长寿命沥青路面结构性能研究

周泽彬

摘 要：文章详尽地介绍了长寿命沥青路面的概念、体系特征，研究了结构选择之时每层架构的作用以及其构成，并介绍了这种道路体系的设计观念，借助分析与讨论可推断出长寿命沥青路面在将来会有更为广阔的应用以及发展前景。

关键词：长寿命路面 沥青混合料 面层

在高等级道路中，半刚性基层与沥青面层的结合是先进最为常见的道路结构模式。这种传统的道路体系组合因为其自身有着强度高、造价低等优势受到了广泛的使用，但伴随着道路基础设施投入到具体使用时，半刚性基层的缺陷也逐渐显现了出来，譬如，容易出现温缩干缩缝隙、同沥青路面的粘结性较弱等，使道路结构在投入使用环节中呈现出了很多早期的危害。现如今中国半刚性沥青路面的使用寿命通常都无法达到设计的要求与标准，而修复的成本又非常高，并且会对交通、当地的农业、该区域的经济发展造成巨大的影响。我国这几年来高速公路施工的经验说明，之前依照“强基、薄面、稳土基”的方案规划的半刚性沥青路面体系已无法满足当前经济发展的趋势了，要求引入国际上先进的道路设计理念，及时研究开发出全新的道路施工体系以及施工技术。

1.长寿命沥青路面

长寿命沥青道路主要就是指那些设计使用时限>40年，并且投入到养护当中的资金成本非常低的一种道路路面结构。

长寿命沥青路面或者说是长效性沥青道路在上个世纪60年代的美国北部就已开始建设加厚型以及全厚型的沥青道路体系。美国永久性路面（PerpetualPavement）的理念最开始是由路面联盟APA所定义出来的，并组织美国国家沥青路面协会NAPA、美国沥青协会AI与36个州的沥青协会一同对长寿命道路施工计划展开了研究与讨论，美国所进行讨论的内容其实就是欧洲长寿命沥青道路规划概念的一种延伸，所以在美国有很多的区域也将这种结构的路面称之为长寿命沥青路面。直到上个世纪90年代，长寿命路面逐渐变成了全球范围当中讨论个热门课题，在美洲、欧洲、澳大利亚甚至是非洲部分地区都就这一课题展开了深入的研究与讨论。

长寿命道路的结构特点在于沥青层的厚度要远>传统路面的沥青层厚度，从根本上解决了传统路面所存在的磨损破坏的问题。长寿命路面并不是说道路不会被破坏或者是使用不会出现损坏，而说得是道路本身的损伤只会出现道路的表层，在其整个寿命时限中，不必进行结构上的大修，因为损坏只会出现在道路的表层，因此只用开展预防性的维护就可以保证道路的正常使用，并且在路面破损到一定程度时，将路面磨耗层铣刨，并替换成为厚度相同的新混合材料就可以将路面继续投入使用，维修的过程非常的简单且以操作。

2.路面结构选取

长寿命沥青道路的技术重点在于依照性能科学的配置道路结构层。一般情况下，长寿命沥青道路的主体结构大致可以分成以下3层：面层、中间层以及HMA基层，详情参见图1。依照道路结构的性能，规定路面结构的面层具备抗车辙、防渗水以及抗磨损的性质，中间层有着较强的抗车辙功能，基层主要是具备有抗磨损以及超强的耐久性。

2.1面层

面层因为直接遭受路面活载的影响，要求具备有充足的表层构造厚度以及平整度，水稳性强，可以为车辆的形式带来一个平稳的形式环境。不仅如此，上部沥青混合料所受到的车辆剪切作用是做多的，非常容易就会因为高温出现形变的情况，所以上层结构一般借助高强度的沥青混凝土进行施工，厚度通常控制在5cm左右，譬如美国的马里兰州与威斯康星州在道路建设之时选用SMA沥青来当做是路面的建材。得到了较为成功的施工经验。此外，为了强化道路的排水与抗湿滑性能，可考虑在上层再铺设一层厚度较薄的OGFC材料，其厚度通常控制在2.5cm左右，以便于定期对表面的功能开展对应的修复工作。

