摘要：现如今，在我国经济快速发展条件下，高等级公路的应用是社会发展的重要条件，高效、耐久的运输条件可大大提高整个国家的生产效率。但自从路面设计以来，路面结构性破坏一直影响道路使用寿命，而且随着交通量和车辆轴载的加重，获得较长使用寿命的沥青路面一直是道路研究者面临的严峻挑战。长寿命沥青路面是一种耐久性路面，通过对道路材料选择、混合料设计和路面结构设计等方面的改善，获取一种较长使用年限且经济的沥青路面结构。目前使用较多的长寿命沥青路面为全厚式沥青路面，沥青层有足够的厚度，但由于经济性原因现阶段无法大规模的应用于实际工程中。
关键词：长寿命；沥青路面；结构设计
前言：
从目前的大量实践经验中可以了解到，长寿命的混凝土路面所具备的性能更佳。较之普通的路面形式，长寿命沥青路面厚度较小，在应用的过程中也不会因为车辆载荷的影响而导致路面的损坏。建设施工中，首先，需要将沥青面层建设在土基层上，然后，在基层实施铺设施工。如果经过了长期的使用，这类路面也会存在着一定程度的损坏，但是只是路面表层。因此，对于长寿命沥青路面在长期的应用过程中实施维修只需要将路面表层铣刨后，再换上相同厚度的新混合料即可达到使用的要求，不需要对整体结构进行更换。
1长寿命沥青路面设计理念
1.1长寿命沥青路面设计理论基础
（1）疲劳极限传统沥青路面结构设计方法与长寿命沥青路面结构设计方法区别很大，传统沥青路面设计荷载的输入参数是累计交通量，而长寿命沥青路面的参数是设计交通轴载，其理论基础是沥青混合料疲劳极限理论，所谓疲劳极限就是指沥青混合料存在一个弯拉应变临界点，当路面结构的弯拉应变低于这个值时，沥青混合料层底就不会出现疲劳损伤，这个拉应变临界点对应的就是疲劳极限。Long和Monismith建议控制沥青混凝土层底的弯拉应变不大于60με。1许多科研人员认为改性沥青混合料的疲劳极限可以提高到100με。日本研究人员西泽认为沥青混合料的疲劳极限应小于200με。（2）基顶压应变国外大量的高速公路车辙状况调查显示，当沥青结构层厚小于18cm时，车辙率较大；当沥青层厚大于18cm时，车辙率将迅速降低。对于沥青层较厚的道路，车辙集中发生在沥青层表面，属于表面车辙。这是表面功能层损坏，通过进一步罩面设计就能够保证结构良好。但是，对于因结构层的永久变形而导致的结构性车辙破坏，为了控制结构性车辙的车辙深度可通过控制路基土的永久变形来实现。在结构层设计上，道路研究人员建议把基顶压应变作为控制路面总变形量的设计指标。美国的长寿命路面建议路基土垂直压应变应小于200με，若容许压应变大于结构层基顶压应变，则认为路面结构在设计年限内不会出现结构性车辙破坏，能够达到长寿命要求。
1.2长寿命沥青路面的设计寿命
各个国家对于长寿命沥青路面的寿命期望从30-50a不等。英国公路署、沥青协会和建设材料协会期望长寿命沥青路面的使用寿命能够达50a以上；美国沥青路面协会对于长寿命路面的定义为必须达35a以上的设计寿命。美国各州对于长寿命路面的定义有所不同，各州期望的长寿命路面的设计寿命在30-50a之间；日本则定义长寿命路面的使用寿命在40-60a之间。我国学者根据我国实际情况认为，长寿命沥青路面的使用年限应大于30a。假设把40a作为长寿命路面的使用年限，针对这一目标，可以以主要承重层与表面功能层的设计寿命作为长寿命路面设计标准的主要控制指标。然后针对长寿命沥青路面各结构层的具体型式，选用相应的规范标准来进行验算、控制其设计寿命。结合国外设计相关规定，可以定义长寿命路面的设计标准如下：（1）表面功能层设计寿命应在8a以上；（2）主要承重层设计寿命应该达40a左右。
2路面结构选取
2.1面层
