長壽命瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)分析

張耀將

(貴州省畢節(jié)市公路處，貴州 畢節(jié)　551700)

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長壽命瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)分析

張耀將

(貴州省畢節(jié)市公路處，貴州 畢節(jié)551700)

摘要：關(guān)于長壽面瀝青混凝土路面應(yīng)用與管理的研究應(yīng)該形成一個(gè)完整的體系，只是對(duì)這個(gè)話題初步進(jìn)行了分析了。要加強(qiáng)對(duì)瀝青混凝土的研究，以路面使用時(shí)間短、路面損壞現(xiàn)象嚴(yán)重的問題。

關(guān)鍵詞：長壽命瀝青拌混凝土路面；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；疲勞損壞

1長壽命瀝青混凝土路面的概念

長壽命瀝青混凝土路面是近年來提出并迅速得到廣泛運(yùn)用的新技術(shù)，有良好的使用性能。長壽命混凝土路面是指在土基上建設(shè)瀝青混凝土路面層，在粒料基層上直接鋪筑深層的瀝青混凝土路面。這些路面層厚度較小，不易發(fā)生疲勞損壞現(xiàn)象。長壽命瀝青混凝土路面也會(huì)有損壞現(xiàn)象的發(fā)生，但這損壞僅僅發(fā)生在路面表層。以此其維修時(shí)只需要對(duì)損壞的表層進(jìn)行銑刨，再進(jìn)行同等厚度的新混飼料的置換，而不需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的處理。長壽命混凝土路面一般的使用壽命在50年左右。

長壽命瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)如下圖示意圖所現(xiàn)，其中有幾個(gè)要點(diǎn)：

(1)路面發(fā)生損壞的主要區(qū)域就是車輪下方的高受力區(qū)域，這個(gè)區(qū)域主要是在表層下方的100~150 mm之間。

(2)最靠近路面的區(qū)域被稱之為面層，其深度大約在45~75 mm之間。長壽命瀝青混凝土路面的面層要有足夠的構(gòu)造深度，良好的抗水性、抗車轍性，能夠保障來往車輛的順利同行。

(3)面層之下是大約有100~175 mm厚中間層，這里面填充高模量抗車轍瀝青混凝土，以使得荷載發(fā)生擴(kuò)散。

(4)中間層之下是75~100 mm后的HMA基層，在HMA基層里填充高柔度抗疲勞瀝青混凝土，以使得整個(gè)長壽命瀝青混凝土路面具有高柔性、抗疲勞性，能夠起到消除疲勞損壞的作用。

2長壽命瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1瀝青混凝土層厚度與疲勞壽命的關(guān)系

要延長瀝青混凝土的使用壽命，首先要做的就是為整個(gè)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)適當(dāng)?shù)暮穸?。以使得其拉?yīng)變低于損壞發(fā)生的可能。瀝青混凝土土層厚度與疲勞壽命的關(guān)系如下示意圖所現(xiàn)。一般而言比較薄得瀝青混凝土層路面能夠產(chǎn)生高拉應(yīng)變而降低疲勞壽命。厚的瀝青混凝土土層則正好相反，其產(chǎn)生的低拉應(yīng)變?nèi)绻∮谄趹?yīng)變的極限時(shí)，就不會(huì)再發(fā)生疲勞應(yīng)變，當(dāng)然也就不會(huì)發(fā)生疲勞損壞。因此可見，厚的瀝青混凝土土層能夠減少疲勞應(yīng)變發(fā)生的可能，延長瀝青混凝土路面的使用壽命。

2.2瀝青含量與抗疲勞性能的關(guān)系

合理的瀝青含量對(duì)于增加瀝青混合料的柔性，減少因疲勞而發(fā)生的開裂有重要作用。瀝青含量與抗疲勞性能之間的關(guān)系如下圖所示：我們可以看出高瀝青的含量混合料能夠更有效的減少彎拉應(yīng)變發(fā)生的可能性，而低的瀝青含量混合料對(duì)于抗彎拉應(yīng)變的性能上稍差一些，因此其使用壽命也就相對(duì)較短。除此之外，通過對(duì)瀝青實(shí)現(xiàn)改性也能增加混合料的抗疲勞的性能，以此延伸瀝青混凝土路面的使用壽命。

2.3長壽命瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)損壞模式

設(shè)計(jì)合適的瀝青混凝土土層厚度，增加底面層混合料的瀝青含量，提高底面層材料的抗疲勞性能是保證不發(fā)生疲勞開裂、延長使用壽命的關(guān)鍵措施。初次之外，要使得瀝青混凝土路面有較長的使用年限，還需要設(shè)計(jì)合理穩(wěn)定均勻的路基，以便于在各種筑路機(jī)械尤其是壓路機(jī)這種重量較大的機(jī)械不損壞路面的前提下，各種筑路機(jī)械的都能夠正常使用操作。合理的路面結(jié)構(gòu)對(duì)于控制路基頂壓應(yīng)變也是十分有效的。

