油消耗，造成大量的维修费用、用户费用的浪费等问题，同时对社会也带来巨大的经济损失，从寿命周期费用分析的角度看，这无疑是不经济的。如何延长公路的使用年限，这已成为目前我国公路建设者最为关心的问题之一。

1长寿命路面结构设计理念

长寿命路面结构设计理念是为了提高沥青路面的使用寿命，采用较厚的沥青层柔性路面，以降低传统的沥青层底开裂和避免结构性车辙，使路面的损坏仅限于顶部（25～100mm），因此只需要定期的表面铣刨、罩面修复，在使用年限内不需要大的结构性重建。长寿命路面结构设计要求考虑设计标准轴次、荷载以及轮胎压力及容易维修、施工适应性及施工速度、安全、耐久及可再生性能，并最大限度降低对环境的影响。长寿命路面是指路面设计寿命超过40年的路面结构。

2长寿命路面设计要求

2.1较高的路基稳定性

对于长寿命路面结构来讲，在设计时应尽可能地提高路基的承载能力，以便在环境和荷载作用下产生尽可能小的不均匀变形，从而为其上结构层提供稳定均匀的支承。

2.2良好的材料性能

对于长寿命路面结构而言，其面层材料首先应具有较高的强度和温度、水稳定性，以抵抗大规模车辆荷载的重复作用引起的车辙，同时避免水损坏，确保行车安全性。除此之外，长寿命路面结构对主要承重层材料的要求也很高，以确保结构层在使用寿命期内不发生疲劳破坏。

2.3合理的路面结构组成设计

长寿命路面结构设计时要考虑路面各结构层的功能，充分发挥其整体性能，避免在长的寿命期内发生早期性损坏。对于表面层，因其承受荷载、温度应力最大，又直接暴露在空气中，所以必须选择抗车辙、抗裂缝、抗磨耗、稳定、耐久、密水、粗糙抗滑的混合料和结构。在表面层不能满足使用性能后，只需要铣刨表面层重新加铺。下面的结构层主要是抵抗疲劳，同时考虑抗裂性能，这样整个结构层就可以长期使用。

2.4一定的结构层厚度

长寿命路面结构设计必须铺筑足够厚度的结构层，只有这样才能实现路面只有表层损坏，不发生结构性破坏，维修只须铣刨表面层，再重新加铺罩面，就能保证路面长时间地使用下去。这是延长长寿命路面寿命的重要方法。

2.5较低的层底应力

长寿命路面结构设计要保证不出现结构性损坏的关键就是控制结构层底拉应力，路面结构层底拉应力小，路面结构层的疲劳寿命也就越高。当该结构层底部弯拉疲劳应力小于材料允许的疲劳应力时，疲劳破坏也就不会发生。长寿命路面结构设计就要使用足够厚的结构层或通过其他途径降低层底应力，以防止出现一次性破坏和疲劳开裂现象的发生。

2.6与排水相结合

水是造成路面破坏的重要原因之一。路面上的降水，一部分通过横坡和纵坡流向路肩和路基外，还有部分水可能会通过路表的接缝、裂缝和路面与路肩的交接处渗入路面结构内。所以在路面结构设计时，要与排水设计相结合，尽量做到防排相结合。

3长寿命沥青路面结构组合

研究认为，薄沥青路面容易产生结构变形和完全贯穿沥青层的表面裂缝，长寿命路面应根据路面受力特性，对各结构层分层设计。表面层为车辆提供良好的行驶界面，设计时采用高性能沥青混凝土，应具有足够的抗车辙性能、抗表面开裂性能、抗滑性能、缓解水雾的影响并能减小噪声，可以选择骨架型密实结构的沥青混合料，并采用优质沥青或改性沥青，也可采用开级配抗滑磨耗层（OGFC）以利于水从路表面迅速排除。路基不仅为面层提供良好的铺筑界面，而且对于整个路面稳定具有重要意义，因此，设计和修筑高强、稳定和均匀的路基对长寿命路面极为重要。设计时需考虑排水问题，因此可采用排水良好的碎石垫层。

通过国外对长寿命路面的使用性能调查表明，当沥青面层厚度大于180mm时，车辙速率会明显降低;而且经过应用密级配碎石基层道路结果表明，当沥青面层厚度为180mm～360mm时，车辙率与面层厚度无明显关系。因此，对于厚沥青面层道路，车辙主要发生在沥青层表面，此时的车辙不表示道路的整体结构破坏，只需要在维修时对表面层进行铣刨重新铺筑即可。但是这种全厚式的沥青混凝土路面造价相对我国现行的半刚性沥青混凝土路面要高得多，结合我国的基本国情，我国对于长寿命路面的实施还是刚刚起步，为了对长寿命路面进行研究，2003年，同济大学在广东云浮修建了试验路段。

在我国现行的路面中，半刚性基层占据了相当大的比例，因此我国的长寿命路面结构是建立在借助半刚性基层的基础上铺筑的，半刚性基层相当于国外的垫层，具有较高的模量；而在低基层采用级配碎石可以柔化半刚性基层，起到弱化反射裂缝的作用。底面层采用中粒式沥青混凝土是为了满足受拉，实现力学上的路面抗疲劳性，具有足够的耐久性和水稳性，并保证了足够的厚度和沥青含量。中面层为了满足路面结构的竖向受压，并且要起到好的粘结层的作用，同时要求具有很强的高温抗变形能力，所以该层采用抗车辙的高模量沥青混合料，如SAC或AC。而对于表面层，由于其与荷载直接接触，因此对该层的要求是最高的，用以满足其受压、受剪的需求，相应地应采用质量较高、性能较好的材料。根据国内的研究表明，采用改性沥青SMA作为抗滑磨耗层，其沥青混合料的骨架结构赋予了沥青混凝土路面良好的抗车辙能力、良好的耐久性和表面特性。同样若采用OGFC结构也能达到相应的目的，但是对于我国的现状，采用OGFC对于大多数地区来说造价过高，而且不适应。

目前，许多科研院校都在进行长寿命路面的研究，如长安大学公路学院王选仓教授提出的“沥青混凝土表层+改性沥青应力吸收层+水泥混凝土面层+防水联结层”路面组合形式，其在抗车辙、防止裂缝以及粘结层应力吸收方面取得了很大的成果。同样也有学者提出了PCC+AC复合式路面（上面层为沥青混凝土路面，下面层为普通水泥混凝土路面）结构，其通过对路面结构组合的调整，也可以达到长寿命的目的。

结语

长寿命沥青路面是指只需定期更换路面表层（能将病害限制在表层），而不需进行结构性修复或重建，使用寿命超过50年的沥青路面，能减小修复费用并方便通行，且铣刨掉的面层材料可以回收利用，保护自然资源。目前许多国家都对该类路面进行了广泛研究，并取得了一定成果。但到目前为止，长寿命路面设计方法在设计参数、设计标准上还没有一个统一的标准，仍处在发展完善阶段。

参考文献

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