袁志平

(石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán))

1 引言

瀝青路面具有施工方便快捷、行車(chē)平穩(wěn)舒適、噪音低且易于養(yǎng)護(hù)維修的優(yōu)點(diǎn)，因此其作為高級(jí)路面的主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型而在國(guó)內(nèi)外公路和城市道路建設(shè)中被應(yīng)用。在我國(guó)的道路建設(shè)中有90%的道路是瀝青路面結(jié)構(gòu)。但我們也應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到，我國(guó)公路的建設(shè)起步較晚，技術(shù)力量薄弱，同時(shí)由于我國(guó)氣候和交通荷載條件復(fù)雜多變，車(chē)輛超載嚴(yán)重，優(yōu)質(zhì)路用石油瀝青等筑路材料缺乏的原因，許多公路路面結(jié)構(gòu)還存在種種問(wèn)題，一些路段的建設(shè)水平并不如人意，甚至通車(chē)沒(méi)幾年就發(fā)生了車(chē)轍、開(kāi)裂、泛油、坑槽等早期損壞現(xiàn)象，不得不進(jìn)行大面積維修甚至重新新罩面。隨著我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展，特別是近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，在大交通量、高比例重載車(chē)以及高胎壓的不利作用下，瀝青路面病害問(wèn)題逐漸凸顯出來(lái)，在公路養(yǎng)護(hù)維修方面的投入不斷加大，因此重載交通作用下的長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)被提了出來(lái)。

2 瀝青路面分層及層位功能

行車(chē)荷載和自然因素對(duì)路面的影響，隨深度的增加而逐漸減弱。因此，對(duì)路面材料的強(qiáng)度、抗變形能力和穩(wěn)定性的要求也隨深度的增加而逐漸降低。為了適應(yīng)這特點(diǎn)，路面結(jié)構(gòu)通常分層鋪筑，按照使用要求、受力狀況、土基支撐條件和自然因素影響程度的不同，分成若干層次。通常劃分為三個(gè)層次，即面層、基層和墊層。如圖1所示。

圖1 路面結(jié)構(gòu)層次劃分示意圖

面層是直接同車(chē)輛和大氣接觸的表面層次，它承受較大的行車(chē)荷載的垂直力、水平力和沖擊力的作用，同時(shí)還受到降水的浸蝕和氣溫變化的影響。因此，同其他層次相比，面層應(yīng)具備較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抗變形能力，較好的水、溫穩(wěn)定性，而且應(yīng)耐磨、不透水，其表面應(yīng)有良好的抗滑性和平整度。

基層主要是承受由面層傳來(lái)的車(chē)輛荷載的垂直力，并擴(kuò)散到下面的墊層和土基中去。實(shí)際上基層是路面結(jié)構(gòu)中的承重層，它應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并具有良好的擴(kuò)散應(yīng)力的能力。基層受大氣因素的影響比面層小，但是仍然有可能經(jīng)受地下水和通過(guò)面層滲入的雨水的浸蝕，所以，基層結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的水穩(wěn)定性?；鶎颖砻骐m不直接供車(chē)輛行駛，但是要有足夠的平整度，這是保證面層平整度的基本條件。

墊層介于土基和基層之間，它的功能是改善土基的濕度和溫度狀況，以保證面層和基層的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性不受土基水溫狀況變化的影響。另一方面的功能是將基層傳下的車(chē)輛荷載應(yīng)力加以擴(kuò)散、以減小土基產(chǎn)生的應(yīng)力和變形，同時(shí)也能阻止路基土擠入基層中，影響基層結(jié)構(gòu)的性能。

