如何解決路面結構設計中存在的問題

【摘要】 在高速公路重交通道路上最常用的是全厚式路面、柔性基層瀝青路面及混合式基層瀝青路面。鑒于我國的實際情況，由于全厚式路面的瀝青層要求很厚，短期內在我國應用尚不現實。引進發展柔性基層瀝青路面和混合式基層瀝青路面是重要的。

【關鍵詞】 路面；結構設計

【中圖分類號】 TE626.8+6

【文獻標識碼】 B

【文章編號】 1005-1074(2008)08-0289-01

國際上在20世紀70年代，半剛性基層瀝青路面用得很普遍，并發生了關于基層的“黑白之爭”，后來，柔性基層和全厚式路面得到了很大的發展，逐漸成為主流。其原因是半剛性基層在其優點的背后，也有不少缺點，有些無法克服。缺點①：半剛性基層的收縮開裂及由此引起瀝青路面的反射性裂縫輕重不同地存在。在國外普遍采取對裂縫進行封縫，而在交通量繁重或者高速公路上，這種封縫工作十分困難。而在我國，日前根本沒有發現裂縫就進行瀝青封縫的習慣，因而開裂得不到有效的處理。裂縫會導致2種后果：一是裂縫進水；二是車輪從裂縫的一側經過到達裂縫的另一側時，荷載變化不再連續使路面裂縫兩側發生大的應力突變，還形成很大的上下剪切和表面受拉。缺點②：半剛性基層非常致密，它基本上是不透水或者滲水性很差的材料。水從各種途徑進入路面并到達基層后，不能從基層迅速排走，只能沿瀝青層和基層的界面擴散、積聚。水進入路面的途徑，除了降雨（尤其是梅雨、雨季集中降雨）、降雪、化雪的表面水外，還有多種來源?？梢哉f，水進入瀝青路面是不可避免的，如不能及時排走就將造成危害。所以都稱“水”是造成瀝青路面損壞的“元兇”，半剛性基層瀝青路面的內部排水性能差是其致命的弱點。缺點③：半剛性基層有很好的整體性，但是在使用過程中，半剛性基層材料的強度、模量會由于干濕和凍融循環、在反復荷載的作用下因疲勞而逐漸衰減。按照南非的理論，半剛性基層的狀態是由整塊向大塊、小塊、碎塊變化，按照整體結構設計路面是偏于不安全的。缺點④：半剛性基層瀝青路面對重載車來說具有更大的軸載敏感性。重載車換算為標準軸載時，對柔性基層通常是按4次方換算，而對半剛性基層來說，隨著基層和瀝青層的模量比的增大，換算荷載的次方數將不再是4次方，很可能是12～15次方。軸載加大1倍，對柔性基層的換算軸次是增大16倍，而對半剛性基層可能要變為數十萬次。也就是說同樣的超載車對半剛性基層瀝青路面的要比柔性基層瀝青路面大得多，對路面的損傷也大得多。

由于半剛性基層的強度、模量、抗疲勞性能等會因為重復荷載的作用及環境（干濕、凍融等）的影響而不斷衰減，總是有一定使用壽命的，只要到了設計壽命，基層將會逐漸喪失功能，需要重鋪，因此半剛性基層瀝青路面的使用壽命不可能無限制地延長下去。相比之下，國外瀝青路面的設計壽命越來越長，現在又出現了永久性路面或者長壽命瀝青路面的思想，這種理念已在歐美許多國家得到重視，且已經在重交通道路上應用，對延長瀝青路面使用壽命起到極大作用。

永久性路面的理念是所設計的瀝青路面能夠使用40～50年以上、采用較厚的瀝青層柔性路面，降低傳統的瀝青層底開裂和避免結構性車轍。由于瀝青層相對較厚，傳統的疲勞開裂可能性大大降低，路面的損壞主要位于面層的頂部（25～100毫），一旦道路表面損壞達到臨界水平，其經濟性處理方法就是將損壞的頂層或面層銑刨、罩面，或者加鋪。瀝青面層材料可以再生利用，使得瀝青路面在使用年限內不需要大的結構性重修或重建，并企圖無限期地使用下去。

根據以前的室內疲勞方程和力學設計程序，無論瀝青結構層多厚，結構都會必然產生疲勞開裂、車轍。而最新的理論發現當瀝青層超過一定厚度時，良好施工的路面結構不會產生源于層底的疲勞開裂和結構性車轍。當標準軸次超過一定次數后，瀝青層厚度無須增加。也就是說，瀝青層的厚度使層底拉應變小于一定的值以后，瀝青路面的下部將可以無限期地使用下去。所以永久性路面的最大特點是確保路面各類損壞控制在路面表面層頂部很薄的范圍內，如自上向下溫度疲勞開裂、車轍、表面磨耗、瀝青老化都努力限制在磨耗層內，防止出現中面層以下的結構性損壞，表面層的損壞只需通過預防性養護得以補救。這種長壽命路面在美國、英國、澳大利亞都進行了一定的研究和實踐，也已經引起了我國學者的注意，有的省正在開展這方面的研究，鋪筑試驗路，這是件很有意義的工作。

路面早期損壞的技術解決之路半剛性基層瀝青路面的在達到設計壽命后發生結構性損壞，需要維修基層，與永久性路面確保只維修表面層的思想是最大的差別，是兩個完全相反的設計理念。很明顯，為了減小對社會和交通的影響，我們都不愿意每次連基層一起“開膛破肚”式地維修，因此我們必須認真地思考這些問題。

綜合國際上瀝青路面結構型式的實際情況在高速公路重交通道路上最常用的是全厚式路面、柔性基層瀝青路面及混合式基層瀝青路面。鑒于我國的實際情況，由于全厚式路面的瀝青層要求很厚，短期內在我國應用尚不現實。引進發展柔性基層瀝青路面和混合式基層瀝青路面是重要的。由于我國對半剛性基層有豐富的應用經驗，為了有充分的把握，當前應該首先發展混合式基層瀝青路面，即以瀝青混凝土作面層，瀝青穩定碎石作基層，無機結合料穩定集料作底基層這種結構型式，也可以在半剛性基層上加鋪級配碎石過渡層以防止反射性裂縫和有利于排水。我們并不能對半剛性基層瀝青路面全盤否定，但是需要認真總結和吸取國內外成功的經驗與失敗的教訓，結合我國的具體情況，完善它的設計與應用，明確它的適用范圍，重新認識和分析它的優缺點，目的是為了揚長避短，最大限度地減少半剛性基層瀝青路面早期損壞，延長瀝青路面的使用壽命。