浅析长寿命沥青路面设计方法

摘要：在我国，目前很多刚刚铺设的公路路面在通车1～2年内就出现不同程度的损坏现象，严重的还影响到路面的正常使用和寿命，给我国的经济造成巨大损失。因此，设计出符合我国国情的长寿命沥青路面具有重大意义。本文首先介绍了长寿命沥青路面的概念及破坏模式，并分析了长寿命沥青路面的结构设计，希望对相关专业人员提出一定的借鉴作用。

关键词：长寿命；沥青路面；破坏模式；结构设计

随着我国经济的快速发展，交通建设事业得到了迅猛发展。但由于我国的公路建设起步晚，技术薄弱，且交通量以及汽车荷载的不断增加，很多公路通常达不到设计寿命就出现了水损坏、车辙等损坏而需要进行大规模的养护维修或重建，不仅给国家带来巨大的经济损失，同时也对现行路面设计提出了更高的挑战。长寿命沥青路面的特点是在较长的使用期内能够提供优质、稳定的运输服务，并且维修方便。长寿命沥青路面通常采用较厚的沥青层，减少了传统的沥青层底面开裂，并避免了结构性车辙。由于其损坏仅限于路面表层，因此只需要定期的表面铣刨、罩面修复就能够使路面在较长的使用年限内不需要大型的结构性重建。

1.长寿命沥青路面的概念

长寿命路面并不是一直不损坏，而是指路面的损坏仅发生在路面的上层，维修时不需要进行结构性的处理，只需将表层混合料铣刨、并换成等厚度的新混合料便可，维修十分方便。典型的长寿命沥青路面结构要点如：（1）轮载下100～150mm区域是高受力区域，也是各种损坏（主要是轮辙）的发生区域；（2）面层40～75mm高质量沥青混凝土为车辆提供良好的行驶界面，应具有足够的表面构造深度，抗车辙、水稳定性好；（3）中间层100～175mm高模量抗车辙沥青混凝土起到连接和扩散荷载的作用，应具有高模量、抗车辙特性；（4）最大拉应变产生在HMA基层底部，该区域最易发生疲劳破坏；（5）HMA基层75～100mm高柔性抗疲劳沥青混凝土起到消除疲劳破坏的作用，应具备高柔性、抗疲劳、水稳定性好等特性；（6）路面基础不仅为沥青面层的铺筑提供良好的界面，而且对于路面的变形、抗冻都是至关重要的。

2.长寿命沥青路面破坏模式

我国公路沥青路面主要存在两个类型的破坏，一是局部表现为车辙、坑槽和松散，二是深层次原因引发的破坏，该类破坏是即使设计合理、管理严格、材料合格，仍然是使用不到设计年限时就需大修。由于长寿命沥青路面的设计理念是建立在对路面破坏模式的假定上，因此我们首先要展开对长寿命沥青路面设计指标和破坏模式的研究。

2.1长寿命沥青路面结构设计指标

由于长寿命沥青路面结构的破坏都是由应力、应变和位移累计产生，以前，大家一般都是以路表弯沉作为设计指标。该指标主要反映路面结构整体的抗变能力，对于同一个路面结构而言，该指标越小路面结构的承载能力越强，使用寿命越长。随着路面结构新材料和新类型的出现，把路表弯沉作为主要的设计指标已经不能满足实际的需要，目前我国主要采用基底拉应变作为长寿命沥青路面设计控制指标的疲劳公式。

2.2不同连续状况下应力应变分析

在长寿命沥青路面的结构中，基层一般都是半刚性基层，各类材料之间的层间接触具有一定的连续性，而沥青面层中各层的材料都是沥青混凝土，不具有很好的连续性。本文只对沥青层和半刚性基层之间的层间不连续性进行分析，通过分析得出：随着不连续程度的增加，沥青层的层底拉应变的变化速度最快，而其他层中底层拉应变的变化则不是很大。

