長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)性能研究

周澤彬

摘 要：文章詳盡地介紹了長(zhǎng)壽命瀝青路面的概念、體系特征，研究了結(jié)構(gòu)選擇之時(shí)每層架構(gòu)的作用以及其構(gòu)成，并介紹了這種道路體系的設(shè)計(jì)觀念，借助分析與討論可推斷出長(zhǎng)壽命瀝青路面在將來(lái)會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用以及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)壽命路面 瀝青混合料 面層

在高等級(jí)道路中，半剛性基層與瀝青面層的結(jié)合是先進(jìn)最為常見(jiàn)的道路結(jié)構(gòu)模式。這種傳統(tǒng)的道路體系組合因?yàn)槠渥陨碛兄鴱?qiáng)度高、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)受到了廣泛的使用，但伴隨著道路基礎(chǔ)設(shè)施投入到具體使用時(shí)，半剛性基層的缺陷也逐漸顯現(xiàn)了出來(lái)，譬如，容易出現(xiàn)溫縮干縮縫隙、同瀝青路面的粘結(jié)性較弱等，使道路結(jié)構(gòu)在投入使用環(huán)節(jié)中呈現(xiàn)出了很多早期的危害。現(xiàn)如今中國(guó)半剛性瀝青路面的使用壽命通常都無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的要求與標(biāo)準(zhǔn)，而修復(fù)的成本又非常高，并且會(huì)對(duì)交通、當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大的影響。我國(guó)這幾年來(lái)高速公路施工的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，之前依照“強(qiáng)基、薄面、穩(wěn)土基”的方案規(guī)劃的半剛性瀝青路面體系已無(wú)法滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)了，要求引入國(guó)際上先進(jìn)的道路設(shè)計(jì)理念，及時(shí)研究開(kāi)發(fā)出全新的道路施工體系以及施工技術(shù)。

1.長(zhǎng)壽命瀝青路面

長(zhǎng)壽命瀝青道路主要就是指那些設(shè)計(jì)使用時(shí)限>40年，并且投入到養(yǎng)護(hù)當(dāng)中的資金成本非常低的一種道路路面結(jié)構(gòu)。

長(zhǎng)壽命瀝青路面或者說(shuō)是長(zhǎng)效性瀝青道路在上個(gè)世紀(jì)60年代的美國(guó)北部就已開(kāi)始建設(shè)加厚型以及全厚型的瀝青道路體系。美國(guó)永久性路面（PerpetualPavement）的理念最開(kāi)始是由路面聯(lián)盟APA所定義出來(lái)的，并組織美國(guó)國(guó)家瀝青路面協(xié)會(huì)NAPA、美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)AI與36個(gè)州的瀝青協(xié)會(huì)一同對(duì)長(zhǎng)壽命道路施工計(jì)劃展開(kāi)了研究與討論，美國(guó)所進(jìn)行討論的內(nèi)容其實(shí)就是歐洲長(zhǎng)壽命瀝青道路規(guī)劃概念的一種延伸，所以在美國(guó)有很多的區(qū)域也將這種結(jié)構(gòu)的路面稱之為長(zhǎng)壽命瀝青路面。直到上個(gè)世紀(jì)90年代，長(zhǎng)壽命路面逐漸變成了全球范圍當(dāng)中討論個(gè)熱門(mén)課題，在美洲、歐洲、澳大利亞甚至是非洲部分地區(qū)都就這一課題展開(kāi)了深入的研究與討論。

長(zhǎng)壽命道路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于瀝青層的厚度要遠(yuǎn)>傳統(tǒng)路面的瀝青層厚度，從根本上解決了傳統(tǒng)路面所存在的磨損破壞的問(wèn)題。長(zhǎng)壽命路面并不是說(shuō)道路不會(huì)被破壞或者是使用不會(huì)出現(xiàn)損壞，而說(shuō)得是道路本身的損傷只會(huì)出現(xiàn)道路的表層，在其整個(gè)壽命時(shí)限中，不必進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的大修，因?yàn)閾p壞只會(huì)出現(xiàn)在道路的表層，因此只用開(kāi)展預(yù)防性的維護(hù)就可以保證道路的正常使用，并且在路面破損到一定程度時(shí)，將路面磨耗層銑刨，并替換成為厚度相同的新混合材料就可以將路面繼續(xù)投入使用，維修的過(guò)程非常的簡(jiǎn)單且以操作。

