长寿命沥青混凝土路面结构特点与设计分析

张耀将

(贵州省毕节市公路处，贵州 毕节　551700)



长寿命沥青混凝土路面结构特点与设计分析

张耀将

(贵州省毕节市公路处，贵州 毕节551700)

摘要：关于长寿面沥青混凝土路面应用与管理的研究应该形成一个完整的体系，只是对这个话题初步进行了分析了。要加强对沥青混凝土的研究，以路面使用时间短、路面损坏现象严重的问题。

关键词：长寿命沥青拌混凝土路面；结构特点；疲劳损坏

1长寿命沥青混凝土路面的概念

长寿命沥青混凝土路面是近年来提出并迅速得到广泛运用的新技术，有良好的使用性能。长寿命混凝土路面是指在土基上建设沥青混凝土路面层，在粒料基层上直接铺筑深层的沥青混凝土路面。这些路面层厚度较小，不易发生疲劳损坏现象。长寿命沥青混凝土路面也会有损坏现象的发生，但这损坏仅仅发生在路面表层。以此其维修时只需要对损坏的表层进行铣刨，再进行同等厚度的新混饲料的置换，而不需要进行结构性的处理。长寿命混凝土路面一般的使用寿命在50年左右。

长寿命沥青混凝土路面结构如下图示意图所现，其中有几个要点：

(1)路面发生损坏的主要区域就是车轮下方的高受力区域，这个区域主要是在表层下方的100~150 mm之间。

(2)最靠近路面的区域被称之为面层，其深度大约在45~75 mm之间。长寿命沥青混凝土路面的面层要有足够的构造深度，良好的抗水性、抗车辙性，能够保障来往车辆的顺利同行。

(3)面层之下是大约有100~175 mm厚中间层，这里面填充高模量抗车辙沥青混凝土，以使得荷载发生扩散。

(4)中间层之下是75~100 mm后的HMA基层，在HMA基层里填充高柔度抗疲劳沥青混凝土，以使得整个长寿命沥青混凝土路面具有高柔性、抗疲劳性，能够起到消除疲劳损坏的作用。

2长寿命沥青混凝土路面结构特点

2.1沥青混凝土层厚度与疲劳寿命的关系

要延长沥青混凝土的使用寿命，首先要做的就是为整个路面结构设计一个适当的厚度。以使得其拉应变低于损坏发生的可能。沥青混凝土土层厚度与疲劳寿命的关系如下示意图所现。一般而言比较薄得沥青混凝土层路面能够产生高拉应变而降低疲劳寿命。厚的沥青混凝土土层则正好相反，其产生的低拉应变如果小于疲劳应变的极限时，就不会再发生疲劳应变，当然也就不会发生疲劳损坏。因此可见，厚的沥青混凝土土层能够减少疲劳应变发生的可能，延长沥青混凝土路面的使用寿命。

2.2沥青含量与抗疲劳性能的关系

合理的沥青含量对于增加沥青混合料的柔性，减少因疲劳而发生的开裂有重要作用。沥青含量与抗疲劳性能之间的关系如下图所示：我们可以看出高沥青的含量混合料能够更有效的减少弯拉应变发生的可能性，而低的沥青含量混合料对于抗弯拉应变的性能上稍差一些，因此其使用寿命也就相对较短。除此之外，通过对沥青实现改性也能增加混合料的抗疲劳的性能，以此延伸沥青混凝土路面的使用寿命。

2.3长寿命沥青混凝土路面结构损坏模式

设计合适的沥青混凝土土层厚度，增加底面层混合料的沥青含量，提高底面层材料的抗疲劳性能是保证不发生疲劳开裂、延长使用寿命的关键措施。初次之外，要使得沥青混凝土路面有较长的使用年限，还需要设计合理稳定均匀的路基，以便于在各种筑路机械尤其是压路机这种重量较大的机械不损坏路面的前提下，各种筑路机械的都能够正常使用操作。合理的路面结构对于控制路基顶压应变也是十分有效的。

