基于长寿命路面结构的市政道路沥青路面加铺研究

胡建强，刘双祥

（二秦高速公路张家口管理处 张家口市 075000）

基于长寿命路面结构的市政道路沥青路面加铺研究

胡建强，刘双祥

（二秦高速公路张家口管理处 张家口市 075000）

在借鉴国内外长寿命路面的研究与发展经验基础上，针对北京气候、交通情况、原材料技术性能等，通过对比分析，确定了市政道路加铺路面表面层、下面层、应力吸收层的材料；同时经过应力、应变分析及验算确定了每层材料厚度。

长寿命沥青路面结构；沥青混合料；应力；应变

1 引言

长寿命沥青路面是指在设计年限40～50年期间不发生结构性损坏，仅需要每隔15～20年对面层进行维护的沥青路面。从20世纪末以来，长寿命路面已成为世界各国在道路方面最为热门的研究对象。国外的研究与经验表明，设计时适当加厚沥青面层，可以有效地减少沥青层底的拉应力，减小其疲劳开裂的可能性，同时较厚的沥青面层也可以减少由车辙引起的结构性变形。国内对长寿命路面的研究相对于欧美国家来说相对较晚，主要集中在高速公路领域，其次是在市政工程中，而且已有的研究也基本上是延续了国外长寿命路面的设计思想，同时也对相关研究内容开展了大量试验研究并相继进行了试验路的工程应用，从而也取得了一定的成果。

本文以北京工体北路大修改造工程为依托项目，基于长寿命路面结构确定工体北路路面加铺方案。工体北路是一条城市道路，位于朝阳区西部，交通量较大，路面开裂严重，公交专用车道、公交车站、交叉口等位置车辙较为严重，主路由于其自身特性，碎裂、沉陷病害现象集中。路面承载力有所降低，无法满足其交通功能，为了满足其交通功能，延长其使用寿命，因此将长寿命路面结构设计运用到其沥青面层改造过程中以提高路面结构整体承载能力和使用寿命。

2　沥青路面结构层材料

在长寿命沥青路面结构和材料设计中，应综合考虑各结构层的特性及功能，针对不同结构层位提出不同设计指标。表面层是与车辆直接接触的层面，为了提供良好的路用性能，因而要有足够抗车辙性能、良好的抗滑性能、足够抗表面开裂性能、缓解水雾的影响并可减小噪声。因此，设计时也应该采用高性能沥青混凝土。中间层（联结层）既是扩散荷载区域，也是承受车轮荷载作用的高应力区，极易产生剪切损坏。因此，该层既需具有足够抗变形能力来抵抗靠近路表面的高剪应力，也需具有高劲度模量来扩散荷载，减小基层和土基的应力应变，保证行驶质量等。同时，在基层、连接层和表面层之间，必须具备一定的粘结性，防止雨水浸入至各结构层，破坏层间的连接性。

2.1表面层

表面层选择北京市应用最为成熟的SMA-13混合料，其表面抗滑、抗磨耗性能优良，抗车辙性能较高。分别选用70#沥青、SBS改性沥青、高粘改性剂（HVA）与SBS复合改性三种，沥青及沥青混合料技术参数对比如表1。

相对于70#沥青，SBS改性沥青、HVA与SBS复合改性剂沥青各方面的性能都比较优越，尤其是在抗车辙方面，因此路面上面层选择的是（SBS沥青+ 8%HVA）高粘沥青混合料。

2.2下面层

混合料类型采用SAC-20多碎石沥青混凝土，其多级嵌挤结构抗车辙性能突出，且密水性好。选用70#沥青、SBS改性沥青、掺加国产RA抗车辙、掺加法国PRM高模量剂四种沥青混合料进行对比分析，进行不同温度下动态模量对比，如图1和图2，不同温度和压力的车辙试验对比见表2。

表1　SMA-13混凝土技术参数对比表

表2　不同沥青混合料车辙试验结果

在苛刻条件下（较高温度、较大压力等）的抗车辙指标和高模量指标方面，RA抗车辙剂0.4%掺量的技术指标几乎与0.7%掺量的PRM技术指标相当，这相当于在同等指标条件下，可以节约40%左右的添加剂用量，其性能优势和经济性十分突出。