3 瀝青路面設(shè)計(jì)方法概述

3.1 傳統(tǒng)瀝青路面設(shè)計(jì)方法

隨著半剛性瀝青路面在我國(guó)高等級(jí)公路的大量使用，瀝青路面已經(jīng)遍布我國(guó)大江南北.但縱觀近些年修建的重載交通的高等級(jí)公路，傳統(tǒng)的瀝青路面往往在較短的時(shí)間內(nèi)就產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，如水損害、車(chē)轍等，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到道路的設(shè)計(jì)年限.這些損壞不僅降低了道路使用性能，增加了路面壽命周期成本，給道路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)、施工技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，對(duì)于我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)的性能提出了更高的要求.從世界范圍看，柔性路面結(jié)構(gòu)和半剛性路面結(jié)構(gòu)(包括復(fù)合式路面結(jié)構(gòu))是瀝青路面的兩大類(lèi)型.歐美國(guó)家、日本、澳大利亞等以柔性路面結(jié)構(gòu)為主，而我國(guó)、前蘇聯(lián)等則以半剛性路面結(jié)構(gòu)為主.奉行“強(qiáng)基、薄面、穩(wěn)路基”方針的半剛性基層瀝青路面是我國(guó)瀝青路面的主要形式。

3.2 傳統(tǒng)瀝青路面設(shè)計(jì)方法的缺陷

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本思想是路面結(jié)構(gòu)的承載能力主要依靠半剛性基層，路面結(jié)構(gòu)破壞就意味著是基層破壞。實(shí)際上現(xiàn)在許多高速公路的彎沉值都非常小。似乎路面不應(yīng)該被破壞，可是實(shí)際卻壞了;另一方面，一旦水滲入基層、路基，彎沉又會(huì)變得很大。也就是說(shuō)，傳統(tǒng)瀝青路面設(shè)計(jì)存在不可克服的缺陷:

(1)設(shè)計(jì)指標(biāo)單一盡管瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中包含彎沉和彎拉應(yīng)力驗(yàn)算指標(biāo)，但實(shí)際在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，彎沉成為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的唯一指標(biāo)，也就是說(shuō)按照現(xiàn)有規(guī)范方法，在路面設(shè)計(jì)彎沉滿足的條件下，彎拉應(yīng)力驗(yàn)算肯定是通過(guò)的，使得設(shè)計(jì)指標(biāo)成為唯一。

(2)設(shè)計(jì)指標(biāo)不可控制

設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)該是路面結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生損壞的控制指標(biāo)，即設(shè)計(jì)模型與路面結(jié)構(gòu)損壞模型應(yīng)該一致。但實(shí)際情況是彎沉指標(biāo)無(wú)法與多種破壞類(lèi)型和破壞標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一、協(xié)調(diào)?，F(xiàn)有瀝青路面的損壞與設(shè)計(jì)模式大不相同，設(shè)計(jì)指標(biāo)形同虛設(shè)。路面設(shè)計(jì)的宗旨是防止在設(shè)計(jì)年限內(nèi)總交通量反復(fù)荷載作用引起路面疲勞破壞，實(shí)際上絕大部分路面是在交通量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)交通量的早期已經(jīng)發(fā)生了破壞，疲勞破壞的指標(biāo)沒(méi)有起到控制作用。

(3)理論驗(yàn)算假定條件不準(zhǔn)確

按照現(xiàn)有公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，在進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)彎拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，假定層間接觸條件是連續(xù)接觸，在這種條件下進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算，半剛性基層頂面的瀝青面層處于受壓狀態(tài)，所以瀝青面層不會(huì)發(fā)生彎拉疲勞破壞。實(shí)際上，很難做到瀝青層與半剛性基層的連續(xù)，即使是瀝青的上、中、下面層之間，由于施工污染、施工的非連續(xù)性等原因，瀝青層之間都有可能是部分連續(xù)或者滑動(dòng)的，在荷載、水等外界因素的作用下，層間界面連接狀態(tài)的改變是必然的，因此路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的假定條件是不準(zhǔn)確的，在這種情況下，理論驗(yàn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性可想而知。路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際路用性能缺乏關(guān)聯(lián)性路面設(shè)計(jì)采用理論計(jì)算方法，看似很先進(jìn)，實(shí)際上材料設(shè)計(jì)參數(shù)一般只是通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定。國(guó)外很多研究表明，路面材料在實(shí)際使用過(guò)程中，其室內(nèi)性能與路用性能之間的關(guān)系并沒(méi)有很好的相關(guān)性，而設(shè)計(jì)人員在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般使用規(guī)范推薦的材料參數(shù)中值的簡(jiǎn)單辦法進(jìn)行設(shè)計(jì)，更談不上去建立路面材料室內(nèi)力學(xué)性能與野外路用性能的關(guān)系，所以其設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)際上只是個(gè)形式。

