长寿命沥青路面设计-《铺面工程学（第2版）》中的成果

1.路基设计

路面基础不仅为沥青面层的铺筑提供良好的界面，而且对于路面的变形、抗冻都是至关重要的。设计和修筑高强、稳定和均匀的路基对长寿命路面极为重要。在筑路期间，路基为筑路机械设备提供了操作平台；同时，它也提供抗力以抵抗压路机造成的变形，从而使上层路面能得到紧密的压实。在整个服务期，路基在承受路面荷载和减少由于季节变化引起的诸如冻融、湿度变化造成的承载能力下降方面起着重要作用。

路基可由密实路基、化学稳定路基或粒料，或者非稳定类粒料（如碎石或砂砾）构成。不管使用何种材料，路基必须具有最基本的刚度要求以满足整个施工阶段和服务阶段的需要。

英国TRL规定了对路面基础的最低要求，包括在施工时和施工后的要求。根据荷载为40 kN的落锤式弯沉仪试验，路基顶面的模量要求不小于40 MPa，底基层顶面的模量要求不小于65 MPa。

德国交通部根据300 mm静力承载板试验，认为路基顶面的模量应不小于45 MPa。下基层顶面的模量对轻交通应不小于120 MPa，对重交通应不小于180 MPa。

法国对修筑路基有强制性规范。施工时期，必须满足以下规定：路基在轴载为13 t的荷载作用下变形小于2 mm或承载板试验所得模量值大于50 MPa。

2.沥青层设计

长寿命路面各沥青层都有其特定的损坏模式，各层材料的选择、配合比的设计以及性能试验也各有其特点。磨耗层混合料的性能需要优化以抵抗车辙或开裂，而耐久性则是对所有面层材料的共同要求。

1）HMA基层

沥青混合料基层需要抵抗由于行车荷载反复作用造成的弯拉应变引起的疲劳开裂。高沥青含量的混合料有利于抵抗疲劳开裂（图8-18）。C.L.Monismith等［14］关于疲劳的研究认为，增加沥青含量有助于增加混合料柔性以阻止疲劳开裂的发展。再加之以合适的沥青层厚度，这就能确保源于底部的疲劳开裂不发生。这种富含沥青的沥青基层或者说高沥青含量的基层已经在加利福尼亚州和伊利诺伊州使用。

另一种增加疲劳寿命的方法就是为路面结构设计一个适当的厚度，让底部的拉应变小于其疲劳限（60～70με），如图8-19所示。沥青基层应尽量减小空隙率，以确保在集料空隙间沥青结合料的较高填充量，这对增加基层的耐久性和柔性是非常有用的。细级配沥青混合料也被证实有助于改善疲劳寿命。沥青等级应满足沥青各层对其高温性能的要求，沥青低温性能应当与中间层相同。如果施工时期道路交通是开放的话，就应该对材料的车辙试验做出规定，以确保施工时的服务性能。同时也应考虑材料的疲劳试验。

图8-18　沥青用量与抗疲劳性能的关系

图8-19　沥青层厚度与疲劳寿命的关系

沥青基层极易受水影响，所以必须考虑湿度因素。显然高含量沥青混合料能抵制湿度的影响，但是在配合比设计时最好仍然进行水稳定性能测试，例如AASHTO-T-283。

2）HMA中间层

中间层必须同时具有耐久性和稳定性，稳定性可以从粗骨料间的骨架结构及采用合适的高温等级沥青来获得，这对面层上部150 mm区域是至关重要的。因为，此区域是承受车轮荷载作用的高应力区，极易产生剪切破坏。

内部的摩阻力通过集料获得。可采用碎石和砂砾以确保形成集料骨架，选择之一就是采用最大公称直径较大的集料。可以使用Superpave混合料设计方法。只要集料间保持接触，使用小粒径的集料也可以达到同样效果。当采用粗集料混合料时，需要考虑其离析影响，在拌和、运输和铺筑过程中需要进行合理的操作。

中间层沥青结合料所处高温等级与表面层一致，以抵抗车辙。由于面层中温度的梯度相当陡，并且中间层的最低温度不可能像表面层那样低，所以中间层的低温等级便可放宽一个等级。例如，表面层用的沥青等级为PG70-28，则中间层可用PG70-22。(www.xing528.com)

3）磨耗层

长寿命路面对于磨耗层的性能要求一般规定为10年，每次更换磨耗层即为一个寿命周期。磨耗层的具体要求依赖于交通条件、环境因素、当地的经验和经济条件。性能要求包括抗车辙性能、抗表面开裂性能、良好的抗滑性能、缓解水雾的影响并能减小噪声。基于这些考虑，可以选择SMA、密级配混合料或OGFC等。

在一些对抗车辙性能、耐久性、抗渗性、抗磨损性要求高的地区，往往选择SMA，在交通量大且载重车多的区域尤为适用。而在交通量小且载重车比例较少的情况下，使用密级配混合料更为适合。与SMA一样，它也必须满足抗车辙、抗渗、抗磨耗及气候状况的要求。

开级配抗滑磨耗层（OGFC）有利于水从路表面迅速排除。这种结构层常用于美国的西部和南部地区以改善降雨时路面的摩擦性能。OGFC通常的空隙率为15%，但据报道空隙率在17%～22%之间能提供更好的长期性能。

参考文献

［1］约德E J，韦特捷M W.路面设计原理［M］.陈炳麟，等，译.北京：人民交通出版社，1983.

［2］朱照宏，许志鸿.柔性路面设计理论与方法［M］.上海：同济大学出版社，1985.

［3］AASHTO.AASHTO Guide for Design of Pavement Structures［R］.Washington:AASHTO，1986.

［4］AASHTO.AASHTO Guide for Design of Pavement Structures［R］.Washington:AASHTO，1993.

［5］姚祖康.路面工程［M］.上海：同济大学出版社，2001.

［6］MONISMITH C L.Analytical based asphalt pavement design and rehabilitation:theory to practice 1962-1992［R］.TRB1354，1992.

［7］ARA Inc.，ERES Consultant Division.Guide for mechanistic-empirical design of new and rehabilitated pavement structures［R］.NCHRP 1-37A，TRB，2004.

［8］孙立军等.沥青路面结构行为理论［M］.上海：同济大学出版社，2005.

［9］邓学均.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［10］PANY A R，PHILLIPSS，POTTER JF.UK design of flexible composite pavements［C］//Proceedings of 8thICAP，Seattle，1997.

［11］姚祖康，朱以敬.道路路面工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，1987.

［12］NCHRP 1-37.Guide for Mechanistic-Empirical Design on New and Rehabilitated Pavement Structures［R］.Washing D.C.:Final Report，2004.

［13］姚祖康.公路设计手册：路面［M］.2版.北京：人民交通出版社，1999.

［14］EPPSJ A，MONISMITH C L.Fatigue of asphalt concrete mixtures-summary of existing information［R］//Fatigue of compacted bituminous aggregate mixtures，ASTM STP508.American Society for Testing Materials，1971:19-45.