山东建筑大学 山东济南 250100
摘要：目前我国使用的半刚性基层虽然有板体性、刚度强的优势，但是反射裂缝以及寿命短的问题存在导致修复成本非常高。在资源节约型的当今社会，迫切需要长寿命路面的研究使用。
关键词：长寿命路面
0.前言
在高等级道路中，半刚性基层与沥青面层的结合是最为常见的道路结构模式。这种传统的道路体系组合因为板体性、刚度、扩散应力能力强，具有一定的抗拉强度、抗疲劳强度、良好的水稳定特性受到了广泛的使用，但伴随着道路基础设施投入到具体使用时，半刚性基层的缺陷也逐渐显现了出来，譬如，容易出现温缩干缩裂缝、同沥青路面的粘结性较弱等，使道路结构在投入使用环节中呈现出了很多早期的危害。现如今中国半刚性沥青路面的使用寿命通常都无法达到设计的要求与标准，已经通车的高速公路，很少有能达到设计规范中规定的15年使用寿命的，多条高速公路在建成通车使用5-8年就需要进行大规模的维修，而修复的成本又非常高，并且会对交通、农业、经济发展造成巨大的影响。我国这几年来高速公路施工的经验说明，之前依照“强基、薄面、稳土基”的方案规划的半刚性沥青路面体系已无法满足当前经济发展的趋势，要求引入国际上先进的道路设计理念，及时研究开发出全新的道路体系。
1.长寿命沥青路面
1.1长寿命沥青路面介绍
长寿命沥青道路又称永久性沥青路面，并不是指一条路建好之后无需养护，可以一直使用下去，而是指那些设计使用寿命大于40年，把破坏限制在路面上层，只需定期更换路面表层，而不需要进行结构性修复或重建，且投入到养护当中的资金成本非常低的一种道路路面结构。除此之外，长寿命沥青路面还具有诸多优点，比如路面平整、摩擦系数高、噪音低、可减少疲劳开裂和车辙损坏、路面的养护维修仅限于面层且可循环使用等，最大限度的减少资源浪费，经济性高。
1.2国外研究成果
长寿命沥青路面在上个世纪60年代的美国北部就已开始建设加厚型以及全厚型的沥青道路体系。美国永久性路面的理念最开始是由路面联盟APA所定义出来的，并组织美国国家沥青路面协会NAPA、美国沥青协会AI与36个州的沥青协会一同对长寿命道路施工计划展开了研究与讨论，美国所进行讨论的内容其实就是欧洲长寿命沥青道路规划概念的一种延伸，所以在美国有很多的区域也将这种结构的路面称之为长寿命沥青路面。直到上个世纪90年代，长寿命路面逐渐变成了全球范围当中讨论个热门课题，在美洲、欧洲、澳大利亚甚至是非洲部分地区都就这一课题展开了深入的研究与讨论[1]。
欧美等发达国家和地区于20世纪60年代铺筑了大批量的全厚式沥青混凝土路面和厚层高强度沥青混凝土路面，到目前为止部分施工、设计良好的路面已经表现出了良好的性能，为客户提供了优良的道路服务。全厚式沥青混凝土路面是指将沥青混凝土路面直接铺筑在处置过的或未经处置过的路基上，厚层高强度沥青混凝土路面则直接修建在粒料基层上。按此两类结构修建的路面，已经基本上消灭了以往沥青路面出现的疲劳破坏形式。其表现出来的路面病害只是发生整个结构层的上部，深度有限，这样非常有利于后期的维修养护。以此为经验，欧美等发达国家和地区提出了其长寿命路面的设计理念[2]。
1.3国内研究成果
当前交通轴载不断加重和交通量持续增长的情况下，依据我国目前设计理念设计的路面结构已经不能满足要求，因此国内很多省份进行了不断的研究和探索，基于长寿命设计理念进行了各类路面结构的研究。主要有：柔性基层长寿命路面、长寿命半刚性基层沥青路面、复合路面。
2.长寿命沥青路面设计
2.1设计理念
我国传统的设计理念是力学经验法，力学经验法是以力学分析为基础，将力学分析结果与经验、调查或试验结果结合起来的方法。传统的柔性路面结构设计中，针对结构层疲劳破坏的设计指标为结构层底部拉应变（或拉应力）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据这种思想，柔性路面在经历了一定数量的交通荷载作用之后，必然会产生疲劳裂缝。传统的力学经验法设计正是基于传统的疲劳理论。