路面的活载可以直接影响到面层，因此应确保面层整体结构的厚度以及平整度，具有较强的稳定性，为车辆行驶安全性提供保障。同时，沥青混凝土材料的承受力应满足车辆行驶的稳定性，避免因高温情况导致路面出现变形，因此可以进一步加强沥青混凝土材料的强度，将其敷设厚度控制在5厘米以上。以美国马里兰与威斯康星州道路建设为例，其在建设时应用了SMA沥青材料，并得到了良好的应用效果。此外，要想进一步强化道路的排水性能以及抗滑性可以在表层敷设一层OGFC材料，将敷设厚度控制在2.5厘米，为后期层面的维护等工作提供便利。
2.2中间层
目前，长寿命沥青混凝土路面的承受应力在车辆载荷的影响下通常在100毫米至150毫米之间，也是磨损出现的主要区间，因此，设置中间层以及连接层的主要目的是提升道路的载荷力，在此基础上降低基层与路基顶层纵向压应变，因此在敷设中间层时应选择耐高温、耐久性相对较强的材料，可以将其敷设厚度控制在10厘米至18厘米之间。混合材料具有较好的持久性与耐高温性，通常情况下会利用粗集料中骨料相互接触与持久性、耐高温性良好的胶结料来得到，所以中间层通常情况下会利用高模量来抵抗车辙的出现。中间层利用模量相对较大的混合材料可以有效的降低下层弯拉力，并加强道路分散载荷能力。要想进一步加强混料的质量可以通过Superpave方案来完成，并使用改性沥青来强化施工质量。
2.3基层
在道路建筑结构中，弯拉应力变化最大的为基层，在该层面很容易出现疲劳破损的情况，因此长寿命沥青基层主体性能会在活载荷的抵御作用下出现道路结构弯曲破损的情况，通常情况下可以使用柔性基层，也可以在上基层就使用柔性基层，下基层选用半刚性基层，柔性基层具有较好的耐磨性、稳定性且柔性非常强，因此可以有效的强化疲劳破损的能力。
2.4路基
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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。所以在凭借力学设计方式时，一定要重视地基在各种条件下的劲度模量改变情况，并且依照最不理想的状况开展设计工作。
3长寿命沥青路面结构设计
3.1设计指标
由于我国长寿命沥青路面技术起步较晚，且国外技术相对成熟，因此相关各项指标仍需沿用国外标准，一般采用沥青层底面弯拉应变和路基顶面压应变两项指标以衡量路面结构的设计使用寿命。弯拉应变是目前国内衡量沥青路面结构质量的重要指标，如果在实际设计过程中采用该指标，应要求沥青材料最大应力低于该标准。然而材料的拉应力能更准确地反映材料的疲劳特性，也更加符合沥青路面结构的实际使用情况，因此建议采用其他相关标准以保证使用寿命预测结果的准确性与可靠性。在实际使用及施工过程中，由于沥青路面并非由单一材料构成，且需要应对较为复杂的客观环境，因此应在上述两项指标外，增加沥青面层抗剪指标作为沥青路面的设计标准之一。在沥青路面设计过程中，应对实际使用数据进行调查，以保证路面在使用过程中所出现的最大剪应力小于混合料所能承受的最大抗剪强度。同时，应综合考虑实际施工过程中可能出现的各种误差情况，尽可能还原实际使用情况，保证沥青路面结构设计的合理性。
3.2路面结构组合设计
为满足复杂的实际使用情况，尽可能真实还原沥青路面在客观环境中的各种问题，并进行解决，应对相关数据进行综合整理。在沥青路面结构设计中，通过分析结构图纸可得，由于各层面结构在实际应用中作用不同，故而进行分别探讨。（1）表面层相对于路面以下各层，路面表面层需要承受更多的压力，会发生更大的自然损耗，但也相对比较容易进行修缮施工，因此对于其设计使用寿命要求较为宽松，应不小于12年。由于路面表面直接影响道路的实际使用效果，因此应注重对路面开裂、车辆压痕、轮胎打滑等问题的解决，路面铺设施工工艺对其也存在着较大影响，可通过选择骨架型密实型沥青混合料以及优质沥青或改性沥青，改变材料的性质以解决上述问题。