永久性瀝青路面概念及結(jié)構(gòu)組成解析

永久性瀝青青路面概念念及結(jié)構(gòu)組組成解析組員：馬輝輝左娜張張利東朱朱善平柏柏正云永久路面定定義美國瀝青路路面協(xié)會(APA)定義：永久久路面是指指設(shè)計使用用年限達(dá)50年的瀝青路路面，在設(shè)設(shè)計使用年年限內(nèi)無結(jié)結(jié)構(gòu)性的修修復(fù)和重建建，僅需根根據(jù)表面層層損壞進行行周期性的的修復(fù)。歐洲長壽命命路面團體體ELLPAG則采用了一一個相似的的功能性定定義：經(jīng)過過合適的表表面維護，，路面基礎(chǔ)礎(chǔ)和基層在在使用中不不會出現(xiàn)明明顯損壞的的路面叫長長壽命路面面。長安大學(xué)的的王選倉和和侯榮國兩兩位教授對對長壽命瀝瀝青路面的的定義為路路面設(shè)計壽壽命超過40年的路面結(jié)結(jié)構(gòu)，并具具有以下特特點：1.設(shè)計年限達(dá)到40年2.路面不發(fā)生生結(jié)構(gòu)性破破壞，損壞壞只發(fā)生在在表面功能層，不需要結(jié)構(gòu)性性大修，只只對表面功功能層進行養(yǎng)護維維修3.路面厚度較大，，初期費用用可能偏高高，但維修費用低，在壽命周期內(nèi)內(nèi)最經(jīng)濟永久路面結(jié)結(jié)構(gòu)組成按功能要求求合理設(shè)置置路面結(jié)構(gòu)構(gòu)層：面層具有抗抗車轍、不不透水和抗抗磨耗的能能力聯(lián)結(jié)層要具具有良好的的耐久性基層要具有有抗疲勞和和耐久的能能力圖1永久路面的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點：：輪載下100—150mm區(qū)域是高受受力區(qū)域，，也是各種種損壞(主要是輪載載)的發(fā)生區(qū)域域。面層40一75mm高質(zhì)量瀝青青混凝土為為車輛提供供良好的行行駛界面。。中間層100—175mm高模量抗車車轍瀝青混混凝土起到到連接和擴擴散荷載的的作用。HMA基層75～100mm高柔性抗疲疲勞瀝青混混凝土起到到消除疲勞勞破壞的作作用。結(jié)構(gòu)層厚度/mm材料選擇主要受力特點主要作用和要求表層（磨耗層）40～75SMA，Superpave，密級配瀝青混合料，OGFC受壓受剪抗滑耐磨，抗車轍和開裂，降噪等瀝青砼（中間層）100～175高模量抗車轍瀝青混合料豎向受壓應(yīng)具有高強度和良好抗車轍性能；具有很強的高溫抗變形能力；具有很強的抗水作用能力瀝青砼（基層）75～100柔性抗疲勞瀝青混合料（瀝青含量高，具有足夠厚度）底層受拉具有足夠的抗疲勞性能；具有足夠的耐久性；具有足夠的水穩(wěn)定性土基密實路基，化學(xué)穩(wěn)定路基或粒料，或非穩(wěn)定類粒料等受壓必須具有最基本的強度、剛度和穩(wěn)定性表1永久路面結(jié)結(jié)構(gòu)組合分分析Japan日本長壽命命路面簡稱稱LSP，它的設(shè)計計目標(biāo)是擁擁有2倍于現(xiàn)行路路面的使用用性能，因因功能破壞壞而維修的的周期在15年以上,結(jié)構(gòu)性壽命命在40-60年。European歐洲各國長長壽命瀝青青路面結(jié)構(gòu)構(gòu)形式多種種多樣USA美國長壽命命瀝青路面面結(jié)構(gòu)種類類很多China山東濱州長長壽命路面面結(jié)構(gòu)China江蘇省沿江江高速公路路長壽命路路面試驗路路結(jié)構(gòu)圖中：CS－水泥穩(wěn)定定碎石，ATB－瀝青穩(wěn)定定碎石，GRH－級配碎石石，紅色－采用用改性瀝青青。