在对一些具有较厚面层的柔性路面调查时发现，一些路面使用很多年后并没有像最初设计时假设的那样出现疲劳裂缝。这些被调查的路面都具有一个共同的特点：面层较厚。根据弹性层状体系理论，面层越厚，结构层底的拉应变越小。调查结果表明：沥青混合料基层在层底拉应变很小时，可以承受相当多数量的荷载作用而不发生疲劳破坏，这一点与许多道路界学者所提出的“应变下限”的概念相一致。沥青混合料“应变下限”含义是，当沥青混合料的疲劳应变小于“应变下限”时，材料内部将不发生疲劳损坏的累积。理论上讲，只要控制结构层应变在“应变下限”以下，路面就可以承受“无限”次荷载作用而不发生疲劳破坏。沥青混合料存在“应变下限”是长寿命沥青路面设计的理论基础，为防止基层产生疲劳裂缝，长寿命沥青路面设计提出了控制层底拉应变小于“应变下限”的要求[3]。
2.2设计指标研究
根据国内外对沥青混合料疲劳极限的研究，可得知当基层层底弯拉应变小于疲劳极限时，基层不会出现疲劳破坏。目前，我国规范中对沥青混凝土结构层的疲劳开裂损坏，选用层底拉应力作为验算指标，其最大拉应力不得超过该材料的容许拉应力（即疲劳强度）。实际上，沥青混凝土层的疲劳寿命主要受拉应变而非拉应力控制，以拉应变替代拉应力可以更好地反映沥青混凝土层的疲劳特性，沥青混凝土层底的弯拉应变指标的目的是保证沥青混凝土层本身不会产生疲劳破坏，以确保整个路面结构的正常使用寿命，因此，建议采用沥青混凝土基层层底的弯拉应变而不是弯拉应力作为结构计算的力学指标。
3.路面结构选取
3.1面层
面层因为直接遭受路面活载的影响，要求具备有充足的表层构造厚度以及平整度，水稳性强，可以为车辆的形式带来一个平稳的形式环境。不仅如此，上部沥青混合料所受到的车辆剪切作用是最多的，非常容易就会因为高温出现形变的情况，所以上层结构一般借助高强度的沥青混凝土进行施工。
3.2基层
所有结构层当中最大弯拉应变出现在沥青混合料的基底，该区间很容易就会出现疲劳破损的情况，所以长寿命沥青路面基层的主体性能就是抵御活荷载作用下道路结构出现弯曲破损的问题，一般基层种类可以选取柔性的基层，或者是在上基层就借助柔性基层体系，底基层选用半刚性基层进行组合，因为柔性基层材质本身有着柔性强、耐磨损、水稳性强的优势，所以有着较强的减少疲劳破损的功效。
3.3土基
在长寿命沥青路面中，其施工质量及竣工之后性能的决定性因素就是路基。路基在施工中扮演着工作平台的角色，便利了自卸车与摊铺机的运行，在碾压阶段中路基抵抗上部轮载导致的变形，能有效压实上部沥青混凝土面层；在高速公路投入运营之后，路基的稳定性尤为重要，这是因为路基不仅是上部交通荷载发挥承载力作用的平台，还因为冻融与含水量的变化会使路基承载性能产生极大的变化。
4.结束语
沥青路面结构设计的重要发展方向就是长效性路面结构，这种结构在交通量较大、重载的高等级道路上应用比例相对较大。深入分析国外长效性沥青路面的真实状况后 能得出结论，长效性沥青路面在西方发达国家中已经相对成熟，并且已得到广泛普及，经过路用研究与试验研究能得出结论，相较于传统路面结构而言，长效性沥青路面结构的路用性更好。
参考文献
[1]周泽彬.长寿命沥青路面结构性能研究[J].珠江水运，2018，（12）：109-110.
[2]汪海涛.长寿命沥青路面设计方法探讨[J].北方交通，2017，（05）：95-96.
[3]唐健娟，龚凤刚，刘润有.全厚式长寿命沥青路面设计研究[J].城市道桥与防洪，2018，（12）：96-97.
论文作者:李小勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/10
标签：路面论文; 沥青论文; 应变论文; 疲劳论文; 结构论文; 长寿命论文; 沥青路面论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;