復合式長壽命路面結構分析探討

祁 敏 艷

(山西運城路橋有限責任公司，山西 運城 044000)

復合式長壽命路面結構分析探討

祁 敏 艷

(山西運城路橋有限責任公司，山西 運城 044000)

采用路面結構的三維參元法以及彈性層狀體系理論，對PCC+AC復合式路面進行了荷載應力分析，并對復合長壽命路面結構進行了驗算，結果表明，復合式長壽命路面改善了層彈性模量對PCC板底溫度應力的影響，提升了路面的實際使用壽命。

復合式長壽命路面，溫度應力，使用壽命

據調查顯示，目前中國的高速路面設計壽命常規為30年左右，可是實際的使用年限卻不到10年，更甚者只是具有4年左右的運營時間，此后就開始頻繁的修葺環節，這不僅影響了車輛的正常通行造成人民出行的極為不便、浪費趕路時間、增加汽車用戶的燃料費用，而且給國家帶來巨大的維修費用和資源的濫用，嚴重違背可持續發展戰略和綠色環保的時代理念，為社會帶來嚴重的經濟影響，宏觀來講，對設計年限外的道路進行修葺是不經濟的社會行為，是應該盡量去避免的；如何延長設計打破設計年限的30年大關，如何保證道路的實際使用壽命是國內外學者紛紛探討的話題，并已取得一定成就，復合式長壽命路面就是解決道路壽命問題的最佳產物[1]。筆者針對設計年限和使用年限問題，從路面的要求和建設標準、路面結構入手，以注重延長使用壽命為主體，對復合路面進行深度探究和分析。

1 長壽命路面的定義

長壽命路面在使用上的定義年限為40年，長壽命路面即設計年限超過40年的路面結構。隨著時代的不斷進步，人們也為長壽命道路提出了新的要求；第一，設計使用壽命超過40年，不包括40年；第二，實際年限內，只是進行必要的常規保養，沒有主要承重層和結構性的修改；第三，具備足夠的承重層厚度，具備設計年限內的最經濟道路選擇，即保證最低維修費用；第四，在設計的使用年限內，道路結構完整，不發生道路結構的長大損壞和重修；因其具備社會最經濟特征，故而在使用期間，如果出現道路問題也不會對交通產生重大干擾，可以盡量避免道路的堵塞，由此帶來的道路使用群體不滿、憤懣情緒以及道路有關部門、當地政府的壓力將會得以減輕，一定程度上確保社會的穩定和長治久安。

2 復合式長壽命路面的設計要求

1)復合式長壽命路面應該具備較高的路基穩定性。路基是道路穩定的基礎也是路面結構的基石，是道路的最終承重者和路面工作的平臺，較高的路基穩定性，不僅可以改善路面的水溫情況，還可以更好的保證路面的完整性[2]。對于復合式長壽命路面結構而言，設計的過程中應該盡力的提升路基的穩定性和承重能力，為路面的使用年限劃下最大的邊際范圍。

2)材料的性能要求。針對于路面的使用長壽命，從路面結構上來說，首先，路面的表層材料應該具有耐高溫、高強度、高硬度、強水溫穩定性和避免水損壞性，保證過往車輛的安全；其次，要具備抵抗大型車輛或過重車輛荷載過行碾壓留下的車轍痕跡功能，保證路面的光滑和平整；筆者認為，柔性基層、碾壓混凝土、半剛性材料理論上均可用作瀝青復合長壽命路面的基墊層材料。

3)結構層厚度的要求。長壽命路面的結構層厚度是設計和建設長壽命路面重中之重的問題，是各方學者爭相研究的焦點，同時也是現有路面出現短時間破損的根本所在，至道路承建商頻繁出現偷工減料的環節。長壽命則必須要求路面的結構層厚度足夠厚，才能在車輛荷載通行時不影響路面結構，在使用年限內保證道路結構上的完好。據調查，目前國內高速路面的路面設計板厚度一般為25 cm，而想要使得使用壽命達到40年，這一厚度顯然是遠遠不夠的。想要實現復合式路面的長久使用，則要求道路的結構層達到一定的厚度，在能實現使用年限內只進行表層的修復而不進行結構上的修葺。

4)路面的結構組成要求。路面結構的組成科學合理才能有效的延緩和制止道路出現結構性損壞，在路面表層滿足長壽命道路標準以后，還需要嚴格的進行銑刨表面層重新加鋪[3]。表層以下的結構分布主要能力就是緩沖結構間的直接壓迫和抗裂性能，讓道路具有強力的抗疲勞能力，讓路面的使用年限得以延長，同時路面的整體性也要適可注意，底基層、基層、墊層、路基也要和長壽命道路設計思想一致；結構層底的拉應力是保證道路結構完整性的重要指標，只有牢牢把握好這一指標，才能更好的對路面進行預計和檢測，延長路面的使用年限。