根据以上对比，下面层拟采用“70#沥青+ 0.4%RA抗车辙剂”沥青改性方案，混合料采用SAC-20。

2.3应力吸收层

长寿命路面结构设计是按照层间连续状态时设计，因此确保层间结合效果非常关键。考虑到本项目铣刨后为旧路表面、路面裂缝病害最为严重，为增加层间结合、减少裂缝，从而设计了橡胶沥青碎石、桥面防水涂料、SBS改性乳化沥青碎石、SBS改性沥青碎石四种结构就拉拔强度与剪切强度进行对比，其对比试验结果见表3。

表3　不同类型封层或防水粘结层试验结果对比

试验表明，橡胶沥青拥有更优良的抗裂、粘接性能，有利于加强本项目加铺沥青面层与旧路结构的整体性，并可实现类似应力吸收层的抑制裂缝的作用。其次，当橡胶沥青用量适量增大时，可以防止雨水的向下渗透，从而对基层以下的结构起到保护作用。综上考虑，确定路面封层的材料为橡胶沥青碎石。

3 沥青路面的结构层厚度

由于本工程为旧路改造，夜间施工，而且铣刨深度、加铺标高均受到限制，拟通过采用增强加铺层的结构强度（模量）方式实现较好的荷载分散能力，同时在较薄的厚度下减小路面弯沉，并结合对材料性能的考虑，对工体北路路面结构和材料设计方案拟定如表4。

表4　结构和材料设计方案

参考国外长寿命路面结构及其使用性能情况，并结合我国的静态材料参数进行分析，以BZZ-100为标准轴载，提出了我国长寿命路面设计指标，沥青层底拉应变小于极限拉应变120，土基顶面压应变小于极限压应变280，半刚性基层的底面弯拉应力小于允许弯拉应力，按照初拟的结构层材料多次实测参数（近似值）进行计算如表5。

表5　初拟方案各结构层材料层底拉应力验算

根据该验算结果，路面弯沉基本满足设计要求（33.1，考虑路基取值较低的安全系数）；假设掺加了抗车辙剂的SAC-20的极限劈裂强度（15℃）为2.5MPa，旧沥青路面材料的极限劈裂强度为1.0MPa，按15年计算得到累计轴载4847433次，由沥青混凝土的极限劈裂强度计算得到各层沥青混凝土的层底容许拉应力。该计算表明，本设计方案的层底拉应力均小于材料的容许拉应力。

依据国内外长寿命路面技术体系和设计模式，本项目加铺层以下作为沥青类基层（石渣层作为类沥青碎石基层特性），按照厚沥青面层（设计后为33cm）进行长寿命路面设计参数的验算。对加铺结构层底拉应变、路基顶面压应变计算如表6。

根据我国长寿命沥青路面验算控制指标，本项目对工体北路长寿命路面的验算结果，即沥青层底拉应变小于其拉应变极限值，土基顶面压应变小于其拉应变极限值。

4　结论

本文在借鉴国内外长寿命路面的研究与发展经验基础上，开展市政道路沥青路面加铺研究，得出如下结论：

表6　初拟方案各结构层材料层底拉应变及顶面压应变计算结果

（1）表面层选用（8%HVA+SBS沥青复合改性）高粘混凝土SMA-13，满足了表面层抗车辙性能、抗开裂性能的要求，具有良好的抗滑性能。

（2）下面层选用RA（0.4%）抗车辙沥青混凝土AC-20，满足了中间层抗剪、抗车辙性能的要求。

（3）封层选用橡胶沥青碎石封层，增强了中间层与原基层的连接和整体性。

（4）表面层厚度为4cm，下面层厚度为6cm，应力吸收层厚度为1cm，沥青层底拉应变及土基顶面压应变均满足要求。

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HU Jian-qiang，LIU Shuang-xiang

（Erqin Expressway，Zhangjiakou Management Office，Zhangjiakou 075000，China）

Basing on the research and development experience on long-life pavement at home and abroad，aiming at some aspects like Beijing＇s climatic features，traffic conditions，technical performance of raw materials and so on，andbasing on the contrastive analysis，the materials for surface layer，lower layer and stress absorbing layer of pavement of municipal road are determined，and meanwhile the thickness of materials at each layer are determined by stress，strain analysis and check calculation.

Long-life asphalt pavement structure；Asphalt mixture；Stress；Strain

U416.2

B

1673-6052（2016）01-0056-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.014