長壽命瀝青路面結構性能研究

周澤彬

摘 要：文章詳盡地介紹了長壽命瀝青路面的概念、體系特征，研究了結構選擇之時每層架構的作用以及其構成，并介紹了這種道路體系的設計觀念，借助分析與討論可推斷出長壽命瀝青路面在將來會有更為廣闊的應用以及發展前景。

關鍵詞：長壽命路面 瀝青混合料 面層

在高等級道路中，半剛性基層與瀝青面層的結合是先進最為常見的道路結構模式。這種傳統的道路體系組合因為其自身有著強度高、造價低等優勢受到了廣泛的使用，但伴隨著道路基礎設施投入到具體使用時，半剛性基層的缺陷也逐漸顯現了出來，譬如，容易出現溫縮干縮縫隙、同瀝青路面的粘結性較弱等，使道路結構在投入使用環節中呈現出了很多早期的危害?，F如今中國半剛性瀝青路面的使用壽命通常都無法達到設計的要求與標準，而修復的成本又非常高，并且會對交通、當地的農業、該區域的經濟發展造成巨大的影響。我國這幾年來高速公路施工的經驗說明，之前依照“強基、薄面、穩土基”的方案規劃的半剛性瀝青路面體系已無法滿足當前經濟發展的趨勢了，要求引入國際上先進的道路設計理念，及時研究開發出全新的道路施工體系以及施工技術。

1.長壽命瀝青路面

長壽命瀝青道路主要就是指那些設計使用時限>40年，并且投入到養護當中的資金成本非常低的一種道路路面結構。

長壽命瀝青路面或者說是長效性瀝青道路在上個世紀60年代的美國北部就已開始建設加厚型以及全厚型的瀝青道路體系。美國永久性路面（PerpetualPavement）的理念最開始是由路面聯盟APA所定義出來的，并組織美國國家瀝青路面協會NAPA、美國瀝青協會AI與36個州的瀝青協會一同對長壽命道路施工計劃展開了研究與討論，美國所進行討論的內容其實就是歐洲長壽命瀝青道路規劃概念的一種延伸，所以在美國有很多的區域也將這種結構的路面稱之為長壽命瀝青路面。直到上個世紀90年代，長壽命路面逐漸變成了全球范圍當中討論個熱門課題，在美洲、歐洲、澳大利亞甚至是非洲部分地區都就這一課題展開了深入的研究與討論。

長壽命道路的結構特點在于瀝青層的厚度要遠>傳統路面的瀝青層厚度，從根本上解決了傳統路面所存在的磨損破壞的問題。長壽命路面并不是說道路不會被破壞或者是使用不會出現損壞，而說得是道路本身的損傷只會出現道路的表層，在其整個壽命時限中，不必進行結構上的大修，因為損壞只會出現在道路的表層，因此只用開展預防性的維護就可以保證道路的正常使用，并且在路面破損到一定程度時，將路面磨耗層銑刨，并替換成為厚度相同的新混合材料就可以將路面繼續投入使用，維修的過程非常的簡單且以操作。

2.路面結構選取

長壽命瀝青道路的技術重點在于依照性能科學的配置道路結構層。一般情況下，長壽命瀝青道路的主體結構大致可以分成以下3層：面層、中間層以及HMA基層，詳情參見圖1。依照道路結構的性能，規定路面結構的面層具備抗車轍、防滲水以及抗磨損的性質，中間層有著較強的抗車轍功能，基層主要是具備有抗磨損以及超強的耐久性。

2.1面層

面層因為直接遭受路面活載的影響，要求具備有充足的表層構造厚度以及平整度，水穩性強，可以為車輛的形式帶來一個平穩的形式環境。不僅如此，上部瀝青混合料所受到的車輛剪切作用是做多的，非常容易就會因為高溫出現形變的情況，所以上層結構一般借助高強度的瀝青混凝土進行施工，厚度通常控制在5cm左右，譬如美國的馬里蘭州與威斯康星州在道路建設之時選用SMA瀝青來當做是路面的建材。得到了較為成功的施工經驗。此外，為了強化道路的排水與抗濕滑性能，可考慮在上層再鋪設一層厚度較薄的OGFC材料，其厚度通常控制在2.5cm左右，以便于定期對表面的功能開展對應的修復工作。

