長壽命瀝青路面結構設計的方法

現如今，在我國經濟快速發展條件下，高等級公路的應用是社會發展的重要條件，高效、耐久的運輸條件可大大提高整個國家的生產效率。但自從路面設計以來，路面結構性破壞一直影響道路使用壽命，而且隨著交通量和車輛軸載的加重，獲得較長使用壽命的瀝青路面一直是道路研究者面臨的嚴峻挑戰。長壽命瀝青路面是一種耐久性路面，通過對道路材料選擇、混合料設計和路面結構設計等方面的改善，獲取一種較長使用年限且經濟的瀝青路面結構。目前使用較多的長壽命瀝青路面為全厚式瀝青路面，瀝青層有足夠的厚度，但由于經濟性原因現階段無法大規模的應用于實際工程中。本文通過采用半剛性基層瀝青路面的設計來實現長壽命瀝青路面，分別對路面各層結構設計、路面材料選擇、施工質量控制等階段進行改善，并結合試驗路進行設計指標質量檢測。

試驗路設計

工程概況

某試驗路為某高速公路中一段半幅路，所在區域地勢平坦、開闊，路線所經區域屬中濕帶大陸性氣候。全線長3km，起訖樁號為K23+100～K26+100，路面寬度為11.5m，路基寬度為13m，路基存在填挖現象，且有一定的縱坡。通過對半剛性組合式基層路面結構、路面材料和施工質量的設計來實現長壽命瀝青路面。

路面結構設計

雖然全厚式瀝青路面結構是目前公認的長壽命瀝青路面結構，但在現階段很難大規模的應用于實際工程中去。有相關研究證明，通過對粒料底基層和組合式底基層的設計同樣可以實現長壽命路面，本文針對半剛性組合式底基層類，根據路基頂面容許壓應變、瀝青層層底水平容許拉應變和永久變形等指標、標準和結構設計方法，進行長壽命瀝青路面結構設計，其各層路面結構設計厚度、模量和相應參數，如表1、表2所示。

表1 試驗路段路面結構設計參數

表2 試驗路結構響應值

路面材料選擇和設計

路基。由于該試驗路地處沙漠邊緣，原地基大多數屬于風積沙，且當地缺乏石料，無法對原基礎進行換填處理，因此本文使用基礎為壓實風積沙路基，但為防止基礎承載能力不足，路面上層結構擠入上鋪層中，產生過量永久變形，該試驗路采用在土基上設置一層天然砂礫墊層，既提高基礎受力特性，也能起到保路路基的作用。

底基層。該路面結構底基層采用水泥粉煤灰穩定碎石，為減少半剛性基層材料層裂縫，需使用較高模量的水泥穩定碎石，而高模量的路面結構通常需使用較高劑量的水泥。但就半剛性基層材料自身的特性而言，高劑量水泥通常會使路面早期出現一定程度的干縮和溫縮裂縫。因此本文采用3%的32.5號水泥，同時結合摻加火力發電廠除塵裝置收集的粉煤灰，其水泥和粉煤灰技術指標如表3、表4所示。

級配碎石層。試驗路級配碎石層所用石料為花崗巖，礦料級配設計為骨架密實結構，其具體設計級配如表5所示。

表3 水泥技術指標

表4 粉煤灰化學成分

表5 級配碎石礦料設計級配

表6 SBS改性瀝青試驗結果

瀝青基層。瀝青基層采用改性瀝青混合料，膠結料采用SBS改性瀝青，礦料級配采用AC-25粗型級配，其SBS改性瀝青技術指標如表6所示。

聯結層。聯結層的設計是長壽命瀝青路面的一個重要層位。該層通常是抵抗路面車轍變形的重要貢獻層，承受剪應力最大，因此，聯結層瀝青混合料應具備較高的高溫抗車轍性能。同時，為降低瀝青層層底和路基頂面壓應力，聯結層需要較高的模量。經過試驗和理論分析后，本文在聯結層材料設計時采用SBS改性KLM90號瀝青混合料，同時摻加5%的增模劑，厚度設計為6cm，礦料設計為AC-20粗型級配。

磨耗層。磨耗層在瀝青路面中通常起到抗滑、耐磨的作用，應具有足夠的抗剪強度，以防止瀝青路面出現高溫車轍病害。經試驗和理論分析后，本文磨耗層厚度設計為4cm，膠結料采用SBS改性90號瀝青，礦料級配為AC-13粗型。

施工質量控制

壓實度。壓實度是影響路面耐久性的重要因素之一，其病害的產生往往是由壓實度不足引起的，保證路面壓實密實性是決定長壽命瀝青路面使用質量的重要施工控制指標。路基壓實越密實，路基模量相對越高，后期路面抗永久變形能力越好，路基越不容易產生開裂。水泥穩定碎石雖然作為底基層，但壓實度同樣不得降低，必須按照規范要求進行執行。而瀝青層作為外表路面結構，其壓實質量是影響路面長期性能的關鍵因素，瀝青層壓實越密集，路面疲勞性能越好。在施工過程中，應嚴格控制混合料出場溫度和攤鋪溫度，且在攤鋪時要做到連續、均勻且不間斷。

均勻性?；旌狭暇鶆蛐酝瑯邮怯绊戦L壽命瀝青路面使用質量的一個重要因素。均勻性控制不好所產生的主要問題為離析，控制離析現象是長壽命瀝青路面的重要質量保障。在施工過程中，要嚴格控制混合料的拌和與攤鋪，對于級配碎石應使用集中廠拌，再使用攤鋪機攤鋪，攤鋪過程中攤鋪機速度不宜過快，應做到均勻不間斷，對部分存在缺料、不均勻的區域應及時進行補料處理。

表7 試驗路各層結構回彈模量測試結果

表8 壓力盒檢測結果

養生。在路基全部鋪筑完成后，在上鋪層施工之前應每天灑一次水，防止路面由于水分的散失而使黏結性降低，從而使表面出現松散現象。另外在水泥穩定碎石基層施工完成后，應先在頂面灑一次水，再用土工布覆蓋，進行保溫、保濕養生7天。在養生期間，除灑水車其他車輛均不可通行。

試驗路檢測

回彈模量測試

根據《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60-2008），對試驗路各層施工完成后進行現場回彈模量試驗，其測試結果如表7所示。

由表7可以看出，土基頂面回彈模量平均值為106Mpa，最小為89Mpa，滿足路面設計時80Mpa的要求；墊層回彈模量均滿足大于100Mpa的要求；級配碎石模量為370Mpa～450Mpa，瀝青基層模量為900Mpa～1000Mpa，高模量聯結層模量為1100Mpa～1500Mpa，磨耗層模量在1100Mpa～1200Mpa之間，均滿足路面結構設計要求。

土基頂面壓力測試

為測量長壽命瀝青路面試驗路段土基頂面所受壓力，根據《公路路基路面現場測試規程》（JTG E60-2008）要求，在試驗路行車道上埋置壓力盒，測取在10t軸載單輪下的壓力值，具體檢測結果如表8所示。

由圖8可知，在10t軸載作用下，壓力盒測得加載后壓力較加載前增加約0.004Mpa～0.02MPa，滿足長壽命瀝青路面設計要求，說明該長壽命瀝青路面具有足夠的耐久性，可抵抗較大的軸載。