胡建強，劉雙祥

（二秦高速公路張家口管理處 張家口市 075000）

基于長壽命路面結構的市政道路瀝青路面加鋪研究

胡建強，劉雙祥

（二秦高速公路張家口管理處 張家口市 075000）

在借鑒國內外長壽命路面的研究與發(fā)展經驗基礎上，針對北京氣候、交通情況、原材料技術性能等，通過對比分析，確定了市政道路加鋪路面表面層、下面層、應力吸收層的材料；同時經過應力、應變分析及驗算確定了每層材料厚度。

長壽命瀝青路面結構；瀝青混合料；應力；應變

1 引言

長壽命瀝青路面是指在設計年限40～50年期間不發(fā)生結構性損壞，僅需要每隔15～20年對面層進行維護的瀝青路面。從20世紀末以來，長壽命路面已成為世界各國在道路方面最為熱門的研究對象。國外的研究與經驗表明，設計時適當加厚瀝青面層，可以有效地減少瀝青層底的拉應力，減小其疲勞開裂的可能性，同時較厚的瀝青面層也可以減少由車轍引起的結構性變形。國內對長壽命路面的研究相對于歐美國家來說相對較晚，主要集中在高速公路領域，其次是在市政工程中，而且已有的研究也基本上是延續(xù)了國外長壽命路面的設計思想，同時也對相關研究內容開展了大量試驗研究并相繼進行了試驗路的工程應用，從而也取得了一定的成果。

本文以北京工體北路大修改造工程為依托項目，基于長壽命路面結構確定工體北路路面加鋪方案。工體北路是一條城市道路，位于朝陽區(qū)西部，交通量較大，路面開裂嚴重，公交專用車道、公交車站、交叉口等位置車轍較為嚴重，主路由于其自身特性，碎裂、沉陷病害現(xiàn)象集中。路面承載力有所降低，無法滿足其交通功能，為了滿足其交通功能，延長其使用壽命，因此將長壽命路面結構設計運用到其瀝青面層改造過程中以提高路面結構整體承載能力和使用壽命。

2　瀝青路面結構層材料

在長壽命瀝青路面結構和材料設計中，應綜合考慮各結構層的特性及功能，針對不同結構層位提出不同設計指標。表面層是與車輛直接接觸的層面，為了提供良好的路用性能，因而要有足夠抗車轍性能、良好的抗滑性能、足夠抗表面開裂性能、緩解水霧的影響并可減小噪聲。因此，設計時也應該采用高性能瀝青混凝土。中間層（聯(lián)結層）既是擴散荷載區(qū)域，也是承受車輪荷載作用的高應力區(qū)，極易產生剪切損壞。因此，該層既需具有足夠抗變形能力來抵抗靠近路表面的高剪應力，也需具有高勁度模量來擴散荷載，減小基層和土基的應力應變，保證行駛質量等。同時，在基層、連接層和表面層之間，必須具備一定的粘結性，防止雨水浸入至各結構層，破壞層間的連接性。

2.1表面層

表面層選擇北京市應用最為成熟的SMA-13混合料，其表面抗滑、抗磨耗性能優(yōu)良，抗車轍性能較高。分別選用70#瀝青、SBS改性瀝青、高粘改性劑（HVA）與SBS復合改性三種，瀝青及瀝青混合料技術參數(shù)對比如表1。

相對于70#瀝青，SBS改性瀝青、HVA與SBS復合改性劑瀝青各方面的性能都比較優(yōu)越，尤其是在抗車轍方面，因此路面上面層選擇的是（SBS瀝青+ 8%HVA）高粘瀝青混合料。

2.2下面層

混合料類型采用SAC-20多碎石瀝青混凝土，其多級嵌擠結構抗車轍性能突出，且密水性好。選用70#瀝青、SBS改性瀝青、摻加國產RA抗車轍、摻加法國PRM高模量劑四種瀝青混合料進行對比分析，進行不同溫度下動態(tài)模量對比，如圖1和圖2，不同溫度和壓力的車轍試驗對比見表2。

表1　SMA-13混凝土技術參數(shù)對比表

表2　不同瀝青混合料車轍試驗結果

在苛刻條件下（較高溫度、較大壓力等）的抗車轍指標和高模量指標方面，RA抗車轍劑0.4%摻量的技術指標幾乎與0.7%摻量的PRM技術指標相當，這相當于在同等指標條件下，可以節(jié)約40%左右的添加劑用量，其性能優(yōu)勢和經濟性十分突出。