(4)實(shí)際交通荷載與設(shè)計(jì)荷載出入較大

根據(jù)交通荷載情況的調(diào)查，目前我國(guó)汽車(chē)后軸軸重一般在60～150 kN，而設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載為單軸雙輪胎100 kN，。近幾年重載車(chē)、超載車(chē)大量增長(zhǎng)，有的標(biāo)定30 t的車(chē)輛，實(shí)際達(dá)到150 t以上，盡管有關(guān)部門(mén)進(jìn)行了超限超載治理，車(chē)輛超載的現(xiàn)象還是時(shí)有發(fā)生，造成了路面早期損壞，使路面使用壽命大大縮短。長(zhǎng)壽命路面僅是一種新的設(shè)計(jì)理念，而非新的設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)時(shí)仍然采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論，只是將瀝青層底部的彎拉疲勞應(yīng)變和路基頂面的壓應(yīng)變控制在一定數(shù)值以下。

3.3 長(zhǎng)壽命瀝青路面概念及理論

長(zhǎng)壽命路面采用較厚層柔性路面，降低了傳統(tǒng)的瀝青層底開(kāi)裂和避免結(jié)構(gòu)性車(chē)轍，損壞僅限于路面頂部(25～100 mm)，在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)無(wú)結(jié)構(gòu)性修復(fù)和重建，僅需根據(jù)表面層損壞情況進(jìn)行周期性修復(fù)。長(zhǎng)壽命路面要采用抗車(chē)轍、不透水、抗磨耗的表面層，抗車(chē)轍的聯(lián)結(jié)層以及抗疲勞的基層，該理念主要針對(duì)重交通量道路，也是適用于重輕交通道路，因此長(zhǎng)壽命路面適用于任何道路，而且該理念也可用于舊路的維修和重建之中。

