简述长寿命路面的研究现状论文_刘超

简述长寿命路面的研究现状论文_刘超

山东建筑大学 山东济南 250101

从上个世纪末开始,欧美国家的道路工作者便提出了长寿命沥青路面的概念,随后,在美国得到了进一步的发展,且铺筑了大量的长寿命路面试验结构,为长寿命沥青路面的发展积累了丰富的资料和经验。目前,对于长寿命路面(美国习惯称之为永久性路面)的设计寿命,国内外尚无统一标准。各国对长寿命路面的寿命期望值从 35-60 年不等。各国近几年研究显示,40 年长寿命路面设计年限被普遍认可,也就是说长寿命路面时设计年限达到或超过 40 年的路面结构。

1、国内外研究现状

1.1国外研究现状

长寿命沥青路面是近年提出的发展趋势,但具有长期服务性能的沥青路面的概念并不是全新的。国外 20 世纪 60 年代以来修建了大量全厚式路面和深层高强沥青路面。全厚式路面是指沥青混合料直接建筑在土基上,而深层高强沥青路面则是铺筑在粒料基层上。路面长期性能检测发现,那些设计施工良好的路面提供了良好的长期服务性能。

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,且铺筑了大量的长寿命路面试验结构,为长寿命沥青路面的发展积累了丰富的资料和经验。欧洲的研究人员认为:当沥青层厚度较大时,施工良好的沥青路面能够提供长时间的交通运输服务,路面的强度不会随使用时间的延长而降低,甚至可能有小幅增加,使用过程中路面不会发生结构性破坏,这主要与沥青混合料的自我养生结果有关。研究人员还认为,当累计轴载超过 800×103 后,增加面层厚度对提高道路的使用寿命没有帮助。因此,英国研究人员提出了长寿命沥青路面结构厚度设计方法,并建议最小沥青层厚度为 20cm。

近年来,美国的一些州也在进行长寿命沥青路面的实践探索,如美国加利福尼亚州、伊利诺斯州、华盛顿州、新泽西州、明尼苏达州、德克萨斯州、密西根州、俄亥俄州、弗吉利亚州等。

2004 年美国联邦沥青技术中心颁布的长寿命路面奖,就有8个州的一些路段获奖,大部分为州际公路或主干道。这些获奖路段都正常使用超过 35 年而无结构性损坏,并且每次需表面罩面修复的间隔大于12年。

美国的长寿命沥青路面结构设计,在继承了欧洲长寿命路面结构的基础上又有所改进。其提出了直接将沥青混凝土铺筑在路基土上的全厚式沥青混凝土路面和将一定厚度的沥青面层铺在较薄粒料底基层上的高强度厚沥青路面,但这均对路基土的强度提出了较高的要求。对于新建路段的长寿命沥青路面结构,美国在面层结构设计上倾情于较厚的 Superpave 沥青混合料,通常厚度约为 25Cm,在对抗滑、降噪、防水等有要求的路段,上面层结构还会选择OGFC或SMA;路面基层也多以沥青稳定粒料类为主,兼有石灰稳定土、级配碎石等。

对于典型长寿命结构采用全厚式沥青路面还是采用深层高强路面,美国各州不同组织的研究人员具有不同看法。深层高强路面能够用铺筑级配碎石层来代替沥青混合料基层承受部分荷载,达到减薄沥青层厚度的目的。但有研究认为,地下水因毛细管作用到达级配碎石基层中,在潮湿环境中级配碎石将容易发生滑动,因此导致沥青层弯沉较大而承受较大拉应力。而采用全厚式沥青路面时,在沥青基层采用低空隙率混合料可以有效地阻挡地下水的毛细管作用,其强度不因季节而变化。同时,由于沥青的粘结作用,其结构也可以承受更多的累计轴载。因此部分研究人员认为采用全厚式沥青路面具有更好抗疲劳性能,推荐长寿命路面采用全厚式结构。

1.2国内研究现状

近几年来,国内把解决沥青路面早期破坏的期望放在使用柔性基层沥青路面上,并在高速公路上铺筑了不少柔性路面试验路。有的省在每条高速公路上都选一个标段做柔性路面试验段。有的省在高速公路上铺筑不同结构试验路,既有柔性路面、厚沥青混凝土面层半刚性路面,又有刚性组合式路面。

