長壽命瀝青混凝土路面結構特點與設計分析

張耀將

(貴州省畢節市公路處，貴州 畢節　551700)

?

長壽命瀝青混凝土路面結構特點與設計分析

張耀將

(貴州省畢節市公路處，貴州 畢節551700)

摘要：關于長壽面瀝青混凝土路面應用與管理的研究應該形成一個完整的體系，只是對這個話題初步進行了分析了。要加強對瀝青混凝土的研究，以路面使用時間短、路面損壞現象嚴重的問題。

關鍵詞：長壽命瀝青拌混凝土路面；結構特點；疲勞損壞

1長壽命瀝青混凝土路面的概念

長壽命瀝青混凝土路面是近年來提出并迅速得到廣泛運用的新技術，有良好的使用性能。長壽命混凝土路面是指在土基上建設瀝青混凝土路面層，在粒料基層上直接鋪筑深層的瀝青混凝土路面。這些路面層厚度較小，不易發生疲勞損壞現象。長壽命瀝青混凝土路面也會有損壞現象的發生，但這損壞僅僅發生在路面表層。以此其維修時只需要對損壞的表層進行銑刨，再進行同等厚度的新混飼料的置換，而不需要進行結構性的處理。長壽命混凝土路面一般的使用壽命在50年左右。

長壽命瀝青混凝土路面結構如下圖示意圖所現，其中有幾個要點：

(1)路面發生損壞的主要區域就是車輪下方的高受力區域，這個區域主要是在表層下方的100~150 mm之間。

(2)最靠近路面的區域被稱之為面層，其深度大約在45~75 mm之間。長壽命瀝青混凝土路面的面層要有足夠的構造深度，良好的抗水性、抗車轍性，能夠保障來往車輛的順利同行。

(3)面層之下是大約有100~175 mm厚中間層，這里面填充高模量抗車轍瀝青混凝土，以使得荷載發生擴散。

(4)中間層之下是75~100 mm后的HMA基層，在HMA基層里填充高柔度抗疲勞瀝青混凝土，以使得整個長壽命瀝青混凝土路面具有高柔性、抗疲勞性，能夠起到消除疲勞損壞的作用。

2長壽命瀝青混凝土路面結構特點

2.1瀝青混凝土層厚度與疲勞壽命的關系

要延長瀝青混凝土的使用壽命，首先要做的就是為整個路面結構設計一個適當的厚度。以使得其拉應變低于損壞發生的可能。瀝青混凝土土層厚度與疲勞壽命的關系如下示意圖所現。一般而言比較薄得瀝青混凝土層路面能夠產生高拉應變而降低疲勞壽命。厚的瀝青混凝土土層則正好相反，其產生的低拉應變如果小于疲勞應變的極限時，就不會再發生疲勞應變，當然也就不會發生疲勞損壞。因此可見，厚的瀝青混凝土土層能夠減少疲勞應變發生的可能，延長瀝青混凝土路面的使用壽命。

2.2瀝青含量與抗疲勞性能的關系

合理的瀝青含量對于增加瀝青混合料的柔性，減少因疲勞而發生的開裂有重要作用。瀝青含量與抗疲勞性能之間的關系如下圖所示：我們可以看出高瀝青的含量混合料能夠更有效的減少彎拉應變發生的可能性，而低的瀝青含量混合料對于抗彎拉應變的性能上稍差一些，因此其使用壽命也就相對較短。除此之外，通過對瀝青實現改性也能增加混合料的抗疲勞的性能，以此延伸瀝青混凝土路面的使用壽命。

2.3長壽命瀝青混凝土路面結構損壞模式

設計合適的瀝青混凝土土層厚度，增加底面層混合料的瀝青含量，提高底面層材料的抗疲勞性能是保證不發生疲勞開裂、延長使用壽命的關鍵措施。初次之外，要使得瀝青混凝土路面有較長的使用年限，還需要設計合理穩定均勻的路基，以便于在各種筑路機械尤其是壓路機這種重量較大的機械不損壞路面的前提下，各種筑路機械的都能夠正常使用操作。合理的路面結構對于控制路基頂壓應變也是十分有效的。

根據英國的一項調查研究發現，發生車轍率較高的路面一般其瀝青的混凝土厚度一般都小于180 mm。而當路面的瀝青混凝土厚度大于180 mm時，車轍發生率明顯減少。瀝青混凝土的厚度超過200 mm時，路面一般不會出現明顯的車轍。因此，我們在對瀝青混凝土路面進行施工時，除去特殊情況，我們要將瀝青混凝土的厚度控制在200 mm以上，以防止路面的結構性變形。

