長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)方案探討

摘 要：保證并延長(zhǎng)路面使用壽命，對(duì)確保道路行車的通暢性、安全性，節(jié)省道路養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，以及提高公路項(xiàng)目全生命周期總效益有著重大的積極作用。文章針對(duì)瀝青路面提出采用長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)理念，以期延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命；首先簡(jiǎn)述了長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的本質(zhì)與目標(biāo)，然后從路面結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)層材料、路面厚度等方面入手，對(duì)長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體分析。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)壽命瀝青路面；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；材料設(shè)計(jì)；厚度設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國(guó)公路建設(shè)項(xiàng)目越來越多，瀝青路面質(zhì)量日益受到關(guān)注。設(shè)計(jì)是瀝青路面施工的“排頭兵”，是否科學(xué)合理，直接關(guān)系著瀝青路面質(zhì)量的優(yōu)劣。為延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命，減少養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用，提出長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)。

1 長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的本質(zhì)與目標(biāo)

1.1 本質(zhì)

長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)是一種新的路面設(shè)計(jì)理念。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，依然采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論，只在瀝青層底部的彎拉疲勞應(yīng)變和路基頂面壓應(yīng)變上做了些許調(diào)整。關(guān)于長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)，各國(guó)對(duì)其有著不同的說法，但本質(zhì)上沒有區(qū)別，都可以將其本質(zhì)具體表述為：瀝青路面的設(shè)計(jì)使用壽命在50年以上，是一種瀝青面厚度較高的柔性路面，在瀝青底層開裂、車轍等質(zhì)量病害防治上有著一定優(yōu)勢(shì)。需要定期對(duì)路面進(jìn)行表面銑刨、罩面修復(fù)，就可以保證路面在設(shè)計(jì)的使用壽命期間不需進(jìn)行大結(jié)構(gòu)性修剪。從某一種程度上看，長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)是路面損壞模式的轉(zhuǎn)變，通過長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)，使路面損壞模式從原來的“自下而上”轉(zhuǎn)變成為“自上而下”，能有效的消除傳統(tǒng)路面存在的質(zhì)量病害，利于延長(zhǎng)并保證瀝青路面使用壽命。

1.2 目標(biāo)

根據(jù)以往瀝青路面工程實(shí)踐表明，長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的目標(biāo)主要在于三個(gè)方面：一是路面表層發(fā)生路面破壞，可以快速修復(fù)；二是不允許出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，如結(jié)構(gòu)性損壞裂縫等；三是通過定期路面養(yǎng)護(hù)、修復(fù)、更換等方式，可以延長(zhǎng)路面使用壽命，基本超過50年。

2 長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的有關(guān)探討

長(zhǎng)壽命瀝青路面經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用以及大量研究，發(fā)現(xiàn)其可以有效防治傳統(tǒng)路面的裂縫、車轍等質(zhì)量，能延長(zhǎng)并保證路面使用壽命，值得在我國(guó)大范圍推廣。為了做好長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)工作，作者從路面結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)層材料、路面厚度等方面進(jìn)行分析。

2.1 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)，其理論基礎(chǔ)是力學(xué)。從力學(xué)角度看，控制好瀝青底層彎拉疲勞應(yīng)力，保證底層不發(fā)生彎拉疲勞開裂問題是長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。為了做到這一點(diǎn)，采取的力學(xué)方法是準(zhǔn)確確定荷載作用下路面結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力及應(yīng)變相應(yīng)，以便有效控制瀝青底層彎拉疲勞應(yīng)的數(shù)值。從長(zhǎng)壽命瀝青路面概念出現(xiàn)后，美國(guó)在這方面取得了一定成效。美國(guó)道路科研院研制出了一種基于力學(xué)的設(shè)計(jì)指南，未來可能被ASHTO所用。這一種設(shè)計(jì)指南，由Monismith提出，基本流程如圖1所示。從圖1可以看出來，道路路面結(jié)構(gòu)受材料、交通、環(huán)境及服務(wù)性能等各個(gè)方面的影響，進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮以上因素。

目前，瀝青路面的疲勞方程主要采用瀝青底層彎拉應(yīng)變和基頂壓應(yīng)變，通過這兩個(gè)指標(biāo)去估算瀝青路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。這兩個(gè)指標(biāo)主要在于防治疲勞損壞上有著重要作用。瀝青底層彎拉應(yīng)變，能有效防治瀝青底層出現(xiàn)疲勞破壞，是保證瀝青底層使用壽命不少于路面使用壽命的基本條件。眾所周知，瀝青混凝土層的使用壽命受拉應(yīng)變控制，通過拉應(yīng)變可以了解瀝青混凝土層的疲勞特性。因此，估算瀝青混凝土路面使用壽命時(shí)，可以借助瀝青底層彎拉應(yīng)變和基頂壓應(yīng)變兩個(gè)指標(biāo)，從而獲得較高的路面結(jié)構(gòu)壽命。

