国内外长寿命沥青路面设计方法的分析

国内外长寿命沥青路面设计方法的分析

摘要：根据国内外沥青路面现有的设计体系，针对现行的设计方法和路面实践中遇到的问题，笔者结合多年经验，并分别从力学、设计思想、因素和寿命周期等方面，提出一些我国沥青路面设计的建议。

关键词：沥青路面结构层材料设计

Abstract: according to the domestic and foreign existing design system of the asphalt pavement, in the current design method and pavement problems in the practice, the author combined with years experience, and separately from mechanics, design idea, factors and life cycle, etc, the paper puts forward some Suggestions of the asphalt pavement design in our country.

Key words: the asphalt pavement structure layer material design

随着近年来汽车量的不断增加，交通负荷也不断加重，长寿命的沥青路面设计方法在我国使用长寿路面尤为重要。在沥青路面结构发展的过程中，新结构的出现总是对应于设计方法的发展。纵观世界各国沥青路面设计状况，大多依据对沥青路面结构行为的认识与经济发展水平制定出了相应的设计方法。长寿命沥青路面的概念最早起源于欧洲．随后，在美国得到了进一步的发展，借鉴国外长寿命路面实践经验，来研究分析国内高级公路长寿命沥青路面结构设计的影响因素。

1、沥青路面结构要求

国外20世纪60年代以来修建了大量全厚式沥青混凝土路面和深层高强沥青混凝土路面，其中设计、施工良好的路面表现了很好的性能，提供了良好的长期服务性能。全厚式沥青混凝土路面是指沥青混凝土路面层直接铺筑在处治的或未处治的土基上，深层高强沥青混凝土路面则直接铺筑在粒料基层上。这类路面的特点是路面的总厚度小于传统上采用的沥青混凝土面层较薄的路面结构的厚度，基本上消除了传统上普遍存在的疲劳损坏，路面的损坏只发生在路面的表层。以此为基础，提出了长寿命的概念。

目前对于长寿命路面的设计寿命，国内外还没有形成统一的标准。各国对长寿命路面的寿命期望值为35~60年。根据美国沥青路面协会定义，长寿命路面是指设计使用年限达50年的沥青路面，在设计使用年限内无结构性的修复和重建，仅需根据表面层损坏状况进行周期性的修复。可见，长寿命路面结构的设计寿命达到40年以上，在设计寿命期间不发生结构性破坏，路面的损坏只发生在表面功能层，不需要进行结构性大修。因此，进行长寿命路面结构设计时应满足：

(1)较高的路基稳定性。在设计时应尽可能地提高路基的承载能力，在环境和荷载作用下产生尽可能小的不均匀变形，从而为路面结构层提供长期稳定均匀的支撑。

(2)良好的材料性能。长寿命路面结构的面层材料首先应具有较高的强度、温度和水稳定性，以抵抗大规模车辆荷载的重复作用引起的车辙，同时避免水损坏，确保行车的安全性。长寿命路面结构对主要承重层材料的要求也很高，以确保结构层在使用寿命期内不发生疲劳破坏。半刚性材料、碾压混凝土以及柔性基层原则上可用于长寿命沥青路面的基垫层。

(3)合理的路面结构设计。长寿命路面结构设计时就要考虑路面各结构层的功能，充分发挥其整体性能，避免在长寿命期内发生早期性损坏。

(4)一定的结构层厚度。路面结构层厚度一直是长寿命路面结构设计时所关心的问题。实现路面使用的长寿命，只有结构层有足够的厚度，才能实现路面只有表层损坏，维修只需铣刨表面层，再重新加铺罩面，就能保证路面长时间地使用下去。

(5)较低的层底应力。长寿命路面结构设计保证不出现结构性损坏的关键就是控制结构层底的拉应力，以防止出现一次性破坏和疲劳开裂现象的发生，保证路面结构具有较长的使用寿命。