2.4路表面的局部損壞

路層表面的局部損壞問題一直是道路修建過程中的常見問題，以此我們對于此問題必須高度重視。我們要設計合理的路面結構，以延緩路面的結構性損壞，延伸路面的使用年限的同時，還有注意高載重汽車，高氣壓輪胎，高車速行駛帶來的剪應力的影響。一般而言，路面的最大剪應力出現在路面下2厘米到4厘米的區域。超過這個區域后，剪應力會迅速下降。路面的車轍、道路中的開裂都是在這種剪應力的影響下產生的。減少路面發生表層破壞，重點是其磨耗層有良好的性能。其磨合層的建筑，不僅僅要保證施工材料的質量，還有對其及時持續的進行養護。具體的養護措施就是經過一段時間后，將其銑刨，更換成同等厚度的新混合材料。

3長壽命瀝青混凝土路面結構設計

3.1結構整體性能設計

目前世界各國對于瀝青混凝土路面結構的的估計仍然以瀝青混凝土層底彎拉應變X和路基頂面壓應變X這兩個指標為依據。其中瀝青混凝土層底彎拉應變X是指瀝青混凝土自己本身不會引起疲勞破壞的可能性大小。這是通過保證瀝青混凝土的使用壽命來保證整個瀝青混凝土路面的使用壽命。目前，我國的建筑行業以底面拉力作為瀝青混凝土路面疲勞開裂損壞的驗算指標，其在工程中承受的最大拉應力不能超過這些材料規定承受的最高疲勞強度值。在實際的建筑施工中，可以以拉應變替代拉應力作為衡量瀝青混凝土土層疲勞特效的指標，以此來延長瀝青混凝土的使用壽命，這是本文以瀝青混凝土土層彎拉應變X作為整個瀝青混凝土結構估計指標的原因。

本文把路基頂板壓應變X是衡量長壽命瀝青混凝土路面總變形量的注意指標。目前在建筑行業中衡量控制路面總變形量的指標主要是路面彎沉。我認為這是不夠科學的，因為路面彎沉作為衡量指標缺乏統一性、協調性、穩定性。使用路基頂面壓應變X作為控制指標是為了控制住路面的總變形量。

3.2面層抗剪性能設計

瀝青混凝土路面結構壽命的估計仍然以底部彎拉應變和基頂壓應變作為衡量指標。要想使得瀝青混凝土路面有更長的使用年限，就要控制瀝青混凝土層底彎拉應變和基頂壓應變都要小于施工材料的疲勞極限應變水平。除以之外，保證瀝青混凝土原材料的質量，以此控制路面出現局部損害的時間。除了上述的兩個指標外，抗剪指標對于預防路面面層過早發生局部損壞，延長瀝青混凝土路面的使用壽命有重要意義。抗剪指標注意衡量面層瀝青混合料的設計。對于這個指標要注意在施工時的最大剪應力要比實驗時所得到的混合料最大抗剪強度要小，以保證瀝青混凝土的正常使用。除此之外，還有考慮抗剪安全系數、面層模量梯度等等這些指標。

參考文獻：

[1]陳小婷，孫立軍，李峰.長壽命瀝青混凝土路面結構特點與設計研究[J].中外公路，2013，(5)：113-114.

[2]孫立軍.瀝青路面結構行為理論[M].上海：同濟大學出版社，2003.

[3]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破損現象及預防[M].人民交通出版社，2001.

Structural characteristics and design analysis of perpetual asphalt concrete pavements

ZHANG Yao-jiang

(Guizhou Province Bijie City Highway Department, Bijie, Guizhou 551700,China)

Abstract:There should be a complete system about the application and management research on perpetual asphalt concrete pavements. This paper preliminarily discusses the topic. It points out that we should strengthen the research of perpetual asphalt concrete, to solve the problem of use shortly-time-using and badly-damaged pavement.

Keywords:perpetual asphalt concrete pavement; structural characteristics; fatigue failure

中圖分類號：U416.217

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0057-02

作者簡介：張耀將(1980-)，貴州畢節人，工程師，主要從事農村公路數據更新，農村公路建設項目質量、進度和安全的督促指導等工作。

收稿日期：2015-10-21