2.路面結(jié)構(gòu)選取

長(zhǎng)壽命瀝青道路的技術(shù)重點(diǎn)在于依照性能科學(xué)的配置道路結(jié)構(gòu)層。一般情況下，長(zhǎng)壽命瀝青道路的主體結(jié)構(gòu)大致可以分成以下3層：面層、中間層以及HMA基層，詳情參見(jiàn)圖1。依照道路結(jié)構(gòu)的性能，規(guī)定路面結(jié)構(gòu)的面層具備抗車轍、防滲水以及抗磨損的性質(zhì)，中間層有著較強(qiáng)的抗車轍功能，基層主要是具備有抗磨損以及超強(qiáng)的耐久性。

2.1面層

面層因?yàn)橹苯釉馐苈访婊钶d的影響，要求具備有充足的表層構(gòu)造厚度以及平整度，水穩(wěn)性強(qiáng)，可以為車輛的形式帶來(lái)一個(gè)平穩(wěn)的形式環(huán)境。不僅如此，上部瀝青混合料所受到的車輛剪切作用是做多的，非常容易就會(huì)因?yàn)楦邷爻霈F(xiàn)形變的情況，所以上層結(jié)構(gòu)一般借助高強(qiáng)度的瀝青混凝土進(jìn)行施工，厚度通?？刂圃?cm左右，譬如美國(guó)的馬里蘭州與威斯康星州在道路建設(shè)之時(shí)選用SMA瀝青來(lái)當(dāng)做是路面的建材。得到了較為成功的施工經(jīng)驗(yàn)。此外，為了強(qiáng)化道路的排水與抗?jié)窕阅?，可考慮在上層再鋪設(shè)一層厚度較薄的OGFC材料，其厚度通?？刂圃?.5cm左右，以便于定期對(duì)表面的功能開(kāi)展對(duì)應(yīng)的修復(fù)工作。

2.2中間層

長(zhǎng)壽命瀝青路面的承受的應(yīng)力：車輪載荷影響下100～150mm范圍是受壓加大的區(qū)間，更是磨損出現(xiàn)的主要區(qū)間，所以中間層或者是連接層設(shè)置最主要的目的就是為了承受車輛所帶來(lái)的載荷效益，降低基層與路基頂層縱向的壓應(yīng)變，因此中間層的材質(zhì)要求具備耐高溫以及耐久性強(qiáng)的特征，厚度通?？刂圃?0～18cm?；旌喜牧系哪透邷胤€(wěn)定性，一般就是借助粗集料間骨料的互相接觸與高溫穩(wěn)定性良好的膠結(jié)料來(lái)獲取，所以中間層一般會(huì)借助高模量抗車轍的瀝青進(jìn)行對(duì)應(yīng)的施工。中面層借助模量較大的混合材料還能降低下面層的彎拉應(yīng)力，并強(qiáng)化道路分散載荷的性能。為了強(qiáng)化混合料的質(zhì)量，能借助Superpave的設(shè)計(jì)方案，瀝青膠結(jié)料種類同樣能借助改性瀝青來(lái)進(jìn)行施工。

2.3基層

所有結(jié)構(gòu)層當(dāng)中最大彎拉應(yīng)變出現(xiàn)在瀝青混合料的基底，該區(qū)間很容易就會(huì)出現(xiàn)疲勞破損的情況，所以長(zhǎng)壽命瀝青大陸基層的主體性能就是抵御活荷載作用下道路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)彎曲破損的問(wèn)題，一般基層種類可以選取柔性的基層，或者是在上基層就借助柔性基層體系，下基層選用半剛性基層進(jìn)行組合，因?yàn)槿嵝曰鶎硬馁|(zhì)本身有著柔性強(qiáng)、耐磨損、水穩(wěn)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，所以有著較強(qiáng)的減少疲勞破損的功效。

