長壽命瀝青路面結構設計研究

中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089

1 長壽命瀝青路面

長壽命瀝青道路路面的規劃設計屬于相對創新的理念。不同的國家對于長壽命路面規劃設計有著不同的原則和規劃設計要點，它們之間的區別不大，該路面的使用壽命大于50年，柔性比較強，可以有效避免瀝青的裂縫及車轍等問題。因此，相關單位要對其進行定期的修整和保養，保證其路面設計的穩定性。此瀝青路面的規劃設計就是對路面出現的問題模式進行有效改善，利用其自身的設計原則，解決路面損壞問題，并對其模式進行有效的改善，避免傳統路面產生的質量問題，延長路面的使用時間。該路面結構的主要特點是瀝青層面的厚度較厚，在一定程度上可以對曾經的路面進行質量問題的有效修復。

2 道路瀝青路面結構破壞及原因

2.1 道路裂縫

在長期重復性荷載的作用下，路面結構出現疲勞損傷，在裂縫發展初期為交錯裂縫，隨著時間和受力不均勻，導致裂縫呈現結塊現象，要控制接縫結構處的夾角為90°或者90°以上。橫向裂縫隨著時間的推移，裂縫數量也會增加，且裂縫產生的時間間隔也會縮短。引發裂縫的原因較多，如道路設計不規范、不均勻沉降、溫縮等，因此必須制訂有效的管理措施。公路瀝青路面裂縫的形成原因除了瀝青路面自身材料特性，在攤鋪作業施工環節也存在較多問題，其中最主要的是分段攤鋪施工不連續，造成接茬位置結構處理不當，在長期使用環境下，導致裂縫的產生。此外，在公路施工中，沒有按照施工技術標準進行夯實作業，導致路面結構被雨水沖刷，從而產生路基下沉的現象。

2.2 車轍

車轍主要發生在高溫季節，一方面是由于固結變形，另一方面是由于行車重荷載。沉陷是指與行車方向相同的裂縫，還包含泛油，瀝青路面的損壞等。

2.3 坑槽塌陷

公路一旦通車，在后期的養護維修階段，就很難進行全路段封閉式養護施工，只能局部養護維修，這樣就很難保證養護施工中的瀝青質量，加上瀝青結構常年受到周邊環境因素的影響，導致道路路面結構產生坑槽。該道路病害的產生是突發性的，如果控制不及時，則會導致行車危險，影響乘車的舒適度。在公路出現坑槽塌陷病害后，路面結構表面早期會產生龜裂或松散現象，在損害的積累下，可導致路面坑槽塌陷病害發生。

3 選擇和設計路面材料

在瀝青路面結構設計時運用長壽命理念，選擇并設計好路面材料。該工程具體設計如下：（1）路基。建設地由于石料缺乏，原基礎無法進行換填施工，于是路基使用壓實風積沙。為保證路基的承載能力，將天然砂礫墊層布置在土基層，保障基礎受力特性的同時也有效保護了路基。（2）底基層使用水泥粉煤灰穩定碎石。為避免半剛性基層材料層的裂縫出現，使用較高模量水平的水泥穩定碎石，水泥材料也是高性能的。設計考慮了干縮裂縫和溫縮裂縫的控制需求，最終水泥材料選用的是3%的32.5號水泥，并結合使用粉煤灰材料。（3）級配碎石層。石料主要為花崗巖，礦料級配設計為骨架密實結構。（4）瀝青層使用改性瀝青混合料。SBS改性瀝青材料用作膠結料，礦料級配設計選用AC-25粗型級配。（5）其他層。依據工程實況，連接層和磨耗層等的材料選擇遵照長壽命瀝青路面設計規范要求。

4 瀝青面層

對于此面層而言，主要是對路面基層中的裂縫和干裂問題進行有效的保護。施工人員有效控制瀝青面層的厚度，保護沒有裂開的半剛性基層，在路面的使用過程中，避免溫度變化產生的裂縫以及干縮產生的裂縫。瀝青面層的厚度會隨著建設過程的溫度、溫差和氣溫的變化而變化。例如，河北省的中南部位，在進行瀝青面層的施工過程中，厚度大于7cm，此厚度的瀝青面層主要是由于溫度收縮產生裂縫；在石家莊市進行煤瀝青面層的施工過程中，其厚度大約為8cm，在瀝青面層的使用過程中，寒冷的溫度不會產生裂縫問題。

