路面设计原理与方法作业--第二次

1.什么是永久性路面，请根据国内外的实际提出永久性路面的基本要求与结构组合？

基本概念:永久性沥青路面是指只需定期更换路面表层(能将病害限制在表层), 而不需进行结构性修复或重建,且使用寿命大于50 年的沥青路面。它可以看作是全厚式沥青混凝土路面和高强度厚沥青路面的发展。

发展历史：早在20世纪60年代,北美地区已经开始修建全厚式和加厚式沥青路面结构。全厚式路面是一种直接修筑在土基上的沥青路面结构;加厚式路面是在土基与路面间加入一个相对较薄的粒料基层。这类路面的主要优点是总厚度比有常规基层的沥青路面结构更薄,同时可以减少疲劳裂缝的可能性,并使路面可能发生的破坏限制在路面结构的上部。这样,当路表面的破坏达到某一临界水平时而只需换表面层,不需要改变路面标高。这是一种最经济的路面维修方式。

近年来在材料选择、混合料设计、性能测试和路面结构设计等方面所做出的努力,可以使道路管理部门通过周期性地更换沥青面层来获得沥青路面结构更长的服务性能(超过50年),这就是所谓永久性路面的概念。这项技术的核心是按功能合理设置路面结构层:要求路面结构的面层具有抗车辙、不透水和抗磨耗的能力,中间层具有良好的耐久性,基层要具有抗疲劳和耐久的能力。

欧洲:欧洲永久性路面的设计基本理念:获得40年使用年限;结构设计要考虑设计标准轴载、荷载、轮胎压力、容易维修、施工适应性及施工速度、安全、耐久和可再生性能等。道路部门在设计施工中需综合考虑上述因素,并最大限度地降低对环境的影响。该路面具有以下特点:①初期修建费用很高,日常养护费较少,总费用效益比最大;②设计使用年限至少40年;③路面损坏只发生在表面层,不存在结构性破坏;④只需要日常养护,不需进行结构性大修。

美国: 美国永久性路面的设计理念是:设计的沥青路面能够使用50年以上,采用较厚的沥青层柔性路面,降低了传统的沥青层层底开裂并避免了结构性车辙。由于道路的损坏仅限于路面顶部(25～100mm),因此,只需要进行定期的表面铣刨、罩面修复,而使沥青路面在使用年限内不需要大的结构性重建。永久性路面要求采用抗车辙、不透水、抗磨耗的表面层、抗车辙的联结层及抗疲劳的基层。这项技术的核心是按功能合理设置路面结构层:要求路面结构的面层具有抗车辙、不透水和抗磨耗的能力,中间层具有良好的耐久性,基层要具有抗疲劳和耐久的能力

图1.永久性路面结构示意图

永久性路面经济效益：

对于道路的整体经济效益分析,不仅要考虑道路的建设费用,还要考虑以后的养护费用、车辆的保养费、使用费及由道路使用者和在工作区的道路建设人员引发的交通事故而引起的费用。另外,还不能忽略较重荷载、高压轮胎的获益及对道路日益增加的损坏。永久性路面能够承受更大的交通量和更重的交通荷载,虽然在建设初期投入的费用很高,但是如果评价整个使用周期的总费用,它比传统路面更经济,它不仅可以降低日后道路的养护维修费用,而且还可以在很大程度上降低道路使用者的使用费用,并节约大量延误时间。永久性路面与一般路面

的周期费用比较见图2。

图2永久性路面与一般沥青路面周期费用比较

国内发展及结构组合：

随着我国经济的腾飞,公路建设事业也有了很大的发展。但是也应认识到,我国高速公路建设起步较晚,技术力量储备较少,经济基础薄弱;加上我国的气候条件较差,优质的道路石油沥青等原材料缺乏;而且在使用中不可避免地产生超重、超载问题,对公路的破坏极其严重,使大量高速公路、重要国道省道等在设计使用年限内就出现严重的结构性破坏,不得不进行大规模的重修,造成极大浪费。为了改变这一局面,近年来我国公路研究人员也在致力于长寿命重载公路的研究,不断借鉴国外的研究成果,结合国内实际情况,取得了一定成果。下面图3中，左图是山东滨州至大高高速公路试验段，右图广梧(广州—梧州)高速公路试验段。两条道路都致力于长寿命重载公路的实践，目前都表

现出良好的使用效果。

图3.永久性沥青路面结构组合设计

参考文献：李媛媛国内外永久性路面的设计理念与性能分析公路与汽运2008

曾宇彤美国永久性路面结构中外公路2003

孙志林永久性沥青路面研究综述华中科技大学学报2007

张启森永久性路面综述中外公路中外公路2006

2.排水性路面特点及要求，说明排水性面层与排水性基层原材料要求与混合料设计的基本要求。

排水性路面：排水路面起源于欧洲，1960年德国首次兴建此种路面，被称为Porous Asphalt，即大孔隙或排水型路面;在英国也称为Pervious Macadam，即大孔隙沥青碎石;美国和日本称为Open Graded Asphalt Friction course，简称OGFC，即开级配沥青排水层。自八十年代末起，

在欧洲、北美、日本和澳大利亚得到广泛应用。

图1.排水性路面作用机理

特点：不同于传统的密实性结构，排水性面层利用其内部相互贯通的空隙，使路表水迅速下渗并在路面结构层内排出，其排水效率高于表面径流；消除了水膜水雾；缓解了镜面反射；还能降低噪音。遗憾的是耐久性差和结构强度低是排水性路面的缺点，为了弥补这些不做国际上通常采用改性沥青。价格过高施工工艺复杂限制了其发展。

基本要求:①能长期保证具有20%左右的空隙率，以满足排水和降噪的要求;②保证排水性混合料具有足够的抗松散能力，不出现掉粒、剥落等病害;③保证混合料具有足够的力学强度，能够承受车轮荷载的作用。

材料要求：

粗集料：排水性沥青混合料对粗集料的压碎值要求高,粗集料应均匀、洁净、干燥、无风化、无杂质,并且有足够的强度、耐磨耗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲击性、耐磨光性、抗破碎性以及与沥青的良好黏附性,且必须严格限制粗集料的扁平颗粒含量。粗集料最好采用玄武岩或花岗岩。

细集料：细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质,并具有适当的颗粒级配。

填料：排水性沥青混合料由于要获得较大的空隙率,故填料的数量应较小,但其品质要求高。填料必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉,原石料中泥土杂质应除净。矿粉要求干燥、洁净,能自由地从石粉仓流出。常用的填料除了磨细石灰石粉外,有时可采用水泥、消石灰代替矿粉,以改善沥青与集料间的粘结性,其用量宜控制在矿料总量的左右。

胶结料：级配多孔性沥青混合料中,粗集料多,细集料少,混合料的强度主要依靠结合料的粘结作用。为承受车轮荷载的作用,需要有一定的强度,故必须采用具有高粘结力的沥青结合料。但由于空隙率大,要求结合料有良好的耐老化能力,并且与集料有很好的粘附性。