C/FDAC—粗/細(xì)型密級配配瀝青混凝凝土混合料料China廣梧(廣州-梧州)高速長壽命命試驗路結(jié)結(jié)構(gòu)永久路面設(shè)設(shè)計理念瀝青路面能能夠使用40～50年以上、采采用較厚的的瀝青層的的柔性路面面,可降低傳統(tǒng)統(tǒng)的瀝青層層底開裂和和避免結(jié)構(gòu)構(gòu)性車轍。。由于瀝青層層相對較厚厚,傳統(tǒng)的疲勞勞開裂可能能性大大降降低,路面的損壞壞主要位于于面層的頂頂部(25～100mm)。一旦路面表表面損壞達(dá)達(dá)到臨界水水平,其經(jīng)濟性處處理方法就就是將損壞壞的頂層或或面層銑刨刨、罩面或或者加鋪面面層,瀝青面層材材料可以再再生利用。。設(shè)計指標(biāo)：：將面層底面面在荷載重重復(fù)作用下下的拉應(yīng)變變以及路基基頂面的壓壓應(yīng)力或壓壓應(yīng)變作為為設(shè)計指標(biāo)標(biāo)，結(jié)合考考慮了交通通參數(shù)、環(huán)環(huán)境因素、、土基狀況況、材料特特性進行路路面設(shè)計。。以瀝青面層層的疲勞開開裂以及永永久性變形形作為瀝青青路面的主主要損壞模模式。基于力學(xué)的的永久性路路面結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計方法1.Monismth1992年在TRB會議上提出出了這種設(shè)設(shè)計方法,Monismth和Long建議控制瀝瀝青層底的的彎拉應(yīng)變變≤60με，基頂壓應(yīng)應(yīng)變≤200μεε。

行車荷載瀝青層底彎拉應(yīng)變<60me

基頂壓應(yīng)變

<200me基層路基設(shè)計流程(Monismith,1992)2.伊利諾斯州州的基于力力學(xué)的路面面結(jié)構(gòu)設(shè)計計方法以ILLI_PAVE程序的有限限元分析結(jié)結(jié)果為基礎(chǔ)礎(chǔ),采用一個控控制應(yīng)變的的疲勞方程程,這個疲勞方方程可以用用來控制HMA層的配合比比、拉應(yīng)力力和路用性性能。這種種設(shè)計方法法已經(jīng)被伊伊利諾斯州州交通運輸輸部(IDOT)所采納。3.以明尼蘇達(dá)達(dá)公路研究究課題采集集的數(shù)據(jù)為為基礎(chǔ),明尼蘇達(dá)州州制定了一一種力學(xué)設(shè)設(shè)計方法。。用層狀彈彈性理論程程序WESLEA計算路面結(jié)結(jié)構(gòu)在荷載載下的響應(yīng)應(yīng)。4.英國的設(shè)計計方法以計算結(jié)構(gòu)構(gòu)層中臨界界位置的響響應(yīng)為理論論基礎(chǔ)。Nunn等人在1997年發(fā)現(xiàn)，瀝瀝青路面面面層存在一一個厚度極極限，在施施工良好的的道路中，，超過這個個厚度限值值，由下到到上的疲勞勞開裂和結(jié)結(jié)構(gòu)性的車車轍都可避避免。當(dāng)累計標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)軸載作用用次數(shù)(ESAL)超過8000萬次時，瀝瀝青面層厚厚度不再需需要增加。。在瀝青面層層層底存在在一個極限限彎拉應(yīng)變變水平，當(dāng)當(dāng)層底應(yīng)變變處于這個個水平以下下時疲勞損損壞就不會會發(fā)生。