李 俊，邱 蒙

（武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖北武漢 430015）

0 引言

近年來(lái)，隨著交通荷載的日益增加、交通量的持續(xù)增長(zhǎng)，瀝青路面早期破壞嚴(yán)重，路面需要進(jìn)行頻繁的維修，不僅造成建設(shè)投資的浪費(fèi)，還給正常的社會(huì)活動(dòng)帶來(lái)不便[1]。國(guó)外一些國(guó)家提出了長(zhǎng)壽命瀝青路面的概念，這種瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命一般超過(guò)30年，并且在其使用期限內(nèi)，路面損壞僅發(fā)生在路表一定深度范圍內(nèi)，而路面結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生破壞，即只需要定期對(duì)路表進(jìn)行維修即可。長(zhǎng)壽命瀝青路面根據(jù)功能將瀝青層分為3個(gè)層次——磨耗層，主要提供路面表面功能作用；聯(lián)結(jié)層，主要起抵抗車(chē)轍破壞作用；基層，主要抵抗疲勞破壞作用。所以，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)，如何提高聯(lián)結(jié)層的抗車(chē)轍能力是其中關(guān)鍵之一。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，高模量抗車(chē)轍瀝青混合料具有很大的勁度，能夠很好地抵抗車(chē)轍。

高模量瀝青混合料在法國(guó)的應(yīng)用較早。20世紀(jì)80年代初期，為了應(yīng)對(duì)重載交通的快速增長(zhǎng)，法國(guó)開(kāi)始研究采用高硬度瀝青提高瀝青混合料抗車(chē)轍變形能力。與此同時(shí)，由于一些路面的補(bǔ)強(qiáng)工程和修復(fù)工程對(duì)厚度有限制，如在市區(qū)，路面下掩埋有管道、路緣石等，在挖掘深度上有限制，需要使用薄的瀝青混合料鋪裝層，并且要保證它的抗車(chē)轍能力等路用性能，這促使道路研究者尋找一種比傳統(tǒng)瀝青混凝土模量更高的路面材料，使其既有高的抗車(chē)轍性能，同時(shí)又能減薄結(jié)構(gòu)層厚度。1980年具有這種功能的材料——GBTHP（路面專(zhuān)用瀝青處治沙礫）首次出現(xiàn)，1981年便用于舊路加固工程中。當(dāng)時(shí)的石油危機(jī)又促使尋找在保證路面使用性能的前提下減少瀝青用量的方法。于是，高模量瀝青混合料不再僅僅用于養(yǎng)護(hù)工程，而是開(kāi)始作為新建路面的基層材料使用。由于使用該材料所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益高于傳統(tǒng)的瀝青作為結(jié)合料的混凝土，而且在一些地區(qū)能夠彌補(bǔ)當(dāng)?shù)丶宪浫醯牟蛔?，所以其便作為新建路面基層出現(xiàn)在收費(fèi)高速公路上。

綜上所述，高模量瀝青混合料應(yīng)用于長(zhǎng)壽命瀝青路面的聯(lián)結(jié)層，既能提高路面的承載能力，使其具有良好的抗車(chē)轍性能，又能起到很好的連接和擴(kuò)散荷載的作用，同時(shí)還能擁有減薄瀝青層厚度的效果。由此可見(jiàn)，高模量聯(lián)結(jié)層是長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵的層次，對(duì)其進(jìn)行研究，是長(zhǎng)壽命瀝青路面的一個(gè)重要組成部分，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 路面結(jié)構(gòu)組合及計(jì)算圖示

本文首先選取不同瀝青種類(lèi)（即克拉瑪依70#瀝青、克拉瑪依90#SBS改性瀝青和SK90#SBS改性瀝青）配制的AC-20瀝青混合料，作為長(zhǎng)壽命瀝青路面的聯(lián)結(jié)層來(lái)進(jìn)行分析研究[2]，并將三種長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)依次編號(hào)為P1、P2和P3。所選長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)組合以及路面結(jié)構(gòu)各層模量和泊松比見(jiàn)表1[2-4]。

長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)如圖1所示，即考慮瀝青層上部的剪應(yīng)力、基層頂面的彎拉應(yīng)變和路基頂面的壓應(yīng)變。本文利用BISAR軟件，計(jì)算上述三種長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)三處位置各指標(biāo)值，計(jì)算圖示如圖2所示。其中，p=0.7MPa，r=0.1065m。點(diǎn)A處于左側(cè)輪載正下方，距瀝青層表面5 cm；點(diǎn)B和C位于輪載對(duì)稱(chēng)中心軸，分別處在基層頂面和路基頂面。

表1 長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)組合及材料參數(shù)

圖1 長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)