（2）联结层联结层位于表面层与基层之间，主要起到承接、过渡、联结的作用，将表面层所承受的车辆压力通过材料及结构进行扩散疏导，合理分配整体结构中的剪力，避免对整体结构产生巨大损坏，针对材料在温度、湿度变化较大环境中的性能变化做出分析，并提出合理解决方案，以适应复杂的使用环境。（3）基层沥青路面基层的主要作用是缓解路面疲劳破坏的程度，根据力学模型可知，路面基层需要承受路面结构最大拉应变，因此，应选用柔性较高、变形破坏较低的材料进行施工。同时，由于基层位于路面结构较低位置，可能出现渗水、冻土等问题，应针对基层材料的水密性、稳定性采取相应的措施，以保证在实际使用环境中的适应性。综上所述，可选用具有较高柔性和稳定性的沥青混合料进行路面基层的施工。（4）路面基础通过观察沥青路面在实际使用环境中的具体表现可以发现，路面车辙情况一般出现在路面结构的上层部分，因此，路面基础无需过多考虑材料的柔性、延展性，而应对其承载能力采取相应措施，以提高其抗疲劳能力。在材料的加工过程中，可通过冲击压实技术提升材料的硬度、固化程度及结构稳定性，通过铺设碎石排水垫层提升基层强度。因此，在建设路基结构的过程中，要确定最佳的设计方案，从而可以全面提高路基承载性能。通过大量的实践经验总结发现，路基强度指标与其湿度参数成反比关系。路基设计的另外一个重要的功能就是排水性能，如果该性能不达标需要进行改善，可以选择使用布设碎石排水垫层的结构形式来进行。
4施工质量控制
长寿命沥青路面是我国公路建设发展的趋势，在路面设计中，应该从路基、基层、面层等方面共同入手，采用合理的结构形式和材料，延长其使用寿命，使其符合长寿命沥青路面结构的设计思想，同时可以确保建设施工的质量。
4.1压实度
压实度是影响路面耐久性的重要因素之一，其病害的产生往往是由压实度不足引起的，保证路面压实密实性是决定长寿命沥青路面使用质量的重要施工控制指标。路基压实越密实，路基模量相对越高，后期路面抗永久变形能力越好，路基越不容易产生开裂。水泥稳定碎石虽然作为底基层，但压实度同样不得降低，必须按照规范要求进行执行。而沥青层作为外表路面结构，其压实质量是影响路面长期性能的关键因素，沥青层压实越密集，路面疲劳性能越好。在施工过程中，应严格控制混合料出场温度和摊铺温度，且在摊铺时要做到连续、均匀且不间断。
4.2均匀性
混合料均匀性同样是影响长寿命沥青路面使用质量的一个重要因素。均匀性控制不好所产生的主要问题为离析，控制离析现象是长寿命沥青路面的重要质量保障。在施工过程中，要严格控制混合料的拌和与摊铺，对于级配碎石应使用集中厂拌，再使用摊铺机摊铺，摊铺过程中摊铺机速度不宜过快，应做到均匀不间断，对部分存在缺料、不均匀的区域应及时进行补料处理。
4.3养生
在路基全部铺筑完成后，在上铺层施工之前应每天洒一次水，防止路面由于水分的散失而使黏结性降低，从而使表面出现松散现象。另外在水泥稳定碎石基层施工完成后，应先在顶面洒一次水，再用土工布覆盖，进行保温、保湿养生7天。在养生期间，除洒水车其他车辆均不可通行。
5结语：
综上所述，长寿命沥青结构形式的路面最长使用寿命可以达到40a，在整个应用的过程中不会对整个结构进行修理，只需要进行路面维修即可。长寿命路面的应用可以满足车流量较大的需求，较之传统路面结构形式，其性能有了非常大的提升，使用年限更长且综合性能更加，还能够有效的降低后期运营维护费用，对于高速公路技术的提升有着非常重要的意义。
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论文作者:王涛
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/29
标签：路面论文; 沥青论文; 沥青路面论文; 长寿命论文; 结构论文; 路基论文; 基层论文; 《防护工程》2019年8期论文;