沥青路面结构长期使用性能跟踪观测研究

徐 刚

(宿迁市高速公路建设指挥部 宿迁 223800)

目前，国内采用数学[1-2]、有限元[3-4]等方法对沥青路面结构组合进行了较多的理论研究，也通过室内试验[5-7]对不同沥青路面结构的使用性能进行了对比分析。然而，对不同沥青路面结构的野外实际使用性能跟踪观测与比较研究却少之又少，无法给公路建设、管养部门提供一个明确的、直观的性能比较结果。

本文通过对日兰高速菏关段3种山东省广泛使用的沥青路面结构进行多年的跟踪观测，并进行比较分析，得出使用性能较优的路面结构形式，以期为公路建设、养管部门决策提供参考。

1 跟踪观测路段路面结构形式

1.1 日兰高速公路菏关段概况

日兰高速菏关段于2007年建成通车，双向4车道，设计行车速度120 km/h。菏关(鲁豫界)高

速作为山东省高等级公路网“五纵四横一环”的重要组成部分，是国家重点公路日照至河南南阳高速公路在山东省的最后一段，也是国道主干线连云港至霍尔果斯和日照至东明高速公路的连接线，是连接山东省与中西部省份的重要通道。

1.2 跟踪观测路段的路面结构

沥青路面的使用性能受车辆荷载、气候状况、管养水平等外在因素及路面材料、结构组合等内在因素的共同作用。为明确比较不同路面结构的使用性能，选定的3种跟踪观测路面结构均设置在日兰高速菏关段，桩号为K402+700-K410+700，位置非常接近且同属上行路面，所经历共同的车辆荷载、气候环境、管养水平，且沥青面层的级配、材料均一致，这样可直接地比选出使用性能较优的路面结构。具体路面结构及起讫桩号见图1。

图1 3种路面结构型式示意图

由图1可见，路面结构1为典型的半刚性基层沥青路面，在山东省乃至全国范围内广泛使用；路面结构2为LSPM沥青大碎石柔性基层+疲劳层沥青路面，室内试验表明抗疲劳层具有明显的延缓基层反射裂缝的作用，在柔性基层下面增设1层抗疲劳层以期能更好地减缓半刚性基层反射裂缝；路面结构3也为柔性沥青路面结构，是菏关高速全线所用路面结构，但是较路面结构2少了1层抗疲劳层。

通过3种路面的使用性能对比，可知柔性基层沥青路面、半刚性基层沥青路面、加设抗疲劳层的柔性基层沥青路面三者间的性能优劣。

2 跟踪观测路段使用性能评价

通过对多年的路网观测数据进行搜集，汇总整理包括路面损坏状况、路面平整度、路面车辙深度等指标变化，并在典型位置处进行弯沉检测，获取路面结构强度指标，以全面比较3种路面结构的使用性能。

2.1 路面损坏状况评价

路网检测数据均针对行车道路面，跟踪观测路段行车道历年路面损坏状况统计见表1。

表1 观测路段行车道路面损坏状况(DR)

由表1可见，3种路面结构均存在路面损坏，但损坏状况不严重，路面损坏状况指数均为优。对比历年损坏状况检测结果未有明显的衰减规律性。

此外，对3种路面结构的行车道、超车道及硬路肩中无明显表面损坏位置、裂缝位置进行钻芯取样以了解裂缝种类和产生原因，3种路面结构取样数分别为7个、4个、4个。从现场取芯试验结果可知，路面结构1存在典型的半刚性基层反射裂缝；路面结构2由于沥青大碎石柔性基层和抗疲劳层的作用仅存在少许表层疲劳裂缝；路面结构3在一处取芯过程中出现水泥稳定碎石层碎裂，无法取出，但路表破损不严重，裂缝未贯通路面结构层，体现出沥青大碎石柔性基层较好的延缓反射裂缝的作用。

2.2 路面平整度评价

跟踪观测路段行车道历年路面平整度统计见表2。

表2 观测路段行车道路面平整度(IRI) m/km

由表2可见，路面结构1在平整度衰变上相对路面结构2、路面结构3要快，即沥青大碎石柔性基层沥青路面平整度衰变缓慢，数值稳定，具有较好的行驶舒适性。

2.3 路面车辙深度评价

跟踪观测路段行车道历年路面车辙深度统计见表3。

表3 观测路段行车道路面车辙深度(RD)mm

由表3可见，3种路面结构车辙深度发展均较为缓慢，数值较稳定，但限于路网检测的局限性和随机性，车辙深度发展数值不具有衰变规律性。

2.4 路面结构强度评价

1) 弯沉检测结果。2016年9月份，对观测路段进行路面弯沉试验，因该路段交通量较大，受安全防护限制，不能对全部路段进行弯沉试验，仅选取部分典型路段进行弯沉试验。中心点弯沉计算结果汇总见表4。

表4 路面弯沉检测结果 0.01 mm

通过对路面弯沉检测结果可知：路面结构1的行车道弯沉代表值为11.66(0.01 mm)明显大于硬路肩和超车道的弯沉代表值；路面结构2的硬路肩、行车道和超车道的弯沉代表值较为接近，行车道弯沉代表值为5.16(0.01 mm)，比硬路肩和超车道数据略大；路面结构3的行车道弯沉代表值可达到9.62(0.01 mm)，明显大于硬路肩和超车道的弯沉代表值。

由此可知，3种路面结构行车道弯沉代表值明显大于硬路肩、超车道；路面结构2的硬路肩、行车道、超车道弯沉数据相对路面结构1、3小，说明路面结构2具有优越的结构强度；同时也可看出，路面结构1弯沉代表值较路面结构2、3大，体现出沥青大碎石柔性基层沥青路面在经过多年车辆累计碾压后具有较好的抗疲劳性能。

2) 弯沉盆计算。弯沉盆反算结果见图2～7。

图2 路面结构1的路面弯沉盆

图3 路面结构1的土基模量

图4 路面结构2的路面弯沉盆

图5 路面结构2的土基模量

图6 路面结构3的路面弯沉盆

图7 路面结构3的土基模量

根据现有研究成果可知[8]，重载交通路面力学响应指标基于FWD平均弯沉宜控制在8(0.01 mm)以内，路基反算回弹模量宜大于120 MPa。据此可知，路面结构1，即典型的半刚性基层路面结构，部分检测点的硬路肩及行车道的弯沉盆和土基模量不满足要求，而路面结构2、路面结构3的检测点弯沉盆、土基模量反算结果均满足要求，这也从侧面反映出沥青大碎石柔性基层沥青路面结构性能的优越性。

3 结论

1) 3种路面结构均存在路面损坏但均不严重，从钻芯取样看路面结构2、3沥青大碎石柔性基层具有良好的延缓反射裂缝性能，路面结构2抗疲劳层延缓反射裂缝效果非常明显。

2) 路面结构1的平整度衰减速率明显较路面结构2、3快，反映出沥青大碎石柔性基层沥青路面均有良好的行驶舒适性。

3) 3种路面结构的车辙深度发展均较为缓慢，具有良好的行车舒适性，但由于受到路网检测的局限性和随机性，车辙深度发展数值不具有衰变规律性。

4) 3种路面结构强度，路面结构2>路面结构3>路面结构1，说明沥青大碎石柔性基层沥青路面结构具有较好的抗疲劳性能，而路面结构1相对较差。

5) 通过对3种路面结构的使用性能评价可以看出，路面结构2优于路面结构1、3，即路面结构2可较好地适用于高等级公路运营，建议在以后的高等级公路建设和大中修养护过程中更多地采用沥青大碎石柔性基层+抗疲劳层的路面结构型式。