长寿命沥青路面

摘要：半刚性基层沥青路面适用于超载车辆不多的交通状况；长寿命沥青路面的损坏是集中在路面表层的功能性损坏，通过定期的维护可保持较长的使用寿命，适用于重载车辆较多的交通状况

中图分类号：U416.217文献标识码： A 文章编号：

1沥青路面车辙的预防及技术对策研究

建国至今，中国高速公路通车里程6.03万km，位居世界第二位。2008年，美国经济危机冲击着全球经济体系，中国为抵御经济环境的不利影响，提出加大基础设施建设，促进经济平稳较快增长的计划。因此，中国高速公路还将持续且迅猛的发展。但是在中国公路事业迅猛发展的同时，一些新建公路的早期路面损坏现象也十分严重。主要原因为传统的路面结构在一定程度上还不够完善，甚至存在着一定的问题。 长寿命路面在美国被称作长效性或永久性路面。美国沥青路面协会(APA)关于永久性路面的定义为：路面使用年限至少为35年，并且在使用年限内确保路面不发生结构性破坏，只需进行周期性养护，平均罩面时间不小于12年。长寿命路面沥青主要特点：厚度较传统沥青砼路面厚度大，服务周期长(表面功能层寿命应达到8年以上；主要承重层寿命应达到40年以上),维修方便且费用低。

2原理、功能分析和选材 2.1原理分析 长寿命沥青路面是基于力学的长寿命路面结构设计的一种设计方法，其实质在于运用力学的方法来分析路面结构对自然气候和行车荷载等因素的响应。 中国目前采用的设计方法为抗剪性概念的长寿命沥青混凝土路面设计方法。长寿命路面结构设计要达到3个目标：①不出现结构性破坏，包括结构性裂缝和结构性车辙；②路面破坏仅发生在路面表层且能迅速修复；③定期的路面表层养护、检修和更换，使路面结构达到长寿命(超过50年)。

2.2功能分析 抗剪性概念的长寿命沥青混凝土路面设计方法是一种基于路面结构分层及各层功能特点的长寿命路面结构设计方法。在路面设计时，将上面层设计为功能层，将中、下面层及基层设计为路面结构的承重层。长寿命路面的破坏主要是磨耗层自上而下的功能性破坏。因此，为确保路面结构的完整，各结构层需各行其职，发挥其各自功能。 2.3选材 2.3.1磨耗层 磨耗层材料应选择SMA(沥青马蹄脂碎石混合料)、密级配混合料或OGFC(开级配沥青磨耗层)等材料。在一些对抗车辙性能、耐久性、抗渗性、抗磨损性要求高的地区，可以选择SMA。这在交通量大且载重车多的城市区域尤为适用。在交通量小且载重车比例较少的情况下，使用密级配混合料更为适合。与SMA一样，密级配混合料也必须满足抗车辙、抗渗、抗磨耗及气候状况的要求。OGFC具有优良的抗滑性能、排水性能以及减少噪声等优点。可用于对排水有特殊要求的情况。 2.3.2中间层 中间层最有可能出现剪切破坏，因此要求有较好的抗车辙性能。材料设计时可采用改性沥青、塑料隔栅，混合料采用骨架嵌锁结构。可采用碎石和砂砾以确保形成集料骨架，选择之一就是采用最大公称直径较大的集料。对最大公称直径达到37.5mm的混合料，可以使用Superpave(Superior Performing Asphalt Pave-ment.高性能沥青路面)混合料设计方法。只要集料间保持接触，使用小粒径的集料也可以达到同样效果。 2.3.3基层 基层设计为结构的承重层，要求具有一定的抗车辙能力。路面结构中，基层层底出现的弯拉应力最大，在弯拉应力的反复作用下出现层底疲劳开裂的可能性也最大，因此，要求基层具有很好的耐久性，优良的抗疲劳性能。 3如何研究设计适合中国经济技术条件、自然条件、资源条件的长寿命沥青路面是我们要解决的主要问题。