根据英国的一项调查研究发现，发生车辙率较高的路面一般其沥青的混凝土厚度一般都小于180 mm。而当路面的沥青混凝土厚度大于180 mm时，车辙发生率明显减少。沥青混凝土的厚度超过200 mm时，路面一般不会出现明显的车辙。因此，我们在对沥青混凝土路面进行施工时，除去特殊情况，我们要将沥青混凝土的厚度控制在200 mm以上，以防止路面的结构性变形。

2.4路表面的局部损坏

路层表面的局部损坏问题一直是道路修建过程中的常见问题，以此我们对于此问题必须高度重视。我们要设计合理的路面结构，以延缓路面的结构性损坏，延伸路面的使用年限的同时，还有注意高载重汽车，高气压轮胎，高车速行驶带来的剪应力的影响。一般而言，路面的最大剪应力出现在路面下2厘米到4厘米的区域。超过这个区域后，剪应力会迅速下降。路面的车辙、道路中的开裂都是在这种剪应力的影响下产生的。减少路面发生表层破坏，重点是其磨耗层有良好的性能。其磨合层的建筑，不仅仅要保证施工材料的质量，还有对其及时持续的进行养护。具体的养护措施就是经过一段时间后，将其铣刨，更换成同等厚度的新混合材料。

3长寿命沥青混凝土路面结构设计

3.1结构整体性能设计

目前世界各国对于沥青混凝土路面结构的的估计仍然以沥青混凝土层底弯拉应变X和路基顶面压应变X这两个指标为依据。其中沥青混凝土层底弯拉应变X是指沥青混凝土自己本身不会引起疲劳破坏的可能性大小。这是通过保证沥青混凝土的使用寿命来保证整个沥青混凝土路面的使用寿命。目前，我国的建筑行业以底面拉力作为沥青混凝土路面疲劳开裂损坏的验算指标，其在工程中承受的最大拉应力不能超过这些材料规定承受的最高疲劳强度值。在实际的建筑施工中，可以以拉应变替代拉应力作为衡量沥青混凝土土层疲劳特效的指标，以此来延长沥青混凝土的使用寿命，这是本文以沥青混凝土土层弯拉应变X作为整个沥青混凝土结构估计指标的原因。

本文把路基顶板压应变X是衡量长寿命沥青混凝土路面总变形量的注意指标。目前在建筑行业中衡量控制路面总变形量的指标主要是路面弯沉。我认为这是不够科学的，因为路面弯沉作为衡量指标缺乏统一性、协调性、稳定性。使用路基顶面压应变X作为控制指标是为了控制住路面的总变形量。

3.2面层抗剪性能设计

沥青混凝土路面结构寿命的估计仍然以底部弯拉应变和基顶压应变作为衡量指标。要想使得沥青混凝土路面有更长的使用年限，就要控制沥青混凝土层底弯拉应变和基顶压应变都要小于施工材料的疲劳极限应变水平。除以之外，保证沥青混凝土原材料的质量，以此控制路面出现局部损害的时间。除了上述的两个指标外，抗剪指标对于预防路面面层过早发生局部损坏，延长沥青混凝土路面的使用寿命有重要意义。抗剪指标注意衡量面层沥青混合料的设计。对于这个指标要注意在施工时的最大剪应力要比实验时所得到的混合料最大抗剪强度要小，以保证沥青混凝土的正常使用。除此之外，还有考虑抗剪安全系数、面层模量梯度等等这些指标。

参考文献：

[1]陈小婷，孙立军，李峰.长寿命沥青混凝土路面结构特点与设计研究[J].中外公路，2013，(5)：113-114.

[2]孙立军.沥青路面结构行为理论[M].上海：同济大学出版社，2003.

[3]沙庆林.高速公路沥青路面早期破损现象及预防[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

中图分类号：U416.217

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)01-0057-02

作者简介：张耀将(1980-)，贵州毕节人，工程师，主要从事农村公路数据更新，农村公路建设项目质量、进度和安全的督促指导等工作。

收稿日期：2015-10-21