圖2 計(jì)算圖示

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

利用BISAR軟件，對(duì)三種類(lèi)型長(zhǎng)壽命瀝青路面瀝青層層內(nèi)剪應(yīng)力、瀝青層層底彎拉應(yīng)變和路基頂面壓應(yīng)變進(jìn)行求解，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，當(dāng)長(zhǎng)壽命瀝青路面聯(lián)結(jié)層采用AC-20瀝青混合料時(shí)，其模量越大（路面結(jié)構(gòu)P1、P2和P3聯(lián)結(jié)層AC-20瀝青混合料模量分別為1 233 MPa、1 446 MPa和 1 550 MPa），則長(zhǎng)壽命瀝青路面瀝青層層內(nèi)剪應(yīng)力和路基頂面壓應(yīng)變逐漸減小，這說(shuō)明聯(lián)結(jié)層模量較大時(shí)，可以更好地防止長(zhǎng)壽命瀝青路面在服務(wù)年限之內(nèi)發(fā)生瀝青層剪切變形破壞和路基頂面沉降，從而降低養(yǎng)護(hù)維修頻率和節(jié)約工程造價(jià)。對(duì)于瀝青層層底彎拉應(yīng)變，三種長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)之間差別不大，說(shuō)明聯(lián)結(jié)層模量的大小對(duì)長(zhǎng)壽命路面瀝青層層底彎拉應(yīng)變影響相對(duì)較小，即當(dāng)以較小幅度提升聯(lián)結(jié)層模量時(shí)，不能有效地降低長(zhǎng)壽命瀝青路面發(fā)生疲勞開(kāi)裂的概率。

表2 三種長(zhǎng)壽命瀝青路面計(jì)算結(jié)果

為了更進(jìn)一步驗(yàn)證聯(lián)結(jié)層模量大小對(duì)長(zhǎng)壽命瀝青路面力學(xué)性能的改善作用，該文假設(shè)將聯(lián)結(jié)層AC-20瀝青混合料的模量提高至2 000 MPa、3 000 MPa和4 000 MPa，并將此時(shí)的長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)分別記為P4、P5和P6。對(duì)這三種路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行求解，并結(jié)合前三種長(zhǎng)壽命瀝青路面求解結(jié)果，繪圖如圖3所示。

由圖3可知，隨著聯(lián)結(jié)層模量繼續(xù)增大，長(zhǎng)壽命瀝青路面瀝青層層內(nèi)剪應(yīng)力和路基頂面壓應(yīng)變不斷減小，這與前文分析結(jié)果一致，說(shuō)明聯(lián)結(jié)層模量越大時(shí)，長(zhǎng)壽命瀝青路面能更好地抵抗剪切變形和路基沉降。當(dāng)聯(lián)結(jié)層模量達(dá)到2 000 MPa以上時(shí)，瀝青層層底彎拉應(yīng)變發(fā)生急劇下降，這說(shuō)明聯(lián)結(jié)層模量大小達(dá)到一定程度時(shí)，能夠極大地改善瀝青層層底抗疲勞開(kāi)裂性能。由以上分析可得，在設(shè)計(jì)施工水平和工程造價(jià)允許的條件下，可以盡量提高聯(lián)結(jié)層模量值，從而保證長(zhǎng)壽命瀝青路面具有更好的服務(wù)性能和使用壽命。

圖3 六種長(zhǎng)壽命瀝青路面各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果圖

3 結(jié)論

當(dāng)長(zhǎng)壽命瀝青路面聯(lián)結(jié)層采用AC-20瀝青混合料時(shí)，其模量越大，則長(zhǎng)壽命瀝青路面瀝青層層內(nèi)剪應(yīng)力和路基頂面壓應(yīng)變?cè)叫　?duì)于瀝青層層底彎拉應(yīng)變，前三種長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)之間差別不大。隨著聯(lián)結(jié)層模量繼續(xù)增大，瀝青層層內(nèi)剪應(yīng)力和路基頂面壓應(yīng)變不斷減小。當(dāng)聯(lián)結(jié)層模量達(dá)到2 000 MPa以上時(shí)，瀝青層層底彎拉應(yīng)變發(fā)生急劇下降。總之，在設(shè)計(jì)施工水平和工程造價(jià)允許的條件下，可以盡量提高聯(lián)結(jié)層模量值，從而保證長(zhǎng)壽命瀝青路面具有更好的服務(wù)性能和使用壽命。

[1]馬骉，毛雪松，劉保健等.中國(guó)道路工程學(xué)術(shù)研究綜述2013[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2013，26（3）：1-36.

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[3]崔鵬，邵敏華，王國(guó)英等.長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)組合探討[J].中南公路工程，2007，32（3）：6-10.

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