2.2中間層

長壽命瀝青路面的承受的應力：車輪載荷影響下100～150mm范圍是受壓加大的區間，更是磨損出現的主要區間，所以中間層或者是連接層設置最主要的目的就是為了承受車輛所帶來的載荷效益，降低基層與路基頂層縱向的壓應變，因此中間層的材質要求具備耐高溫以及耐久性強的特征，厚度通?？刂圃?0～18cm?；旌喜牧系哪透邷胤€定性，一般就是借助粗集料間骨料的互相接觸與高溫穩定性良好的膠結料來獲取，所以中間層一般會借助高模量抗車轍的瀝青進行對應的施工。中面層借助模量較大的混合材料還能降低下面層的彎拉應力，并強化道路分散載荷的性能。為了強化混合料的質量，能借助Superpave的設計方案，瀝青膠結料種類同樣能借助改性瀝青來進行施工。

2.3基層

所有結構層當中最大彎拉應變出現在瀝青混合料的基底，該區間很容易就會出現疲勞破損的情況，所以長壽命瀝青大陸基層的主體性能就是抵御活荷載作用下道路結構出現彎曲破損的問題，一般基層種類可以選取柔性的基層，或者是在上基層就借助柔性基層體系，下基層選用半剛性基層進行組合，因為柔性基層材質本身有著柔性強、耐磨損、水穩性強的優勢，所以有著較強的減少疲勞破損的功效。

2.4路基

在長壽命瀝青路面中，其施工質量及竣工之后性能的決定性因素就是路基。路基在施工中扮演著工作平臺的角色，便利了自卸車與攤鋪機的運行，在碾壓階段中路基抵抗上部輪載導致的變形，能有效壓實上部瀝青混凝土面層；在高速公路投入運營之后，路基的穩定性尤為重要，這是因為路基不僅是上部交通荷載發揮承載力作用的平臺，還因為凍融與含水量的變化會使路基承載性能產生極大的變化。所以在憑借力學設計方式時，一定要重視地基在各種條件下的勁度模量改變情況，并且依照最不理想的狀況開展設計工作。

3.長壽命瀝青路面設計理念

根據瀝青結構層“疲勞極限（Fatigue Limit）”來制定科學、有效的長壽命路面設計標準。而“Fatigue Limit”就是瀝青混合料具備彎拉應變臨界點，要是路面結構彎拉應變相較于彎拉應變臨界點更小，HMA底層就不會出現疲勞損傷的問題。基于“Fatigue Limit”的實際內涵，要是路面結構的強度達到一定值，相較于“Fatigue Limit”來說，瀝青層底部應力或是應變就會更低，路面就不會出現源于瀝青層底部的疲勞開裂問題。而因基層及路基變形導致的結構性車轍同樣如此，要是基層及路基頂面壓應變相較于臨界值要低一些，結構性車轍的問題就不會產生。鑒于此，路面結構其實就具備臨界強度，要是臨界強度能使瀝青層底拉應變或是拉應力、基層與路面頂面壓應變低于“Fatigue Limit”，行車就并不會導致結構性破壞現象的出現。強度達到臨界強度的話，就不要根據交通量來調整路面厚度。國外相關專家及學者已經針對疲勞極限值進行了分析，通常建議是100°。借助瀝青混凝土層底彎拉應變及基頂壓應變指標對Fatigue Limit進行有效控制，憑借抗剪指標使表面損壞的情況得到有效控制。長壽命瀝青路面的設計，有機結合了瀝青路面的結構設計及瀝青混合料的構成，使脫鉤的難題得到妥善的處理及解決，這也就是瀝青路面架構選擇及設計的方向所在。

4.結束語

綜上所述，瀝青路面結構設計的重要發展方向就是長效性路面結構，這種結構在交通量較大、重載的高等級道路上應用比例相對較大。深入分析國外長效性瀝青路面的真實狀況后能得出結論，長效性瀝青路面在西方發達國家中已經相對成熟，并且已得到廣泛普及，經過路用研究與試驗研究能得出結論，相較于傳統路面結構而言，長效性瀝青路面結構的路用性更好。

參考文獻：

[1]李志遠.西銅高速全壽命周期瀝青路面設計方法研究[D].西安：長安大學，2011.

[2]徐鷗明.長壽命瀝青路面設計指標與設計方法研究[D].西安：長安大學，2008.

[3]李峰，孫立軍，胡曉.長壽命瀝青路面設計方法與實踐綜述[J].公路，2005（07）：122-127.