5.國內(nèi)永久性性瀝青混凝凝土路面設(shè)設(shè)計原理國內(nèi)提出的的抗剪概念念的永久性性瀝青混凝凝土路面設(shè)設(shè)計原理圖圖剪應(yīng)力控制制剪切疲勞彎拉應(yīng)變控控制疲勞開裂壓應(yīng)變控制制永久變形瀝青混凝土層基層路基永久路面各各結(jié)構(gòu)層材材料設(shè)計永久性瀝青路面各各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計是是保證路面面良好路用用性能的關(guān)關(guān)鍵，根據(jù)各結(jié)結(jié)構(gòu)層功能能進行路面材料設(shè)計,提出材料指指標(biāo)要求：：表面磨耗層層：抵御車轍轍、老化、、溫度開裂裂和磨耗中間層：抵御車轍轍，傳遞、、分散荷載載基層：承重層，，抵抗層底底彎拉應(yīng)變變1.磨耗層材料料設(shè)計1.1影響因素和和性能要求求影響因素：磨耗層的具具體要求依依賴于交通通條件、環(huán)環(huán)境因素、、當(dāng)?shù)氐慕?jīng)經(jīng)驗和經(jīng)濟濟條件。面面層受到自自然條件(雨水、氣溫溫、日照)和行車荷載載的作用最最頻繁,處于壓應(yīng)力力、剪切應(yīng)應(yīng)力集中的的區(qū)域。性能要求：：包括抗車轍轍性能、抗抗表面開裂裂性能、良良好的抗滑滑性能、緩緩解水霧的的影響并能能減小噪聲聲等。1.2磨耗層材料料選擇磨耗層材料料應(yīng)選擇SMA、密級配混混合料或OGFC等。在一些對抗抗車轍性能能、耐久性性、抗?jié)B性性、抗磨損損性要求高高的地區(qū),可以選擇SMA,這在交通量量大且載重重車多的城城市區(qū)域尤尤為適用。。在交通量小小且載重車車比例較少少的情況下下,使用密級配配混合料更更為適合。。與SMA一樣,它也必須滿滿足抗車轍轍、抗?jié)B、、抗磨耗及及氣候狀況況的要求。。OGFC具有優(yōu)良的的抗滑性能能、排水性性能以及減減少噪聲等等優(yōu)點?？煽捎糜趯ε排潘刑厥馐庖蟮牡牡那闆r。2.HMA中間層材料料設(shè)計中間層須同同時具有耐久性、穩(wěn)穩(wěn)定性和抗車轍性能能。2.1耐久性提高中間層層瀝青混合合料的耐久久性能可以以通過合理理選擇材料料和增加骨骨料表層瀝瀝青膜的厚厚度來實現(xiàn)現(xiàn)。2.2穩(wěn)定性穩(wěn)定性可以以從粗骨料料間的骨架架結(jié)構(gòu)及采采用合適的的高等級瀝瀝青來獲得得,這對面層上上部150mm區(qū)域是至關(guān)關(guān)重要的。。因為此區(qū)區(qū)域是承受受車輪荷載載作用的高高應(yīng)力區(qū),極易產(chǎn)生剪剪切損壞。長壽命路面面瀝青結(jié)構(gòu)構(gòu)等級確定定2.3抗車轍性能能永久性瀝青青路面應(yīng)力力分析可知知，剪切應(yīng)應(yīng)力峰值主主要集中在在中間層，，中間層最最有可能出出現(xiàn)剪切破破壞,因此要求有有較好的抗抗車轍性能能。材料設(shè)設(shè)計時可采采用改性瀝瀝青，混合合料采用骨骨架嵌鎖結(jié)結(jié)構(gòu)。瀝青混合料料嵌鎖細(xì)部部結(jié)構(gòu)2.4結(jié)合料要求求中間層瀝青青結(jié)合料所所要求的高高溫等級與與磨耗層一一致,以抵抗車轍轍。由于面層中中溫度的梯梯度相當(dāng)陡陡,并且中間層層溫度不可可能像表面面層那樣低低,所以中間層層的低溫等等級便可放放寬一個等等級。