3 復合式長壽命路面的設計標準

1)PCC+AC路面結構模式。PCC+AC長壽命路面(瀝青混凝土+應力吸收層+水泥混凝土+瀝青聯結層)結構形式。采用路面結構的三維參元法以及彈性層狀體系理論,對PCC+AC復合式路面進行荷載應力分析。結構模式如圖1所示。

2)結構參數。文中結構計算參數的來源采用設計實際長壽命路面工程的最佳實際道路結構參數,如表1所示。

3)溫度翹曲應力。道路的使用年限一定程度上受影響于混凝土板內溫度應力，其溫度應力主要分為翹曲應力和脹縮應力，由于脹縮應力的影響小之又小，故而筆者認為溫度應力影響甚大的還是溫度的翹曲應力，溫度應力的產生原因是同一深度上的不同層面存在著溫度梯度，一天內，路面層次間的溫度變化時刻因瀝青層厚度的增加而顯得逐漸延后。據科學預測，水泥混凝土的最大溫度梯度一般出現在中午時刻，相對于復合式長壽命道路，因為結構層的不斷加厚，PCC+AC路面的最大溫度梯度則會出現在午后3：00左右。通過反復計算發現，溫度翹曲應力會隨著PCC板的長度增加而逐步減少，因此，為了延長道路的使用壽命，減少溫度應力的影響，可以適當的對PCC板長進行調整[4]。

表1 結構參數 MPa

4)邊界條件。a.復合型長壽命道路設計時，其層面的邊界不是隨意設定的，而是具有科學的、無數次試驗得出的參數指標。AC表面層、PCC結構板層為有限的參數尺寸;復合式長壽命路面的地基為彈性半空間地基,根據計算精度要求,科學取尺寸為8 m×10 m×7 m。b.道路的表面層和結構層、地基的周圍科學上應該保持懸空空間，而地基的地面為大地是固定面；AC層與PCC板之間不是間隔分離的，而是應該保證完全連續接觸。

5)法律上的要求。復合長壽命道路的表層設計基準為8年，主要承重層即PCC層的設計基準為40年，以道路使用過程中產生的疲勞斷裂為道路強度驗算指標；其材料設計要符合《公路瀝青路面設計規范》和《公路瀝青路面施工技術規范》的要求。

6)瀝青層壽命。即使路面的使用年限可以達到40年之久，但是表層瀝青的使用年限肯定是達不到的。所以在進行復合式長壽命道路結構設計時，不要刻意的去強化路面瀝青的使用壽命，應該去考慮主體結構的完整和優良性，瀝青層的年限更加注重的是材料選取，力求盡可能的長久，必要時進行路面的表層維護。

4 結語

文章采用路面結構的三維參元法以及彈性層狀體系理論,對PCC+AC復合式路面進行荷載應力分析，通過驗算和校正，復合式長壽命路面結構承重能力得到很大的提高，比常規路面設計的使用壽命大大提升，其主要的合理性在于，各層面之間的力學調整，符合時代長壽命的要求。雖然道路的設計年限為40年，這一要求是針對于路面的承重層即PCC層，AC層則需要一段時間內進行翻新和養護。

[1] 李淑明,許志鴻,蔡喜棉.土工織物對復合式路面結構內力影響分析[J].中國公路學報,2006,19(1):28-31.

[2] 劉曉曦,王碩太.機場混凝土道面封縫材料疲勞特性[J].交通運輸工程學報,2006,6(1):44-47.

[3] Lee Hyun Jong， Lee Jung Hun，Park Hee Mun.Performance evaluation of high modulu asphalt mixtures for long life asphalt pavements[J].Construction and Building Materials，2007，21(5)：1079-1081.

[4] JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].

Analysis and exploration on composite long-life pavement structure

QI Min-yan

(ShanxiYunchengHighway&BridgeCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

Applying three-dimensional participation element method and elastic multi-layer theory, the paper analyzes the load stress of PCC+AC composite pavement, and examines the composite long-life pavement structure. Results show that: composite long-life pavement improves the impacts of elastic multi-layer module upon PCC bottom board temperature stress and improves the actual life service of the pavement.

composite long-life pavement, temperature stress, service life

1009-6825(2014)15-0167-02

2014-03-15

祁敏艷(1983- )，女，助理工程師

U416.2

A