应该看到半刚性路面与柔性路面是两种同等的路面结构形式,无所谓谁比谁好,各有其使用的条件和特点。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆反射裂缝(或对应裂缝)固然是半刚性路面结构的病害特点,同样,车辙、疲劳裂缝也是柔性路面的病害特征。

我国选择半刚性路面结构作为我国高等级公路的主要结构形式有其历史的必然性和现实的可行性。我国是一个发展中国家,经济条件有限,又要大力发展公路建设,选择半刚性沥青路面结构无疑是一个技术上可行、经济上合理的技术方案。根据目前国内公路造价,1cm 的普通沥青混合料造价相当于 4cm 的水泥稳定碎石基层,而 1cm 改性沥青混凝土相当于 6cm 的水泥稳定碎石基层;而从强度、承载能力角度来看,相同厚度的沥青混凝土(包括改性沥青)远远小于水泥稳定碎石。

众所周知,随着经济的发展,我国公路上的超载运输现象十分普遍和严重,尽管我国的汽车保有量与发达国家相比有较大的差距,高速公路上的交通量远远小于发达国家。如美国州际公路上的交通量水平一般在 10~20 万辆/天,而我国一般在 2~6 万辆/天。但由于我国的轴载水平远远大于欧美国家,因此实际上我国公路上的单车道的累积轴载作用次数却远远大于欧美国家。

相反,通过十多年来我国高等级半刚性沥青路面的使用经验证明,从承载能力角度看,这种路面结构是适合我国交通环境的。据有关技术人员调查了我国早期修建的几条著名的半刚性结构的高速公路的交通轴载水平和实际的大修周期,发现:如果从轴载水平角度,这些高速公路的使用寿命只有 2~4年,而实际的大修周期一般却为 10 年左右,远远大于设计使用寿命的要求。这都证明了半刚性路面结构是适应于我国当前运输水平的。这些高速公路的大修中绝大多是对原有沥青面层的处理,只有个别路段对基层进行了补强。

我国目前广泛采用半刚性基层沥青路面,一般设计寿命为 10-15 年。当达到设计寿命时,半刚性长寿命沥青路面结构设计研究8基层路面由于疲劳破坏而碎裂并导致沥青面层破坏,需要进行结构性大修。由于大修时需要对基层和面层一起进行重建,这样不仅投资大,而且周期长,对通行车辆影响大。从寿命周期费用分析的角度来看,这显然是非常不经济的。能否克服半刚性基层沥青路面的缺点,修建长寿命的半刚性基层沥青路面,这在我国进行大规模公路建设的今天,已成为我们需要重视的一个研究内容。

全厚式沥青路面建设费用高,短期内在我国推广不现实。如何研究设计适合我国经济技术条件、自然条件、资源条件的长寿命沥青路面是我们要解决的主要问题。根据我国现阶段国情,半刚性基层沥青路面与混合式基层沥青路面是研究重点。

2、长寿命路面的优点

(1)设计寿命达到40年以上;

(2)设计寿命延长,养护费用较低,在寿命周期内的总费用最经济;

(3)由于其不需要进行结构性大修,只进行表面养护维修,因此对交通的干扰很小,完全有可能避免交通全封闭;

(4)降低了公路的运营成本、提高了运营收益;

(5)维修间隔增大,相对维修的次数减少,对保护环境和减少环境污染也有重要的意义。

参考文献:

[1]石宁,周富杰.长寿命沥青路面概述[J].国外公路,2000,(01)

[2]沙爱民.半刚性路面材料结构与性能[M].北京:人民交通出版社,1984

[3]麻玉海.长寿命沥青路面的可行性研究[J].黑龙江交通科技,2005,28(04)

[4]王建奇,张争明,王森毅.长寿命沥青路面结构特点研究[J].山西建筑,2006,32(17)

[5]赵殿鹏,王大明,邱安邦.长寿命沥青路面的分析与探讨[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2006,8(02)

论文作者:刘超

论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期

论文发表时间:2019/9/16

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