2.3沥青路面结构破坏临界状态确定

对于由不同材料类型和结构层组合的路面结构而言，其路面结构破坏的临界状态的确定方法也多种多样，目前，在长寿命沥青路面的结构设计中常考虑的临界破坏情况主要有以下三种情况：（1）沥青面层的疲劳开裂。疲劳开裂是一种主要的结构损坏形式，它是指在载荷不断作用下沥青混凝土面层底面弯拉应变引起的开裂，长寿命沥青路面设计时在使用年限内疲劳开裂是允许出现的。通常情况下，路面结构疲劳开裂的临界状态由混合材料的疲劳极限决定。（2）半刚性基层的开裂。目前，半刚性基层的开裂是沥青路面结构破坏的一个主要的临界状态。基层开裂是指路面结构的半刚性基层底面的拉应力超过其容许值时出现的裂缝，半刚性基层具有强度大，有利于荷载的分布的特点，但是由于其柔韧性能差，一旦超过其容许拉应力，容易出现裂缝，并造成整个路面结构的严重破坏。（3）车辙。车辙是路面结构层在车辆载荷的不断作用下产生的永久变形。车辙又分为只发生在沥青面层的表面车辙和发生于土地基础的结构性变形两种。在进行长寿命沥青路面结构设计时我们首先考虑的是结构性车辙。

3.长寿命沥青路面的结构设计

长寿命沥青路面结构性破坏原因主要是在重复荷载作用下，结构层疲劳开裂所导致的贯穿整个结构层的裂缝；在重复荷载作用下，路基顶面产生不可恢复的压应变所导致的路面结构层永久性变形。

3.1沥青层底的弯拉应变应小于疲劳极限

沥青层底的弯拉应变小于该值时，路面结构可以经受设计年限内的轴载作用次。在长寿命沥青路面结构设计时，应验算沥青层层底弯拉应变是否满足沥青层对疲劳极限的要求。

3.2路基顶面容许压应变

路基土垂直压应变应小于容许压应变时，在设计年限内路面结构不会出现结构性车辙破坏，会达到长寿命的要求。在长寿面沥青路面结构设计时，对各结构层材料提出了以下要求：

（1）路基。高强、稳定和均匀的路基对长寿命路面极为重要。英国 TRL 规定路基顶面的模量要求不小于40M Pa，基层顶面的模量要求不小于 65MPa。德国交通部认为路基顶面模量值应不小于 48M Pa。下基层顶面模量值对轻交通应不小于120MPa，对重交通为应不小于180MPa。法国对修筑路基有强制性的规范。路基在轴载为 13t 的荷载作用下变形小于 2mm 或承载板试验所得模量值大于 50MPa。（2）沥青层。表面磨耗层层的具体要求依赖于交通条件、环境因素、当地的经验和经济条件。性能要求包括抗车辙性能、抗表面开裂性能、良好的抗滑性能、缓解水雾的影响并能减小噪声，一般选用选择 SMA、密级配混合料或 OGFC等。HMA 中间层必须同时具有耐久性和稳定性，稳定性，应从粗骨料间的骨架结构及采用合适的高温等级沥青来获得，确保集料形成骨架，中间层沥青结合料所要求的高温等级与表面层一致，以抵抗车辙。（3）HMA 基层。沥青基层需要抵抗由于行车荷载反复作用造成的弯拉应力引起的疲劳开裂。高沥青含量的混合料有利于抵抗疲劳开裂，一般通过增加沥青含量增加混合料柔性以阻止变形和疲劳开裂的发展，并采用合适的沥青层厚度，确保源于底部的疲劳开裂不发生。HMA基层设计必须使底面的弯拉应变低于材料的疲劳极限，以预防或减缓路面结构性破坏。

4.结语

随着交通量的增加、轴载的加重和频繁维修带来的费用等问题的出现，长寿命路面是道路建设发展的一个必然方向。目前，我国大规模公路网沥青混凝土路面的损坏给交通带来了严重的影响。对长寿命路面的研究，我国才刚刚起步，因此，为了减少路面的损坏和维修造成的损失，尽早进行长寿命路面的研究，具有重要意义。

参考文献

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