长寿命沥青路面结构设计研究

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1 长寿命沥青路面

长寿命沥青道路路面的规划设计属于相对创新的理念。不同的国家对于长寿命路面规划设计有着不同的原则和规划设计要点，它们之间的区别不大，该路面的使用寿命大于50年，柔性比较强，可以有效避免沥青的裂缝及车辙等问题。因此，相关单位要对其进行定期的修整和保养，保证其路面设计的稳定性。此沥青路面的规划设计就是对路面出现的问题模式进行有效改善，利用其自身的设计原则，解决路面损坏问题，并对其模式进行有效的改善，避免传统路面产生的质量问题，延长路面的使用时间。该路面结构的主要特点是沥青层面的厚度较厚，在一定程度上可以对曾经的路面进行质量问题的有效修复。

2 道路沥青路面结构破坏及原因

2.1 道路裂缝

在长期重复性荷载的作用下，路面结构出现疲劳损伤，在裂缝发展初期为交错裂缝，随着时间和受力不均匀，导致裂缝呈现结块现象，要控制接缝结构处的夹角为90°或者90°以上。横向裂缝随着时间的推移，裂缝数量也会增加，且裂缝产生的时间间隔也会缩短。引发裂缝的原因较多，如道路设计不规范、不均匀沉降、温缩等，因此必须制订有效的管理措施。公路沥青路面裂缝的形成原因除了沥青路面自身材料特性，在摊铺作业施工环节也存在较多问题，其中最主要的是分段摊铺施工不连续，造成接茬位置结构处理不当，在长期使用环境下，导致裂缝的产生。此外，在公路施工中，没有按照施工技术标准进行夯实作业，导致路面结构被雨水冲刷，从而产生路基下沉的现象。

2.2 车辙

车辙主要发生在高温季节，一方面是由于固结变形，另一方面是由于行车重荷载。沉陷是指与行车方向相同的裂缝，还包含泛油，沥青路面的损坏等。

2.3 坑槽塌陷

公路一旦通车，在后期的养护维修阶段，就很难进行全路段封闭式养护施工，只能局部养护维修，这样就很难保证养护施工中的沥青质量，加上沥青结构常年受到周边环境因素的影响，导致道路路面结构产生坑槽。该道路病害的产生是突发性的，如果控制不及时，则会导致行车危险，影响乘车的舒适度。在公路出现坑槽塌陷病害后，路面结构表面早期会产生龟裂或松散现象，在损害的积累下，可导致路面坑槽塌陷病害发生。

3 选择和设计路面材料

在沥青路面结构设计时运用长寿命理念，选择并设计好路面材料。该工程具体设计如下：（1）路基。建设地由于石料缺乏，原基础无法进行换填施工，于是路基使用压实风积沙。为保证路基的承载能力，将天然砂砾垫层布置在土基层，保障基础受力特性的同时也有效保护了路基。（2）底基层使用水泥粉煤灰稳定碎石。为避免半刚性基层材料层的裂缝出现，使用较高模量水平的水泥稳定碎石，水泥材料也是高性能的。设计考虑了干缩裂缝和温缩裂缝的控制需求，最终水泥材料选用的是3%的32.5号水泥，并结合使用粉煤灰材料。（3）级配碎石层。石料主要为花岗岩，矿料级配设计为骨架密实结构。（4）沥青层使用改性沥青混合料。SBS改性沥青材料用作胶结料，矿料级配设计选用AC-25粗型级配。（5）其他层。依据工程实况，连接层和磨耗层等的材料选择遵照长寿命沥青路面设计规范要求。

4 沥青面层

对于此面层而言，主要是对路面基层中的裂缝和干裂问题进行有效的保护。施工人员有效控制沥青面层的厚度，保护没有裂开的半刚性基层，在路面的使用过程中，避免温度变化产生的裂缝以及干缩产生的裂缝。沥青面层的厚度会随着建设过程的温度、温差和气温的变化而变化。例如，河北省的中南部位，在进行沥青面层的施工过程中，厚度大于7cm，此厚度的沥青面层主要是由于温度收缩产生裂缝；在石家庄市进行煤沥青面层的施工过程中，其厚度大约为8cm，在沥青面层的使用过程中，寒冷的温度不会产生裂缝问题。