2.4路基

在長(zhǎng)壽命瀝青路面中，其施工質(zhì)量及竣工之后性能的決定性因素就是路基。路基在施工中扮演著工作平臺(tái)的角色，便利了自卸車與攤鋪機(jī)的運(yùn)行，在碾壓階段中路基抵抗上部輪載導(dǎo)致的變形，能有效壓實(shí)上部瀝青混凝土面層；在高速公路投入運(yùn)營(yíng)之后，路基的穩(wěn)定性尤為重要，這是因?yàn)槁坊粌H是上部交通荷載發(fā)揮承載力作用的平臺(tái)，還因?yàn)閮鋈谂c含水量的變化會(huì)使路基承載性能產(chǎn)生極大的變化。所以在憑借力學(xué)設(shè)計(jì)方式時(shí)，一定要重視地基在各種條件下的勁度模量改變情況，并且依照最不理想的狀況開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。

3.長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念

根據(jù)瀝青結(jié)構(gòu)層“疲勞極限（Fatigue Limit）”來(lái)制定科學(xué)、有效的長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。而“Fatigue Limit”就是瀝青混合料具備彎拉應(yīng)變臨界點(diǎn)，要是路面結(jié)構(gòu)彎拉應(yīng)變相較于彎拉應(yīng)變臨界點(diǎn)更小，HMA底層就不會(huì)出現(xiàn)疲勞損傷的問(wèn)題?；凇癋atigue Limit”的實(shí)際內(nèi)涵，要是路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度達(dá)到一定值，相較于“Fatigue Limit”來(lái)說(shuō)，瀝青層底部應(yīng)力或是應(yīng)變就會(huì)更低，路面就不會(huì)出現(xiàn)源于瀝青層底部的疲勞開(kāi)裂問(wèn)題。而因基層及路基變形導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)性車轍同樣如此，要是基層及路基頂面壓應(yīng)變相較于臨界值要低一些，結(jié)構(gòu)性車轍的問(wèn)題就不會(huì)產(chǎn)生。鑒于此，路面結(jié)構(gòu)其實(shí)就具備臨界強(qiáng)度，要是臨界強(qiáng)度能使瀝青層底拉應(yīng)變或是拉應(yīng)力、基層與路面頂面壓應(yīng)變低于“Fatigue Limit”，行車就并不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性破壞現(xiàn)象的出現(xiàn)。強(qiáng)度達(dá)到臨界強(qiáng)度的話，就不要根據(jù)交通量來(lái)調(diào)整路面厚度。國(guó)外相關(guān)專家及學(xué)者已經(jīng)針對(duì)疲勞極限值進(jìn)行了分析，通常建議是100°。借助瀝青混凝土層底彎拉應(yīng)變及基頂壓應(yīng)變指標(biāo)對(duì)Fatigue Limit進(jìn)行有效控制，憑借抗剪指標(biāo)使表面損壞的情況得到有效控制。長(zhǎng)壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)，有機(jī)結(jié)合了瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及瀝青混合料的構(gòu)成，使脫鉤的難題得到妥善的處理及解決，這也就是瀝青路面架構(gòu)選擇及設(shè)計(jì)的方向所在。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要發(fā)展方向就是長(zhǎng)效性路面結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在交通量較大、重載的高等級(jí)道路上應(yīng)用比例相對(duì)較大。深入分析國(guó)外長(zhǎng)效性瀝青路面的真實(shí)狀況后能得出結(jié)論，長(zhǎng)效性瀝青路面在西方發(fā)達(dá)國(guó)家中已經(jīng)相對(duì)成熟，并且已得到廣泛普及，經(jīng)過(guò)路用研究與試驗(yàn)研究能得出結(jié)論，相較于傳統(tǒng)路面結(jié)構(gòu)而言，長(zhǎng)效性瀝青路面結(jié)構(gòu)的路用性更好。

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