根據(jù)以上對比，下面層擬采用“70#瀝青+ 0.4%RA抗車轍劑”瀝青改性方案，混合料采用SAC-20。

2.3應力吸收層

長壽命路面結構設計是按照層間連續(xù)狀態(tài)時設計，因此確保層間結合效果非常關鍵?？紤]到本項目銑刨后為舊路表面、路面裂縫病害最為嚴重，為增加層間結合、減少裂縫，從而設計了橡膠瀝青碎石、橋面防水涂料、SBS改性乳化瀝青碎石、SBS改性瀝青碎石四種結構就拉拔強度與剪切強度進行對比，其對比試驗結果見表3。

表3　不同類型封層或防水粘結層試驗結果對比

試驗表明，橡膠瀝青擁有更優(yōu)良的抗裂、粘接性能，有利于加強本項目加鋪瀝青面層與舊路結構的整體性，并可實現(xiàn)類似應力吸收層的抑制裂縫的作用。其次，當橡膠瀝青用量適量增大時，可以防止雨水的向下滲透，從而對基層以下的結構起到保護作用。綜上考慮，確定路面封層的材料為橡膠瀝青碎石。

3 瀝青路面的結構層厚度

由于本工程為舊路改造，夜間施工，而且銑刨深度、加鋪標高均受到限制，擬通過采用增強加鋪層的結構強度（模量）方式實現(xiàn)較好的荷載分散能力，同時在較薄的厚度下減小路面彎沉，并結合對材料性能的考慮，對工體北路路面結構和材料設計方案擬定如表4。

表4　結構和材料設計方案

參考國外長壽命路面結構及其使用性能情況，并結合我國的靜態(tài)材料參數(shù)進行分析，以BZZ-100為標準軸載，提出了我國長壽命路面設計指標，瀝青層底拉應變小于極限拉應變120，土基頂面壓應變小于極限壓應變280，半剛性基層的底面彎拉應力小于允許彎拉應力，按照初擬的結構層材料多次實測參數(shù)（近似值）進行計算如表5。

表5　初擬方案各結構層材料層底拉應力驗算

根據(jù)該驗算結果，路面彎沉基本滿足設計要求（33.1，考慮路基取值較低的安全系數(shù)）；假設摻加了抗車轍劑的SAC-20的極限劈裂強度（15℃）為2.5MPa，舊瀝青路面材料的極限劈裂強度為1.0MPa，按15年計算得到累計軸載4847433次，由瀝青混凝土的極限劈裂強度計算得到各層瀝青混凝土的層底容許拉應力。該計算表明，本設計方案的層底拉應力均小于材料的容許拉應力。

依據(jù)國內外長壽命路面技術體系和設計模式，本項目加鋪層以下作為瀝青類基層（石渣層作為類瀝青碎石基層特性），按照厚瀝青面層（設計后為33cm）進行長壽命路面設計參數(shù)的驗算。對加鋪結構層底拉應變、路基頂面壓應變計算如表6。

根據(jù)我國長壽命瀝青路面驗算控制指標，本項目對工體北路長壽命路面的驗算結果，即瀝青層底拉應變小于其拉應變極限值，土基頂面壓應變小于其拉應變極限值。

4　結論

本文在借鑒國內外長壽命路面的研究與發(fā)展經驗基礎上，開展市政道路瀝青路面加鋪研究，得出如下結論：

表6　初擬方案各結構層材料層底拉應變及頂面壓應變計算結果

（1）表面層選用（8%HVA+SBS瀝青復合改性）高粘混凝土SMA-13，滿足了表面層抗車轍性能、抗開裂性能的要求，具有良好的抗滑性能。

（2）下面層選用RA（0.4%）抗車轍瀝青混凝土AC-20，滿足了中間層抗剪、抗車轍性能的要求。

（3）封層選用橡膠瀝青碎石封層，增強了中間層與原基層的連接和整體性。

（4）表面層厚度為4cm，下面層厚度為6cm，應力吸收層厚度為1cm，瀝青層底拉應變及土基頂面壓應變均滿足要求。

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HU Jian-qiang，LIU Shuang-xiang

（Erqin Expressway，Zhangjiakou Management Office，Zhangjiakou 075000，China）

Basing on the research and development experience on long-life pavement at home and abroad，aiming at some aspects like Beijing＇s climatic features，traffic conditions，technical performance of raw materials and so on，andbasing on the contrastive analysis，the materials for surface layer，lower layer and stress absorbing layer of pavement of municipal road are determined，and meanwhile the thickness of materials at each layer are determined by stress，strain analysis and check calculation.

Long-life asphalt pavement structure；Asphalt mixture；Stress；Strain

U416.2

B

1673-6052（2016）01-0056-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.01.014