長壽命瀝青路面設計方案探討

摘 要：保證并延長路面使用壽命，對確保道路行車的通暢性、安全性，節(jié)省道路養(yǎng)護維修費用，以及提高公路項目全生命周期總效益有著重大的積極作用。文章針對瀝青路面提出采用長壽命設計理念，以期延長瀝青路面使用壽命；首先簡述了長壽命瀝青路面設計的本質與目標，然后從路面結構、結構層材料、路面厚度等方面入手，對長壽命瀝青路面設計進行了具體分析。

關鍵詞：長壽命瀝青路面；結構設計；材料設計；厚度設計

隨著社會經濟快速發(fā)展，我國公路建設項目越來越多，瀝青路面質量日益受到關注。設計是瀝青路面施工的“排頭兵”，是否科學合理，直接關系著瀝青路面質量的優(yōu)劣。為延長瀝青路面使用壽命，減少養(yǎng)護維修費用，提出長壽命瀝青路面設計。

1 長壽命瀝青路面設計的本質與目標

1.1 本質

長壽命路面設計是一種新的路面設計理念。進行設計時，依然采用傳統的設計理論，只在瀝青層底部的彎拉疲勞應變和路基頂面壓應變上做了些許調整。關于長壽命路面設計，各國對其有著不同的說法，但本質上沒有區(qū)別，都可以將其本質具體表述為：瀝青路面的設計使用壽命在50年以上，是一種瀝青面厚度較高的柔性路面，在瀝青底層開裂、車轍等質量病害防治上有著一定優(yōu)勢。需要定期對路面進行表面銑刨、罩面修復，就可以保證路面在設計的使用壽命期間不需進行大結構性修剪。從某一種程度上看，長壽命瀝青路面設計是路面損壞模式的轉變，通過長壽命路面設計，使路面損壞模式從原來的“自下而上”轉變成為“自上而下”，能有效的消除傳統路面存在的質量病害，利于延長并保證瀝青路面使用壽命。

1.2 目標

根據以往瀝青路面工程實踐表明，長壽命瀝青路面設計的目標主要在于三個方面：一是路面表層發(fā)生路面破壞，可以快速修復；二是不允許出現結構性破壞，如結構性損壞裂縫等；三是通過定期路面養(yǎng)護、修復、更換等方式，可以延長路面使用壽命，基本超過50年。

2 長壽命瀝青路面設計的有關探討

長壽命瀝青路面經過實踐應用以及大量研究，發(fā)現其可以有效防治傳統路面的裂縫、車轍等質量，能延長并保證路面使用壽命，值得在我國大范圍推廣。為了做好長壽命瀝青路面設計工作，作者從路面結構、結構層材料、路面厚度等方面進行分析。

2.1 長壽命瀝青路面結構設計

長壽命瀝青路面設計，其理論基礎是力學。從力學角度看，控制好瀝青底層彎拉疲勞應力，保證底層不發(fā)生彎拉疲勞開裂問題是長壽命瀝青路面設計的一項重要內容。為了做到這一點，采取的力學方法是準確確定荷載作用下路面結構層的應力及應變相應，以便有效控制瀝青底層彎拉疲勞應的數值。從長壽命瀝青路面概念出現后，美國在這方面取得了一定成效。美國道路科研院研制出了一種基于力學的設計指南，未來可能被ASHTO所用。這一種設計指南，由Monismith提出，基本流程如圖1所示。從圖1可以看出來，道路路面結構受材料、交通、環(huán)境及服務性能等各個方面的影響，進行路面結構設計時要充分考慮以上因素。

目前，瀝青路面的疲勞方程主要采用瀝青底層彎拉應變和基頂壓應變，通過這兩個指標去估算瀝青路面結構的使用壽命。這兩個指標主要在于防治疲勞損壞上有著重要作用。瀝青底層彎拉應變，能有效防治瀝青底層出現疲勞破壞，是保證瀝青底層使用壽命不少于路面使用壽命的基本條件。眾所周知，瀝青混凝土層的使用壽命受拉應變控制，通過拉應變可以了解瀝青混凝土層的疲勞特性。因此，估算瀝青混凝土路面使用壽命時，可以借助瀝青底層彎拉應變和基頂壓應變兩個指標，從而獲得較高的路面結構壽命。

2.2 長壽命瀝青路面結構層材料設計

瀝青路面材料是實現瀝青路面結構性能和保證瀝青路面使用壽命的關鍵，應根據瀝青路面結構功能進行結構層材料設計，對結構層材料提出相應指標要求，以保證材料設計符合路面工程質量要求。

結合長壽命路面目標和以往工程經驗，確定瀝青路面結構層材料指標要求，具體是：磨耗層，具備抗老化、抗車轍、防治溫度裂縫等性能，可以采用OGFC混合料、密級配混合料等；中間層，具備抗車轍，荷載傳遞、分散等功能，以及良好的耐久性、穩(wěn)定性等性能。為保證中間層的耐久性，必須根據瀝青路面設計要求選擇適用的材料、骨料，或者適當增加中間層厚度。穩(wěn)定性是衡量車瀝青路面結構質量與使用壽命的主要標準之一，為了確保瀝青路面中間層有良好的穩(wěn)定性，可以配置高等級瀝青，嚴格設計骨架結構；底層，具備抗層底彎拉應變性能，可以采用HMA基層材料。進行HMA基層材料設計時，要求底層的彎拉應變必須低于材料的疲勞極限，有助于減緩路面損壞進程，延長路面使用壽命。

在瀝青路面使用中，車轍是一個比較嚴重的質量病害，為了有效防治這一質量問題，必須嚴格抗車轍材料設計，建議使用改性瀝青或塑料隔柵。同時還要考慮瀝青混凝土的離析現象。

2.3 長壽命瀝青路面厚度設計

在長壽命瀝青路面厚度計算上，可以采用荷載作用下應變的力學工具和相應方法，計算思路同傳統一樣，基本沒有變化。長壽命瀝青路面厚度計算步驟如下：

第一，首先根據瀝青路面結構設計要求確定路面結構組合，以及各層厚度，具體包括底層、中間層、磨耗層。

第二，確定設計參數，具體有材料參數、路基頂面的豎向壓應變等。

第三，結合相關參數及方法，計算設計荷載作用下的結構層應力、應變等情況。在計算結果符合設計要求的條件下確定厚度。若不符合，重新調整厚度，使之符合設計標準和指標要求。

在瀝青層厚度計算上，TRRL提出了諾謨圖，即根據瀝青層的粘度和類型去調整瀝青層厚度。根據TRRL研究顯示，當瀝青路面承受的標準軸載作用次數超過了八千次以上，額外厚度是無用的。根據這一結果，表示瀝青混凝土層的厚度無需過大，只需要滿足設計標準即可。

3 結束語

綜上所述，長壽命瀝青路面設計是一種新的公路路面設計理念和方式，其可以有效的延長公路路面使用壽命，降低公路養(yǎng)護維修費用。雖然同傳統公路路面工程相比，長壽命瀝青路面的工程造價高一些，但是從長遠規(guī)劃角度看，其符合我國國情和公路事業(yè)建設需求。因此，長壽命瀝青路面值得在未來公路建設推廣與應用，但需遵循經濟適用、因地制宜原則，充分考慮地質、水分、氣候等條件，科學合理進行公路瀝青路面的設計工作，以保證公路路面使用壽命。

參考文獻

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