例如如表面層用用的瀝青等等級為PG70-28,則中間層可可用PG70-22。2.5集料要求混合料的內(nèi)內(nèi)部摩阻力力通過集料料間嵌鎖獲獲得,可采用碎石石和砂礫以以確保形成成集料骨架架,一般選擇采采用最大公公稱直徑較較大的集料料。3.基層材料設(shè)設(shè)計3.1性能要求路面結(jié)構(gòu)中中,基層層底出出現(xiàn)的拉應(yīng)應(yīng)力最大,在彎拉應(yīng)力力的反復(fù)作作用下出現(xiàn)現(xiàn)層底疲勞勞開裂的可可能性也最最大,要求基層具具有很好的的耐久性,優(yōu)良的抗疲疲勞性能。。3.2抗疲勞設(shè)計計HMA基層設(shè)計必必須使底面面的彎拉應(yīng)應(yīng)變低于材材料的疲勞勞極限。這這樣才可預(yù)預(yù)防或減緩緩路面結(jié)構(gòu)構(gòu)性破壞。。（1）增加混合合料的柔性性增加瀝青含含量有助于于改善混合合料柔性這種高瀝瀝青含量量的基層層已經(jīng)應(yīng)應(yīng)用于美美國的加加利弗尼尼亞州和和伊利諾諾斯州。。采用改性性瀝青也也可以提提高混合合料抵抗抗變形和和抗疲勞勞能力。。瀝青含量量（種類類）與路路面疲勞勞壽命關(guān)關(guān)系疲勞壽命應(yīng)變無限疲勞壽命低瀝青含量高瀝青含量（2）增加路路面厚度度為路面結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計一個適適當(dāng)?shù)暮窈穸?讓底部的的拉應(yīng)變變低于積積累破壞壞可能發(fā)發(fā)生的程程度。壓應(yīng)變拉應(yīng)變應(yīng)變疲勞壽命無限疲勞壽命壓應(yīng)變拉應(yīng)變應(yīng)變疲勞壽命無限疲勞壽命永久路面面與半剛剛性基層層路面比比較我國所建建高速公公路中90%以上為半剛性性瀝青路路面結(jié)構(gòu)構(gòu)。半剛性基基層路面面特點：：采用半剛剛性基層層結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)單一一)；面層厚度度比國外外的薄(總厚度相相當(dāng))；路面的破破壞形式式與設(shè)計計指標(biāo)不不一致；；易出現(xiàn)結(jié)結(jié)構(gòu)性破破壞，修修復(fù)困難難.1.控制指標(biāo)標(biāo)半剛性基基層路面面結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計時采采用以路表彎沉沉、結(jié)構(gòu)層底底拉應(yīng)力力為控制指指標(biāo)。永久性路路面將面面層底面面在荷載載重復(fù)作作用下的的拉應(yīng)變以及路基基頂面的的壓應(yīng)力或或壓應(yīng)變變作為設(shè)計計指標(biāo)2.典型結(jié)構(gòu)構(gòu)半剛性基基層路面面結(jié)構(gòu)永久性路路面結(jié)構(gòu)構(gòu)相同面層層結(jié)構(gòu)，，永久路路面瀝青青穩(wěn)定基基層層底底拉應(yīng)力力在同樣樣軸載的的作用下下小于半半剛性基基層，且且其隨軸軸載的變變化率小小于半剛剛性基層層。永久性瀝瀝青路面面的瀝青青穩(wěn)定基基層柔性性高，耐耐疲勞能能力強，，即使對對于同樣樣的層底底拉應(yīng)力力(變)，其抵抗抗能力都都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高高于半剛剛性基層層路面。。因此對于于重載較較多和交交通量較較大的道道路．永