目前我国的高速公路和城市道路90%以上以半刚性为主，即道路基层为石灰、粉煤灰结构，中层和表层为沥青混凝土结构。这种结构的优点是成本相对较低，但作为承重层的基层结构损坏后，仅仅通过修复沥青面层无法恢复道路质量，因此维修养护往往被迫“开膛破肚”，将路面刨开数十厘米深来修复底层结构。在交通压力与日俱增的情况下，这种维修方式对城市运行和居民生活造成明显影响。

4.破坏模式及设计思想的比较

半刚性基层沥青路面是一种以无机结合料稳定粒料（土）类为基层，沥青混凝土为面层的半刚性路面结构。这种路面结构承载能力大、刚度大、模量高、板体性强、弯沉小，但缺点在于半刚性基层材料变形小，特别是温缩、干缩变形大，易开裂，属于脆性材料。由于半刚性基层的裂缝不可避免，在车辆荷载以及环境的综合影响下，易发展为反射裂缝，导致面层破坏。基于半刚性材料强度高、模量大、板体性强的优点，半刚性基层将设计作为主要的承重层，对此我国提出了“强基薄面，稳定土基”的设计思想。虽然近几年面层设计也有增厚的趋势（一些高速公路的沥青面层加厚至18cm，但是半刚性基层的强度仍然控制在3MPa～5MPa，在施工中强度甚至更高），但半刚性基层材料变形小、易断裂的缺点依然没有改变，反射裂缝仍然为半刚性基层路面的主要破坏模式。

长寿命沥青路面是直接在土基上或者在改良后的土基上铺设单层或多层沥青混凝土的路面结构。其破坏一般始于面层，主要的破坏型式是车辙和自上而下的裂缝。长寿命路面的破坏模式为自上而下由功能性破坏逐渐发展为结构性破坏。为达到长寿命的目的，应将路面的破坏控制在路面表层较薄的范围内，以确保路面基层、路基结构层不受到破坏。为此，长寿命路面设计要求按功能合理设置路面结构层，要求路面结构的面层具有抗车辙、不透水和耐磨耗的能力，中间层应具有良好的耐久性，基层要具有抗疲劳和耐久的能力。

5.综合效益的比较分析

一般来讲，长寿命沥青路面的初期建设费用远高于半刚性基层沥青路面，但可以在以下几个方面得到补偿：a）可减少由于道路养护所引起的行车延误时间；b）可减少交通阻塞，使驾车者获得较持续的速度；c）可降低养护改建费和道路使用者的费用；d）可维持较高的服务水平等。目前普遍认为，在特定的情况下，长寿命沥青路面比半刚性基层沥青路面具有较低的寿命周期费用，如重载交通量很大的情况。国外研究指出，如果一个重交通道路的路面能够运营50年且不需要任何改建措施，那么它就会使公路建设总体投资减少而又有较高的投资效益。美国使用的长寿命路面，其使用年限一般为20年～40年，若按照总的全寿命成本效益计算，则长寿命沥青路面更加经济。决策者必须权衡修建这种路面较高的初始修建费用的确定性和未来效益（养护费和用户费用的下降）的不确定性，必须开发和利用寿命周期费用的统计方法，以准确计算寿命周期费用和其他费用，避免决策的盲目性。

6总结

半刚性基层沥青路面和长寿命沥青路面均可作为高等级公路的路面结构型式，但有其各自的适用范围。前者承载能力、抗车辙能力强于后者，但存在较多的反射裂缝，适用于超载车辆不多的交通状况，其设计思想是采用强度较高的半刚性基层来提高承载能力和抗疲劳性能；后者抗疲劳能力强，而且承载能力、抗疲劳能力随沥青材料的老化而增长，路面的损坏为集中在路面表层的功能性损坏，通过定期的维护可保持较长的使用寿命，但也应做完整的技术经济分析，以保证良好的投资效益。普遍认为，长寿命沥青路面适用于重载车辆较多的情况。