长寿命沥青路面结构设计分析

长寿命沥青路面结构设计分析
摘要：在所有的路面当中，长寿命路面的性价比是最高的，它的最大特点就是在使用的整个过程当中其结构不会出现破坏，就算有损坏也是发生在表面。

因此，在对路面进行修补工作时，就不需要对结构进行处理，只需要把表面的沥青混合料去除，然后换上相同厚度的新混合材料即可，大大降低了维修成本。

最近几年，国内外已经在此方面展开了研究。

关键词：长寿命沥青路面；结构设计；指标
在我国，道路网络十分庞大，而庞大的道路网络就涉及到了损坏的问题，因此，道路维修就成为了我国的一大压力，而如今的交通量更是加重了这种负担，使得道路维修越来越频繁，费用越来越高。

因此，如何减少路面的维修费用以及维修次数，延长道路的使用年限就成为了人们关注的一个热门话题。

但是，全厚式的沥青路面进行打规模的修建还很不现实，因此为了能够提高沥青混凝土路面的质量，我国做出了许多新的尝试，比如利用SHRP沥青评价技术、SMA路面、Superpave的混合料设计技术以及纤维改性沥青等等。

这些新的技术虽然在一定程度上提高了路面的质量，但是损坏问题依然存在。

1. 长寿命沥青路面概念
国际沥青路面界针对此问题提出了一项新的技术——长寿命沥青路面，这种路面的使用年限基本上都在50年以上，当然在这50年当中要进行定期的维护和罩面等工作。

长寿命沥青路面具有：抗车辙、不透水以及耐磨损这三个特点。

在上世纪60年代时北美地区就开始这方面的工作了，大范围的修建全厚式或者是深层的高强沥青路面，并且实践证明，这些路面的确提供了长期、优质的服务。

所谓全厚式路面，就是将沥青路面直接修筑在土基上；而加厚式路面则是在土基与路面之间又加入了一中基层——粒料基层，这种基层相对而言比较薄。

这两种路面的最大特点就是厚度要比常规的沥青路面要薄，并且减少出现裂缝的机率，假如出现破坏时，这两种路面的损坏也不会影响到路面结构，只会发生在表面。

因此，只要发现路面损坏到一定程度再去修理即可，大大降低了维修成本以及维修难度。

这种路面与普通的柔性路面是不相同的，其设计思路也是与众不同的。

这种路面让损坏尽量发生在路表，对路面结构影响不大，修复时也只是在路表，定期的维护可以防止因表面损坏而影响到路面结构，而且这种维护可以保证道路的使用年限在40年以上。

2. 长寿命沥青路面结构设计指标
多个层状体系结构结合在一起组成了一个路面结构，不同的层状体系结构之间也是比较繁杂，我国的设计指标主要是依靠路表的弯沉程度，验算整体性路面材料底部的拉应力。

而在国际上，设计指标主要是看路基顶面的压应变以及沥青层底部的拉应变，所谓压应变就是控制路面的车辙，而拉应变则是要控制沥青面层的疲劳破坏问题。

（1）沥青层层底弯拉应变指标
针对沥青混凝土路面的疲劳开裂损坏问题，我国的验算指标是以沥青层地面的拉应力为准，也就是说最大的拉应力应该不大于疲劳强度，也就是说不能大于材料所能容许的拉应力。

但是在实际当中，拉应变会影响到沥青混凝土层的寿命，而不是非拉应力，因此，采用拉应变作为反映沥青混凝土的疲劳程度的指标是最为合适的，除此之外，在进行道路设计时，还要保证道路材料的疲劳寿命一定要大于道路的累积标准荷载。

（2）半刚性基层层底拉应力指标
一般，半刚性基层材料所表现出来的破坏模式主要由以下两种情形：压碎破坏以及正常情况下的疲劳破坏。

针对压碎破坏，在路面结构当中发生的概率比较小，因为这种材料已经通过了常规测验；针对疲劳破坏，由于其材料的脆性比较严重，因此在超荷载情况下就容易
出现断裂问题，因此，控制疲劳寿命的临界指标一般看层中或者是结构层底面的最大拉应力。

在进行道路设计时，其拉应力要保证不大于材料所能承受的最大拉应力。

（3）面层抗剪指标
在进行长寿命的沥青路面结构设计时，对于道路的寿命问题除了要考虑上述的设计以及验算指标外，还要考虑施工材料在较差的环境下如何能够保证最佳的性能，以此来防止出现局部损坏问题。