公路路面出現(xiàn)早期損壞，除了超載因素(“第一殺手”)，根本原因在于對(duì)高等級(jí)重交通瀝青路面的主要行為特點(diǎn)還缺乏明確的認(rèn)識(shí)，目前的路面設(shè)計(jì)理論和方法，只是以前輕交通路面設(shè)計(jì)理論和方法的簡(jiǎn)單外延，與重交通路面的要求尚有較大距離。重交通路面實(shí)踐中有三類(lèi)損壞是尤其需要重視的，一個(gè)是車(chē)轍;一個(gè)是新型龜裂(縱向平行裂縫);另一個(gè)則是混合料的均勻性，即離析當(dāng)輪壓、輪載同時(shí)超載時(shí)，路面可能會(huì)發(fā)生一次性破壞;輪壓、輪載同時(shí)超載的現(xiàn)象其實(shí)是很常見(jiàn)的。從我國(guó)大量修建的“強(qiáng)基薄面的半剛性瀝青路面的使用性能以及施工檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體思想應(yīng)是“強(qiáng)基厚面”，且不能以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)，在路面結(jié)構(gòu)上路面的各結(jié)構(gòu)層較厚，不僅僅基、墊層要厚和強(qiáng)，面層也要厚。長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)的根本理念是實(shí)現(xiàn)路面損壞模式的轉(zhuǎn)變，即從“自下而上”的損壞轉(zhuǎn)變?yōu)椤白陨隙隆鞭D(zhuǎn)變。伴隨著重載交通和交通量的增加，現(xiàn)行的路面設(shè)計(jì)體系和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的路面達(dá)不到設(shè)計(jì)年限就需要“開(kāi)膛破肚”進(jìn)行大修。然而大修從壽命周期分析的角度來(lái)說(shuō)是非常不經(jīng)濟(jì)的，長(zhǎng)壽命路面正是基于總費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)的原則最早在歐洲提出來(lái)的。半剛性基層材料變形小、易斷裂的缺點(diǎn)依然沒(méi)有改變.反射裂縫仍然為半剛性基層路面的主要破壞模式，由此引起瀝青路面的反射性裂縫程度不同的存在，得不到妥善的處理，甚至有更加嚴(yán)重的后果—水損壞和上下剪切和表面受拉。半剛性基層材料在行車(chē)荷載、水和溫度梯度的綜合作用下出現(xiàn)的基層唧泥現(xiàn)象，在重交通條件下出現(xiàn)的早期疲勞損壞現(xiàn)象等。半剛性基層瀝青路面的排水性能不好，對(duì)大交通以及重在交通的敏感性大，層間的粘結(jié)困難，很難成為整體，而且損壞后維修很困難、表面處理和控制比較困難。就半剛性基層瀝青路面而言，瀝青層越厚，抗車(chē)轍的變形的能力就越差。

長(zhǎng)壽命路面必須是施工良好、且修建在堅(jiān)固基礎(chǔ)上的，這樣就不會(huì)因?yàn)槭┕ず筒牧系馁|(zhì)量問(wèn)題引起道路結(jié)構(gòu)的破壞。養(yǎng)生意味著道路鋪筑初期，其結(jié)構(gòu)特性本身還未形成，此時(shí)的道路最容易為交通荷載所損壞。只要道路有足夠的初始強(qiáng)度，其主要結(jié)構(gòu)層就不會(huì)被初始交通所破壞，養(yǎng)生便會(huì)逐漸提高道路擴(kuò)散荷載的能力，并逐漸降低車(chē)輛所造成結(jié)構(gòu)性破壞。在某一最小強(qiáng)度閩值之上的道路預(yù)期可獲得40年的使用壽命甚至更多。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)高速公路路面出現(xiàn)早期損壞問(wèn)題，盡管原因很多，但絕大部分路面是在交通量遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)交通量的早期甚至在彎沉值都已經(jīng)發(fā)生了破壞，路面彎沉和疲勞破壞的主要指標(biāo)并沒(méi)有起到控制作用，許多學(xué)者和專家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到我國(guó)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)用情況差距較大這一事實(shí)，開(kāi)始反思現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的不足。因此適時(shí)引進(jìn)長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)方法，改善我國(guó)路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型，提高耐久性，已成為廣大技術(shù)人員義不容辭的責(zé)任。

(2)針對(duì)我國(guó)高速公路現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)、技術(shù)情況適時(shí)引進(jìn)推廣先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，改善我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)組成，引進(jìn)試驗(yàn)方法和手段，是完全必要的，也是目前解決我國(guó)瀝青路面早期損壞的最好途徑。

(3)隨著交通量的增長(zhǎng)和軸載的增大，永久性瀝青路面將成為未來(lái)主要的路面結(jié)構(gòu)，特別是在高速公路、重載交通中。我國(guó)正在進(jìn)行大規(guī)模的道路交通基礎(chǔ)建設(shè)，每年都有相當(dāng)里程的高速公路等高等級(jí)道路建成通車(chē)。對(duì)于重交通道路，長(zhǎng)壽命、低養(yǎng)護(hù)路面可以降低道路總的壽命周期費(fèi)用，盡早進(jìn)行長(zhǎng)壽命路面的研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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［2］沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防［M］.北京:人民交通出版社，2001.

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