2.2 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)

瀝青路面材料是實(shí)現(xiàn)瀝青路面結(jié)構(gòu)性能和保證瀝青路面使用壽命的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)層材料提出相應(yīng)指標(biāo)要求，以保證材料設(shè)計(jì)符合路面工程質(zhì)量要求。

結(jié)合長(zhǎng)壽命路面目標(biāo)和以往工程經(jīng)驗(yàn)，確定瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料指標(biāo)要求，具體是：磨耗層，具備抗老化、抗車轍、防治溫度裂縫等性能，可以采用OGFC混合料、密級(jí)配混合料等；中間層，具備抗車轍，荷載傳遞、分散等功能，以及良好的耐久性、穩(wěn)定性等性能。為保證中間層的耐久性，必須根據(jù)瀝青路面設(shè)計(jì)要求選擇適用的材料、骨料，或者適當(dāng)增加中間層厚度。穩(wěn)定性是衡量車瀝青路面結(jié)構(gòu)質(zhì)量與使用壽命的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，為了確保瀝青路面中間層有良好的穩(wěn)定性，可以配置高等級(jí)瀝青，嚴(yán)格設(shè)計(jì)骨架結(jié)構(gòu)；底層，具備抗層底彎拉應(yīng)變性能，可以采用HMA基層材料。進(jìn)行HMA基層材料設(shè)計(jì)時(shí)，要求底層的彎拉應(yīng)變必須低于材料的疲勞極限，有助于減緩路面損壞進(jìn)程，延長(zhǎng)路面使用壽命。

在瀝青路面使用中，車轍是一個(gè)比較嚴(yán)重的質(zhì)量病害，為了有效防治這一質(zhì)量問題，必須嚴(yán)格抗車轍材料設(shè)計(jì)，建議使用改性瀝青或塑料隔柵。同時(shí)還要考慮瀝青混凝土的離析現(xiàn)象。

2.3 長(zhǎng)壽命瀝青路面厚度設(shè)計(jì)

在長(zhǎng)壽命瀝青路面厚度計(jì)算上，可以采用荷載作用下應(yīng)變的力學(xué)工具和相應(yīng)方法，計(jì)算思路同傳統(tǒng)一樣，基本沒有變化。長(zhǎng)壽命瀝青路面厚度計(jì)算步驟如下：

第一，首先根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求確定路面結(jié)構(gòu)組合，以及各層厚度，具體包括底層、中間層、磨耗層。

第二，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，具體有材料參數(shù)、路基頂面的豎向壓應(yīng)變等。

第三，結(jié)合相關(guān)參數(shù)及方法，計(jì)算設(shè)計(jì)荷載作用下的結(jié)構(gòu)層應(yīng)力、應(yīng)變等情況。在計(jì)算結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求的條件下確定厚度。若不符合，重新調(diào)整厚度，使之符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)要求。

在瀝青層厚度計(jì)算上，TRRL提出了諾謨圖，即根據(jù)瀝青層的粘度和類型去調(diào)整瀝青層厚度。根據(jù)TRRL研究顯示，當(dāng)瀝青路面承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)超過了八千次以上，額外厚度是無用的。根據(jù)這一結(jié)果，表示瀝青混凝土層的厚度無需過大，只需要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)即可。

3 結(jié)束語

綜上所述，長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)是一種新的公路路面設(shè)計(jì)理念和方式，其可以有效的延長(zhǎng)公路路面使用壽命，降低公路養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。雖然同傳統(tǒng)公路路面工程相比，長(zhǎng)壽命瀝青路面的工程造價(jià)高一些，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃角度看，其符合我國(guó)國(guó)情和公路事業(yè)建設(shè)需求。因此，長(zhǎng)壽命瀝青路面值得在未來公路建設(shè)推廣與應(yīng)用，但需遵循經(jīng)濟(jì)適用、因地制宜原則，充分考慮地質(zhì)、水分、氣候等條件，科學(xué)合理進(jìn)行公路瀝青路面的設(shè)計(jì)工作，以保證公路路面使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]陳艷瓊.長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)探討[J].福建建材，2013（10）.

[2]滿冠峰.某公路長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)分析[J].山西建筑，2014（34）.

[3]王文光.高速公路長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)方案分析與比較[J].科學(xué)之友，2011（3）.

[4]柯文豪，雷宇，陳團(tuán)結(jié).基于路用性能的瀝青路面全壽命周期設(shè)計(jì)方法[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（3）.