長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設計理念及工程應用

長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設計理念及工程應用摘要：由于瀝青路面結(jié)構(gòu)設計理論不完善、混合料設計方法不合理等問題，使得我國瀝青路面早期病害嚴重，導致頻繁的維修改造或重建，這給公路建設的可持續(xù)發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)。長壽命瀝青路面是指在設計年限內(nèi)無結(jié)構(gòu)性修復和重建，僅需根據(jù)表面層損壞狀況進行周期性維修的路面。本文從結(jié)構(gòu)原理、層位功能、混合料設計、施工質(zhì)量控制四個方面，系統(tǒng)的闡述了長壽命瀝青路面設計的基本理念，并以廣州到河源高速公路惠州段路面工程為例，提出適合該地區(qū)的長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)方案。關鍵字：長壽命路面設計理念結(jié)構(gòu)設計施工控制工程應用0引言由于瀝青路面結(jié)構(gòu)設計理論不完善、混合料設計方法不合理等問題，使得我國瀝青路面早期病害嚴重，導致頻繁的維修改造或重建，這給公路建設的可持續(xù)發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)。長壽命瀝青路面是指在設計年限內(nèi)無結(jié)構(gòu)性修復和重建，僅需根據(jù)表面層損壞狀況進行周期性維修的路面。本文從結(jié)構(gòu)原理、層位功能、混合料設計、施工質(zhì)量控制四個方面，系統(tǒng)的闡述了長壽命瀝青路面設計的基本理念，并以廣州到河源高速公路惠州段路面工程為例，提出適合該地區(qū)的長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)方案。1結(jié)構(gòu)原理長壽命瀝青路面，又稱永久性瀝青路面，結(jié)構(gòu)設計的出發(fā)點是為了提高瀝青路面的使用壽命，因此采用較厚的瀝青層，路面上部采用模量較高的材料，下部采用抗疲勞能力較強的材料，以降低傳統(tǒng)的半剛性基層瀝青路面開裂和避免結(jié)構(gòu)性車轍，使路面的損壞僅限于表面層。因此，只需要定期的表面銑刨、罩面修復，在使用年限內(nèi)不需要大的結(jié)構(gòu)性重建[1]。長壽命瀝青面結(jié)構(gòu)設計采用是一種新的理念，它是通過改變傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)組合、應力應變響應指標以及提高材料的物理力學性能達到延長路面結(jié)構(gòu)壽命的目的。傳統(tǒng)設計理念認為，在車輛荷載作用下，不管路面多厚，將不可避免地出現(xiàn)疲勞開裂和結(jié)性車轍。但通過研究發(fā)現(xiàn)，在瀝青層層底存在一個極限拉應變水平，當路面在荷載作用下應變低于此水平時，不會發(fā)生疲勞破壞，這一應變水平即為疲勞極限。因此，瀝青面存在一個面層厚度極限，當瀝青層厚度超過此極限值后，路面結(jié)構(gòu)將不會出現(xiàn)由下到的疲勞開裂和結(jié)構(gòu)性車轍。所以，長壽命路面設計層厚應以控制在層底拉應變水平內(nèi)，而使路面使用壽命延長。長壽命路面并不是一直不損壞，而是指路面的損壞僅發(fā)生在路面的表層，維修時不需要結(jié)構(gòu)性的處理，只需將表面層混合料銑刨并換成等厚度的新混合料便可，維修十分方便。2結(jié)構(gòu)層的功能及材料要求要進行長壽命瀝青路面設計，就必須先了解長壽命瀝青路面對每一結(jié)構(gòu)層功能與材料要求。長壽命的概念是強調(diào)有耐久的瀝青層和堅固的基礎。因此，長壽命瀝青路面各個層次的結(jié)構(gòu)功能基本上是圍繞這個概念的要求來進行設計[2]。長壽命瀝青路面對各結(jié)構(gòu)層功能及材料要求如圖1所示，建議選用表1所示的瀝青結(jié)構(gòu)型式。圖1長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)示意圖3瀝青混合料設計方法正確合理的瀝青混合料配比設計，是長壽命瀝青路面質(zhì)量的保證。目前，國內(nèi)最常用的是馬歇爾設計方法，但由于馬歇爾設計方法中，試件成型原理與現(xiàn)場實際情況有較大差別，導致用此方法設計出來的瀝青混合料不能滿足長壽命瀝青路面的要求。