2.2中间层

长寿命沥青路面的承受的应力：车轮载荷影响下100～150mm范围是受压加大的区间，更是磨损出现的主要区间，所以中间层或者是连接层设置最主要的目的就是为了承受車辆所带来的载荷效益，降低基层与路基顶层纵向的压应变，因此中间层的材质要求具备耐高温以及耐久性强的特征，厚度通常控制在10～18cm。混合材料的耐高温稳定性，一般就是借助粗集料间骨料的互相接触与高温稳定性良好的胶结料来获取，所以中间层一般会借助高模量抗车辙的沥青进行对应的施工。中面层借助模量较大的混合材料还能降低下面层的弯拉应力，并强化道路分散载荷的性能。为了强化混合料的质量，能借助Superpave的设计方案，沥青胶结料种类同样能借助改性沥青来进行施工。

2.3基层

所有结构层当中最大弯拉应变出现在沥青混合料的基底，该区间很容易就会出现疲劳破损的情况，所以长寿命沥青大陆基层的主体性能就是抵御活荷载作用下道路结构出现弯曲破损的问题，一般基层种类可以选取柔性的基层，或者是在上基层就借助柔性基层体系，下基层选用半刚性基层进行组合，因为柔性基层材质本身有着柔性强、耐磨损、水稳性强的优势，所以有着较强的减少疲劳破损的功效。

2.4路基

在长寿命沥青路面中，其施工质量及竣工之后性能的决定性因素就是路基。路基在施工中扮演着工作平台的角色，便利了自卸车与摊铺机的运行，在碾压阶段中路基抵抗上部轮载导致的变形，能有效压实上部沥青混凝土面层；在高速公路投入运营之后，路基的稳定性尤为重要，这是因为路基不仅是上部交通荷载发挥承载力作用的平台，还因为冻融与含水量的变化会使路基承载性能产生极大的变化。所以在凭借力学设计方式时，一定要重视地基在各种条件下的劲度模量改变情况，并且依照最不理想的状况开展设计工作。

3.长寿命沥青路面设计理念

根据沥青结构层“疲劳极限（Fatigue Limit）”来制定科学、有效的长寿命路面设计标准。而“Fatigue Limit”就是沥青混合料具备弯拉应变临界点，要是路面结构弯拉应变相较于弯拉应变临界点更小，HMA底层就不会出现疲劳损伤的问题。基于“Fatigue Limit”的实际内涵，要是路面结构的强度达到一定值，相较于“Fatigue Limit”来说，沥青层底部应力或是应变就会更低，路面就不会出现源于沥青层底部的疲劳开裂问题。而因基层及路基变形导致的结构性车辙同样如此，要是基层及路基顶面压应变相较于临界值要低一些，结构性车辙的问题就不会产生。鉴于此，路面结构其实就具备临界强度，要是临界强度能使沥青层底拉应变或是拉应力、基层与路面顶面压应变低于“Fatigue Limit”，行车就并不会导致结构性破坏现象的出现。强度达到临界强度的话，就不要根据交通量来调整路面厚度。国外相关专家及学者已经针对疲劳极限值进行了分析，通常建议是100°。借助沥青混凝土层底弯拉应变及基顶压应变指标对Fatigue Limit进行有效控制，凭借抗剪指标使表面损坏的情况得到有效控制。长寿命沥青路面的设计，有机结合了沥青路面的结构设计及沥青混合料的构成，使脱钩的难题得到妥善的处理及解决，这也就是沥青路面架构选择及设计的方向所在。

4.结束语

综上所述，沥青路面结构设计的重要发展方向就是长效性路面结构，这种结构在交通量较大、重载的高等级道路上应用比例相对较大。深入分析国外长效性沥青路面的真实状况后能得出结论，长效性沥青路面在西方发达国家中已经相对成熟，并且已得到广泛普及，经过路用研究与试验研究能得出结论，相较于传统路面结构而言，长效性沥青路面结构的路用性更好。

参考文献：

[1]李志远.西铜高速全寿命周期沥青路面设计方法研究[D].西安：长安大学，2011.

[2]徐鸥明.长寿命沥青路面设计指标与设计方法研究[D].西安：长安大学，2008.

[3]李峰，孙立军，胡晓.长寿命沥青路面设计方法与实践综述[J].公路，2005（07）：122-127.