(6)与排水相结合。水是造成路面破坏的重要原因之一，在长寿命路面结构设计时，要与排水设计相结合，尽量做到防排相结合。典型长寿命路面结构设计要求(图1)，由于轮载100~150mm区域是高受力区域，也是各种损坏（主要是轮辙）的发生区域，面层应为40~75mm厚的高质量沥青混凝土，需为车辆提供良好的行驶界面，应具有足够的表面构造深度、抗车辙、水稳定性好的特点；中间层应为100~175mm 厚的高模量抗车辙沥青混凝土，起到连接和扩散荷载的作用，应具有高模量、抗车辙的特点；基层应为75~100mm厚的高柔性抗疲劳沥青混凝土，起到消除疲劳破坏的作用，应具备高柔性、抗疲劳、水稳定性好的特点；最大拉应变产生在基层底部，该区域最易发生疲劳破坏，该区域的弯拉应变，对于控制沥青混凝土层自下而上的疲劳开裂，防止路面过早出现结构性损坏具有特别重要的意义；路面基础不仅为沥青面层的铺筑提供良好的界面，而且对于路面的变形、抗冻都是至关重要的。

图1典型长寿命沥青路面结构设计要求

2、长寿命沥青路面的结构设计

2.1长寿面沥青路面结构

国外已积累了丰富的资料和经验。长寿命沥青路面的典型结构(表1)。长寿命沥青路面结构结构性破坏原因主要是在重复荷载作用下，结构层疲劳开裂所导致的贯穿整个结构层的裂缝；在重复荷载作用下，路基顶面产生不可恢复的压应变所导致的路面结构层永久性变形。路面结构设计指标为：

(1)沥青层底的弯拉应变应小于疲劳极限，目前大部分人认为长寿命沥青路面沥青混合料层层底的弯拉应变应不高于60~70με，沥青层底的弯拉应变小于该值时，路面结构可以经受设计年限内的轴载作用次。在长寿命沥青路面结构设计时，应验算沥青层层底弯拉应变是否满足沥青层对疲劳极限的要求。

(2)路基顶面容许压应变。目前大部分人认为路基顶面容许压应变不超过200με。路基土垂直压应变应小于容许压应变时，在设计年限内路面结构不会出现结构性车辙破坏，会达到长寿命的要求。

2.2沥青路面结构设计时各结构层材料的相应要求。

(1)路基。高强、稳定和均匀的路基对长寿命路面极为重要。英国TRL规定路基顶面的模量要求不小于40M Pa，基层顶面的模量要求不小于65MPa。德国交通部认为路基顶面模量值应不小于48M Pa。下基层顶面模量值对轻交通应不小于120MPa，对重交通为应不小于180MPa。法国对修筑路基有强制性的规范。路基在轴载为13t 的荷载作用下变形小于2mm 或承载板试验所得模量值大于50M Pa。

(2)沥青层。表面磨耗层层的具体要求依赖于交通条件、环境因素、当地的经验和经济条件。性能要求包括抗车辙性能、抗表面开裂性能、良好的抗滑性能、缓解水雾的影响并能减小噪声，一般选用选择SMA、密级配混合料或OGFC等。HMA中间层必须同时具有耐久性和稳定性，稳定性，应从粗骨料间的骨架结构及采用合适的高温等级沥青来获得，确保集料形成骨架，中间层沥青结合料所要求的高温等级与表面层一致，以抵抗车辙。

(3)HMA 基层。沥青基层需要抵抗由于行车荷载反复作用造成的弯拉应力引起的疲劳开裂。高沥青含量的混合料有利于抵抗疲劳开裂，一般通过增加沥青含量增加混合料柔性以阻止变形和疲劳开裂的发展，并采用合适的沥青层厚度，确保源于底部的疲劳开裂不发生。HMA基层设计必须使底面的弯拉应变低于材料的疲劳极限，以预防或减缓路面结构性破坏。

表1长寿命沥青路面典型结构

国家路面结构

英国30mm 热压AC+68mm 粗粒式AC+63 热压mmAC+190mm 贫混凝土

德国37mm 浇注式AC+200mmAC 基层+150mm 稳定底基层