除此之外，对于设计表面的沥青混合材料时，其指标主要是看抗剪程度。

（4）土基顶面的压应变指标
在刚开始设计沥青混凝土路面时，为了不让车辆直接伤害到路基土，因此就需要对土基顶面应力以及垂直位移量进行控制，在此设计的理念下，最大限度的让压力通过路面传播到了土基的应力而扩散，这样就不会出现土基过大的沉降问题。

3. 长寿命沥青路面结构设计方法
结合我国沥青路面的设计模式，可以将其分为两大类：经验法以及力学—经验法。

经验法，也就是说对路面进行设计时是以试验路数据为依据的，这些数据的获得是通过观测试验路或是正在使用的道路。

而长寿命沥青路面的设计方法结合了已经存在的方案优点，并且在结构的设计、材料的应用上更加合理、科学。

（1）结构设计
在结构的设计上，理论基础依然采用的是弹性层状体系理论，也就是说各层材料都是各向同性并且还是均匀的；在深度以及水平方向上，土基是无限的；垂直以及水平荷载都有路表的作用；在深度方向、水平方向以及深度方向上其应力、位移以及应变都是0；层间接触有三种情况：完全滑动、完全连续以及层间产生相对位移。

除此之外，计算长寿命沥青路面结构的力学时，要改进现行的一些规范所提供的力学图示，这样才能够保证结构的可靠性、安全性以及使用的寿命，并且，采取这种方式可以最大限度的接近真实情况，能够较为客观的反映出路面结构当中的真实力学信息。

针对相同车辆的荷载情况下去分析路面结构，可以发现轮载的作用力以及分布形式的不同都会导致路面结构中的力学响应产生不同的情况，因此，只有在充分了解到实际轮胎接地压力的分布形式以及数值大小的情况下，才能够正确的描述路面结构以及路面结构中的力学响应。

（2）结构层材料设计
在对路面结构进行设计时，要充分考虑不同结构层的功能，一般，长寿命沥青路面的损坏只是出现在沥青面，因此，在选择沥青面的材料时，一定要保证其具有较高的强度以及很好的稳定性，并且针对大规模的车辆荷载重复碾压的情况下，一定要具有很强的抵抗性，保证路面不会出现变形。

因此，在材料的选择以及设计混合材料时，一定要具有针对性，设计方法也要与实际的路面情况相联系，不能只依靠经验。

而混合料的选择要结合其材料所处的层次以及功能。

沥青混合料中间层需要重复考虑材料的耐久性以及稳定性。

稳定性的获得可以通过胶结材料或者是利用粗集料间的骨料相互接触，其沥青的用量可以通过标准Superpave方法进行参考，而且还要测试车辙以及水敏感性等问题。

以往在进行材料的选择时，更多是依靠经验以及当地的经济情况，而当考虑到路面的耐久性、透水或是车辙、磨耗等问题时，就需要降低混合料的现场空隙率。

如果交通量不是十分庞大，那么可以利用Superpave密级配混合料，不过需要对此混合料进行试验，比如测试车辙等。

而如果是利用胶结料，PG等级的高温部分要高出工程所在区域常用胶结料至少一个等级，而低温部分就需要保证材料的可靠度。

使用长寿命沥青路面的好处就是可以在很长的一段时间内不用去进行大修，结构不需要改变，因此，这也就使得基垫层必须足够强，而采用整体性的材料就可以保证这点，但是，
在使用整体性材料时还要将干缩、温缩以及抗弯拉等问题考虑进去。

总结
所谓长寿命沥青路面，就是说它的路表只是需要定期更换，而不需要去大修道路得结构，而如果沥青路面的使用年限超过了50年，那么就可以减小道路的修复费用，而且表面去除的材料也是可以回收再利用的，这就大大降低了对资源的浪费程度。

目前已经有很多国家开展了这方面的研究，而且已经取得了阶段性的胜利，不过，到目前为止，国际上针对长寿命沥青路面还有一个统一的标准，还需要进一步的完善。

参考文献
[1] 孙立军等.沥青路面结构行为理论[M].北京：人民交通出版社，2005.
[2] 尹如军，吕西方.公路路面设计与施工[M].郑州：黄河水利出版社，2005.
[3] 钟梦武，张端良.我国现行沥青路面设计方法存在问题分析[J].湖南交通科技，2007.。