根據(jù)英國的一項(xiàng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生車轍率較高的路面一般其瀝青的混凝土厚度一般都小于180 mm。而當(dāng)路面的瀝青混凝土厚度大于180 mm時(shí)，車轍發(fā)生率明顯減少。瀝青混凝土的厚度超過200 mm時(shí)，路面一般不會(huì)出現(xiàn)明顯的車轍。因此，我們?cè)趯?duì)瀝青混凝土路面進(jìn)行施工時(shí)，除去特殊情況，我們要將瀝青混凝土的厚度控制在200 mm以上，以防止路面的結(jié)構(gòu)性變形。

2.4路表面的局部損壞

路層表面的局部損壞問題一直是道路修建過程中的常見問題，以此我們對(duì)于此問題必須高度重視。我們要設(shè)計(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)，以延緩路面的結(jié)構(gòu)性損壞，延伸路面的使用年限的同時(shí)，還有注意高載重汽車，高氣壓輪胎，高車速行駛帶來的剪應(yīng)力的影響。一般而言，路面的最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在路面下2厘米到4厘米的區(qū)域。超過這個(gè)區(qū)域后，剪應(yīng)力會(huì)迅速下降。路面的車轍、道路中的開裂都是在這種剪應(yīng)力的影響下產(chǎn)生的。減少路面發(fā)生表層破壞，重點(diǎn)是其磨耗層有良好的性能。其磨合層的建筑，不僅僅要保證施工材料的質(zhì)量，還有對(duì)其及時(shí)持續(xù)的進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。具體的養(yǎng)護(hù)措施就是經(jīng)過一段時(shí)間后，將其銑刨，更換成同等厚度的新混合材料。

3長壽命瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1結(jié)構(gòu)整體性能設(shè)計(jì)

目前世界各國對(duì)于瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的的估計(jì)仍然以瀝青混凝土層底彎拉應(yīng)變X和路基頂面壓應(yīng)變X這兩個(gè)指標(biāo)為依據(jù)。其中瀝青混凝土層底彎拉應(yīng)變X是指瀝青混凝土自己本身不會(huì)引起疲勞破壞的可能性大小。這是通過保證瀝青混凝土的使用壽命來保證整個(gè)瀝青混凝土路面的使用壽命。目前，我國的建筑行業(yè)以底面拉力作為瀝青混凝土路面疲勞開裂損壞的驗(yàn)算指標(biāo)，其在工程中承受的最大拉應(yīng)力不能超過這些材料規(guī)定承受的最高疲勞強(qiáng)度值。在實(shí)際的建筑施工中，可以以拉應(yīng)變替代拉應(yīng)力作為衡量瀝青混凝土土層疲勞特效的指標(biāo)，以此來延長瀝青混凝土的使用壽命，這是本文以瀝青混凝土土層彎拉應(yīng)變X作為整個(gè)瀝青混凝土結(jié)構(gòu)估計(jì)指標(biāo)的原因。

本文把路基頂板壓應(yīng)變X是衡量長壽命瀝青混凝土路面總變形量的注意指標(biāo)。目前在建筑行業(yè)中衡量控制路面總變形量的指標(biāo)主要是路面彎沉。我認(rèn)為這是不夠科學(xué)的，因?yàn)槁访鎻澇磷鳛楹饬恐笜?biāo)缺乏統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、穩(wěn)定性。使用路基頂面壓應(yīng)變X作為控制指標(biāo)是為了控制住路面的總變形量。

3.2面層抗剪性能設(shè)計(jì)

瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)壽命的估計(jì)仍然以底部彎拉應(yīng)變和基頂壓應(yīng)變作為衡量指標(biāo)。要想使得瀝青混凝土路面有更長的使用年限，就要控制瀝青混凝土層底彎拉應(yīng)變和基頂壓應(yīng)變都要小于施工材料的疲勞極限應(yīng)變水平。除以之外，保證瀝青混凝土原材料的質(zhì)量，以此控制路面出現(xiàn)局部損害的時(shí)間。除了上述的兩個(gè)指標(biāo)外，抗剪指標(biāo)對(duì)于預(yù)防路面面層過早發(fā)生局部損壞，延長瀝青混凝土路面的使用壽命有重要意義。抗剪指標(biāo)注意衡量面層瀝青混合料的設(shè)計(jì)。對(duì)于這個(gè)指標(biāo)要注意在施工時(shí)的最大剪應(yīng)力要比實(shí)驗(yàn)時(shí)所得到的混合料最大抗剪強(qiáng)度要小，以保證瀝青混凝土的正常使用。除此之外，還有考慮抗剪安全系數(shù)、面層模量梯度等等這些指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳小婷，孫立軍，李峰.長壽命瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與設(shè)計(jì)研究[J].中外公路，2013，(5)：113-114.

[2]孫立軍.瀝青路面結(jié)構(gòu)行為理論[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.

[3]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破損現(xiàn)象及預(yù)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

中圖分類號(hào)：U416.217

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)01-0057-02

作者簡介：張耀將(1980-)，貴州畢節(jié)人，工程師，主要從事農(nóng)村公路數(shù)據(jù)更新，農(nóng)村公路建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度和安全的督促指導(dǎo)等工作。

收稿日期：2015-10-21