长寿命沥青路面设计方案探讨

摘 要：保证并延长路面使用寿命，对确保道路行车的通畅性、安全性，节省道路养护维修费用，以及提高公路项目全生命周期总效益有着重大的积极作用。文章针对沥青路面提出采用长寿命设计理念，以期延长沥青路面使用寿命；首先简述了长寿命沥青路面设计的本质与目标，然后从路面结构、结构层材料、路面厚度等方面入手，对长寿命沥青路面设计进行了具体分析。

关键词：长寿命沥青路面；结构设计；材料设计；厚度设计

随着社会经济快速发展，我国公路建设项目越来越多，沥青路面质量日益受到关注。设计是沥青路面施工的“排头兵”，是否科学合理，直接关系着沥青路面质量的优劣。为延长沥青路面使用寿命，减少养护维修费用，提出长寿命沥青路面设计。

1 长寿命沥青路面设计的本质与目标

1.1 本质

长寿命路面设计是一种新的路面设计理念。进行设计时，依然采用传统的设计理论，只在沥青层底部的弯拉疲劳应变和路基顶面压应变上做了些许调整。关于长寿命路面设计，各国对其有着不同的说法，但本质上没有区别，都可以将其本质具体表述为：沥青路面的设计使用寿命在50年以上，是一种沥青面厚度较高的柔性路面，在沥青底层开裂、车辙等质量病害防治上有着一定优势。需要定期对路面进行表面铣刨、罩面修复，就可以保证路面在设计的使用寿命期间不需进行大结构性修剪。从某一种程度上看，长寿命沥青路面设计是路面损坏模式的转变，通过长寿命路面设计，使路面损坏模式从原来的“自下而上”转变成为“自上而下”，能有效的消除传统路面存在的质量病害，利于延长并保证沥青路面使用寿命。

1.2 目标

根据以往沥青路面工程实践表明，长寿命沥青路面设计的目标主要在于三个方面：一是路面表层发生路面破坏，可以快速修复；二是不允许出现结构性破坏，如结构性损坏裂缝等；三是通过定期路面养护、修复、更换等方式，可以延长路面使用寿命，基本超过50年。

2 长寿命沥青路面设计的有关探讨

长寿命沥青路面经过实践应用以及大量研究，发现其可以有效防治传统路面的裂缝、车辙等质量，能延长并保证路面使用寿命，值得在我国大范围推广。为了做好长寿命沥青路面设计工作，作者从路面结构、结构层材料、路面厚度等方面进行分析。

2.1 长寿命沥青路面结构设计

长寿命沥青路面设计，其理论基础是力学。从力学角度看，控制好沥青底层弯拉疲劳应力，保证底层不发生弯拉疲劳开裂问题是长寿命沥青路面设计的一项重要内容。为了做到这一点，采取的力学方法是准确确定荷载作用下路面结构层的应力及应变相应，以便有效控制沥青底层弯拉疲劳应的数值。从长寿命沥青路面概念出现后，美国在这方面取得了一定成效。美国道路科研院研制出了一种基于力学的设计指南，未来可能被ASHTO所用。这一种设计指南，由Monismith提出，基本流程如图1所示。从图1可以看出来，道路路面结构受材料、交通、环境及服务性能等各个方面的影响，进行路面结构设计时要充分考虑以上因素。

目前，沥青路面的疲劳方程主要采用沥青底层弯拉应变和基顶压应变，通过这两个指标去估算沥青路面结构的使用寿命。这两个指标主要在于防治疲劳损坏上有着重要作用。沥青底层弯拉应变，能有效防治沥青底层出现疲劳破坏，是保证沥青底层使用寿命不少于路面使用寿命的基本条件。众所周知，沥青混凝土层的使用寿命受拉应变控制，通过拉应变可以了解沥青混凝土层的疲劳特性。因此，估算沥青混凝土路面使用寿命时，可以借助沥青底层弯拉应变和基顶压应变两个指标，从而获得较高的路面结构寿命。

2.2 长寿命沥青路面结构层材料设计

沥青路面材料是实现沥青路面结构性能和保证沥青路面使用寿命的关键，应根据沥青路面结构功能进行结构层材料设计，对结构层材料提出相应指标要求，以保证材料设计符合路面工程质量要求。

结合长寿命路面目标和以往工程经验，确定沥青路面结构层材料指标要求，具体是：磨耗层，具备抗老化、抗车辙、防治温度裂缝等性能，可以采用OGFC混合料、密级配混合料等；中间层，具备抗车辙，荷载传递、分散等功能，以及良好的耐久性、稳定性等性能。为保证中间层的耐久性，必须根据沥青路面设计要求选择适用的材料、骨料，或者适当增加中间层厚度。稳定性是衡量车沥青路面结构质量与使用寿命的主要标准之一，为了确保沥青路面中间层有良好的稳定性，可以配置高等级沥青，严格设计骨架结构；底层，具备抗层底弯拉应变性能，可以采用HMA基层材料。进行HMA基层材料设计时，要求底层的弯拉应变必须低于材料的疲劳极限，有助于减缓路面损坏进程，延长路面使用寿命。

在沥青路面使用中，车辙是一个比较严重的质量病害，为了有效防治这一质量问题，必须严格抗车辙材料设计，建议使用改性沥青或塑料隔栅。同时还要考虑沥青混凝土的离析现象。

2.3 长寿命沥青路面厚度设计

在长寿命沥青路面厚度计算上，可以采用荷载作用下应变的力学工具和相应方法，计算思路同传统一样，基本没有变化。长寿命沥青路面厚度计算步骤如下：

第一，首先根据沥青路面结构设计要求确定路面结构组合，以及各层厚度，具体包括底层、中间层、磨耗层。

第二，确定设计参数，具体有材料参数、路基顶面的竖向压应变等。

第三，结合相关参数及方法，计算设计荷载作用下的结构层应力、应变等情况。在计算结果符合设计要求的条件下确定厚度。若不符合，重新调整厚度，使之符合设计标准和指标要求。

在沥青层厚度计算上，TRRL提出了诺谟图，即根据沥青层的粘度和类型去调整沥青层厚度。根据TRRL研究显示，当沥青路面承受的标准轴载作用次数超过了八千次以上，额外厚度是无用的。根据这一结果，表示沥青混凝土层的厚度无需过大，只需要满足设计标准即可。

3 结束语

综上所述，长寿命沥青路面设计是一种新的公路路面设计理念和方式，其可以有效的延长公路路面使用寿命，降低公路养护维修费用。虽然同传统公路路面工程相比，长寿命沥青路面的工程造价高一些，但是从长远规划角度看，其符合我国国情和公路事业建设需求。因此，长寿命沥青路面值得在未来公路建设推广与应用，但需遵循经济适用、因地制宜原则，充分考虑地质、水分、气候等条件，科学合理进行公路沥青路面的设计工作，以保证公路路面使用寿命。

参考文献

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