5 設計方法的運用

5.1 路基設計

在重復荷載的作用下，瀝青路面結構會發生變形，且會使面層底面有很大的接應變產生，使公路的運行安全性及行車舒適性受到不良影響，還會加速路面的疲勞破壞。因此，設計環節把控好路面結構的永久變形量指標是很重要的。關于如何控制路基過多永久性變形，主要有兩種方案。一種是進行預估模型的構建，對永久應變進行分析。累積變形量的估計及計算運用分層總和法。以設計條件及實際情況為依據，對永久變形量的基本標準進行確定。另一種是限制路基土的盈利水平，減少或杜絕出現剪切破壞，或者使永久變形在基于重復荷載的情況下趨于穩定，將永久變形總量控制在適宜范疇里，避免路面因長期積累而引發車轍及裂縫。

5.2 半剛性基層

在長壽命瀝青路面結構設計中，半剛性基層中以剛性材料為主，其質量達標，整個結構的抗壓強度則可以至少達到2MPa。來自荷載的壓應力，即使是重載的貨車專用道上產生的壓應力也僅有1MPa，傳遞至基層表面就很小，因此不予考慮。

5.3 瀝青層

將長壽命理念應用在瀝青路面結構的設計中，要想實現瀝青路面使用40年不產生疲勞破壞的目標，就必須嚴格把控好各個環節。如優選瀝青層材料，做好公路設計年限內的路面疲勞驗算分析工作，獲取瀝青路面結構設計高性能的方案，制訂合適的施工方案，給后期施工提供強有力的數據支持，促使公路達到長壽命標準，保障公路建設的質量和效益。

20世紀70年代，對路面中間部位進行了應力的有效削減，有效解決和預防了裂縫問題。試驗路段不僅是對瀝青混合土和水泥混凝土的路面進行相應的鋪設，還可以節約成本。該方法的理論和室內試驗證明能夠有效緩解路面中間部位的裂縫。

柔性路面的承載力和剛性程度都是相對較弱的，因此當其承受較大荷載時，也會產生裂縫問題。經過相關專家證明研究，得出10cm厚度的半剛性材料自身承載能力比同等厚度的厚粒料層的承載能力要大。

6 瀝青路面結構破壞現象解決措施

6.1 瀝青路面材料的拌制及運輸

瀝青原材料配比之初，要充分考慮施工環境中的溫度、濕度等對原材料配置的影響，同時要精確設計攪拌時長。拌和溫度范圍一般設計為170～185℃，并選取使用間歇式攪拌機進行拌和。

6.2 瀝青路面下層結構檢查與驗收

在瀝青路面結構中，面層結構厚度過小或者過大都會對后期道路攤鋪作業造成較大的影響。如中部面層結構厚度過大，使瀝青路面結構攤鋪均勻難度較大，因此在瀝青路面結構攤鋪作業的過程中，應對路面中層結構的平整度、高度、坡度等參數進行精確設計，加強測試環節的準確率，提高瀝青路面結構使用中受力穩定性。此外，道路工程都配備綠化，因此需要在道路基層下部鋪設排水溝，并在施工前對排水性能進行檢測，對排水溝結構形式使用功能進行優化，必要情況下需要利用水泥砂漿找平處理。

6.3 瀝青路面混合料的攤鋪與碾壓

減少路面接縫數量，在瀝青路面混合料攤鋪的過程中，盡量選取全程機械一體化攤鋪，其中攤鋪機械設備中與瀝青混合料接觸的板面結構溫度應為160～170℃，同時攤平速度應控制在2m/min。碾壓應選擇使用靜態碾壓模式，在混合料攤鋪和碾壓的過程中，應由專人對攤鋪厚度進行動態檢測，保證攤鋪均勻，攤鋪厚度符合設計具體要求。

6.4 分時段養護

瀝青路面結構出現裂縫是分時段、分間隔的，因此在各個階段中，應對瀝青路面裂縫的防治措施，以全生命周期為分時段養護期限，具體可分為利用和借助彈簧進行溫度收縮開裂，并進行養護工作。夏季主要開展瀝青油處理、裝袋的清除工作；秋季要開展裂縫灌漿修復作業，實現坑道裂縫的填補作業；冬季應基于防雪、防凍等工作，采購相應養護施工技術所需材料。一般情況，零封層養護技術應用周期為1～4年，石屑密封維護周期及時間為5～8年，結構冷封時間周期為5～7年，裂縫密封周期為2～4年，薄層覆蓋周期一般控制在5～10年。

7 結束語

路面應用長壽命理念進行設計和建設，可避免大動干戈的修整，由于其自身的損壞問題只會在其表面產生，只要對其進行定期的修復和維護就能夠對其道路進行有效的修復，保證其使用的正常，除此之外，還可以利用新型的材料對道路進行有效的維修和養護，保證其自身的使用壽命。