5 设计方法的运用

5.1 路基设计

在重复荷载的作用下，沥青路面结构会发生变形，且会使面层底面有很大的接应变产生，使公路的运行安全性及行车舒适性受到不良影响，还会加速路面的疲劳破坏。因此，设计环节把控好路面结构的永久变形量指标是很重要的。关于如何控制路基过多永久性变形，主要有两种方案。一种是进行预估模型的构建，对永久应变进行分析。累积变形量的估计及计算运用分层总和法。以设计条件及实际情况为依据，对永久变形量的基本标准进行确定。另一种是限制路基土的盈利水平，减少或杜绝出现剪切破坏，或者使永久变形在基于重复荷载的情况下趋于稳定，将永久变形总量控制在适宜范畴里，避免路面因长期积累而引发车辙及裂缝。

5.2 半刚性基层

在长寿命沥青路面结构设计中，半刚性基层中以刚性材料为主，其质量达标，整个结构的抗压强度则可以至少达到2MPa。来自荷载的压应力，即使是重载的货车专用道上产生的压应力也仅有1MPa，传递至基层表面就很小，因此不予考虑。

5.3 沥青层

将长寿命理念应用在沥青路面结构的设计中，要想实现沥青路面使用40年不产生疲劳破坏的目标，就必须严格把控好各个环节。如优选沥青层材料，做好公路设计年限内的路面疲劳验算分析工作，获取沥青路面结构设计高性能的方案，制订合适的施工方案，给后期施工提供强有力的数据支持，促使公路达到长寿命标准，保障公路建设的质量和效益。

20世纪70年代，对路面中间部位进行了应力的有效削减，有效解决和预防了裂缝问题。试验路段不仅是对沥青混合土和水泥混凝土的路面进行相应的铺设，还可以节约成本。该方法的理论和室内试验证明能够有效缓解路面中间部位的裂缝。

柔性路面的承载力和刚性程度都是相对较弱的，因此当其承受较大荷载时，也会产生裂缝问题。经过相关专家证明研究，得出10cm厚度的半刚性材料自身承载能力比同等厚度的厚粒料层的承载能力要大。

6 沥青路面结构破坏现象解决措施

6.1 沥青路面材料的拌制及运输

沥青原材料配比之初，要充分考虑施工环境中的温度、湿度等对原材料配置的影响，同时要精确设计搅拌时长。拌和温度范围一般设计为170～185℃，并选取使用间歇式搅拌机进行拌和。

6.2 沥青路面下层结构检查与验收

在沥青路面结构中，面层结构厚度过小或者过大都会对后期道路摊铺作业造成较大的影响。如中部面层结构厚度过大，使沥青路面结构摊铺均匀难度较大，因此在沥青路面结构摊铺作业的过程中，应对路面中层结构的平整度、高度、坡度等参数进行精确设计，加强测试环节的准确率，提高沥青路面结构使用中受力稳定性。此外，道路工程都配备绿化，因此需要在道路基层下部铺设排水沟，并在施工前对排水性能进行检测，对排水沟结构形式使用功能进行优化，必要情况下需要利用水泥砂浆找平处理。

6.3 沥青路面混合料的摊铺与碾压

减少路面接缝数量，在沥青路面混合料摊铺的过程中，尽量选取全程机械一体化摊铺，其中摊铺机械设备中与沥青混合料接触的板面结构温度应为160～170℃，同时摊平速度应控制在2m/min。碾压应选择使用静态碾压模式，在混合料摊铺和碾压的过程中，应由专人对摊铺厚度进行动态检测，保证摊铺均匀，摊铺厚度符合设计具体要求。

6.4 分时段养护

沥青路面结构出现裂缝是分时段、分间隔的，因此在各个阶段中，应对沥青路面裂缝的防治措施，以全生命周期为分时段养护期限，具体可分为利用和借助弹簧进行温度收缩开裂，并进行养护工作。夏季主要开展沥青油处理、装袋的清除工作；秋季要开展裂缝灌浆修复作业，实现坑道裂缝的填补作业；冬季应基于防雪、防冻等工作，采购相应养护施工技术所需材料。一般情况，零封层养护技术应用周期为1～4年，石屑密封维护周期及时间为5～8年，结构冷封时间周期为5～7年，裂缝密封周期为2～4年，薄层覆盖周期一般控制在5～10年。

7 结束语

路面应用长寿命理念进行设计和建设，可避免大动干戈的修整，由于其自身的损坏问题只会在其表面产生，只要对其进行定期的修复和维护就能够对其道路进行有效的修复，保证其使用的正常，除此之外，还可以利用新型的材料对道路进行有效的维修和养护，保证其自身的使用寿命。