Superpave瀝青混合料設計方法是采用最新的工程設計理念，試件成型最接近瀝青路面的碾壓成型機理，礦料級配結(jié)構(gòu)設計標準較為合理，瀝青混合料性能最優(yōu)化的一種瀝青混合料設計方法。采用Superpave方法設計和施工的瀝青路面比采用馬歇爾方法設計的瀝青路面在抵抗車轍、抗疲勞破壞、抗溫度裂縫和水穩(wěn)定性能方面都有較大的提高。因此，建議選擇Superpave瀝青混合料設計方法來進行長壽命瀝青路面混合料的設計。表1長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)型式注：SP-Superpave瀝青混合料；SMA-瀝青馬蹄脂碎石混合料；OGFC-大孔隙開級配排水式瀝青磨耗層。4施工質(zhì)量控制長壽命瀝青路面瀝青混合料在施工過程中，除了應滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTGF40—2004）》相關要求外，在施工質(zhì)量控制方面，還應特別注意以下幾點（以Superpave瀝青混合料為例）：（1）所使用石料要堆放在經(jīng)過硬化具有3%倒坡坡度的場地上，粗集料的堆放高度不應超過3米，以防止由于集料不均勻?qū)е聻r青混合料離析；（2）在拌合站生產(chǎn)中，若干拌時間過長，會將粗集料打碎，細集料磨成礦粉，改變了混合料級配和增加了0.075mm篩的通過量，降低了設計混合料的VMA，影響混合料的路用性能。濕拌時間不宜過短，它決定了混合料拌和的均勻程度，決定了出場混合料的品質(zhì)。建議干拌時間不應超過5秒，普通瀝青混合料的濕拌時間不應少于28秒，SBS改性瀝青混合料的濕拌時間不應少于32秒；（3）在運料車裝料時要嚴格按照三點裝料法，即前、后、中的順序前后挪動車輛位置進行裝料。對需要四盤以上才能裝到車斗槽幫高度的車輛，要分兩層均按前、后、中的裝料順序裝滿整個車斗，以最大限度地降低瀝青混合料在裝料過程中產(chǎn)生的離析；（4）攤鋪時要把攤鋪速度設置到最大并能保持速度進行連續(xù)攤鋪的狀態(tài)。當瀝青拌和站具有足夠的生產(chǎn)能力時，瀝青混合料的攤鋪速度不應低于4米，在攤鋪過程中不宜過多調(diào)整攤鋪速度。當攤鋪機前有料車積壓時，要提高攤鋪速度，可以達到6米，避免瀝青混合料在現(xiàn)場停留時過長，造成瀝青混合料溫度散失過大；（5）初壓采用雙鋼輪振動壓路機，開始的第一軸要緊跟攤鋪機，以后的每一次倒軸的停駛位置要超過前一軸的1.5-2.0米，每一次錯軸停駛位置應該形成45度的角度。錯軸重疊寬度在10-20cm即可。在開始下一個碾壓區(qū)間前，要用雙鋼輪振動壓路機沿上一個碾壓區(qū)間停駛位置45度的方向振動碾壓一遍，以消除由于壓路機停駛產(chǎn)生的推移波浪。每天開始的第一個碾壓區(qū)間不易太長，最好不要超過30米，以后每一個碾壓區(qū)間盡量提升到50～60m。每一段碾壓區(qū)間不易過短，以免影響平整度。復壓采用兩臺膠輪壓路機揉搓碾壓，每一臺輪胎壓路機負責半幅同時進行碾壓，形成表面紋理并可消除初壓時可能產(chǎn)生的熱裂紋。終壓相當重要，除了可以消除膠輪輪跡外，還可以提升壓實度2～3個百分點。終壓應采用三鋼輪光輪靜碾壓路機，要求達到25噸以上，進行靜碾2～3遍，所有終壓均不得采用雙鋼輪振動壓路機進行起振碾壓。5工程實例廣河高速公路是廣東省、地、市高速公路連接線的重要組成部分，是聯(lián)系粵贛高速和京珠高速這兩條出省主要通道的重要橫向聯(lián)系道路，也是廣州四環(huán)四聯(lián)絡十八射主骨架之一。廣州至河源高速公路惠州段位于惠州市北部。路線呈東西走向，起點位于龍門縣永漢鎮(zhèn)，經(jīng)過龍門縣南部、博羅縣北部，終點位于河源市石壩鎮(zhèn)，路線全長75.61km。全線采用設計汽車荷載公路-I級雙向六車道高速公路標準建設，設計速度120km/h，整體式路基寬度34.5m，分離式路基寬度17m，主線及主線橋面鋪裝，隧道采用瀝青混凝土路面。本項目所在地屬為Ⅰ4區(qū)，路線地處夏炎熱冬溫潮濕大路氣候區(qū)。設計年限為15年，設計年限內(nèi)一個車道上的累計標準軸載為（100kN）作用次數(shù)Ne=2.40×107次/車道，屬特重交通等級。按照長壽命瀝青路面設計理念，結(jié)合該地區(qū)的實際情況，確定了路面結(jié)構(gòu)設計方案，如表2所示。在混合料設計過程中除了根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)行標準規(guī)范以外，還兼顧了Superpave相關設計標準，并且充分考慮了瀝青路面整體強度，各結(jié)構(gòu)層配比均符合要求并滿足性能試驗要求。瀝青路面實測的各種技術(shù)指標，如壓實度、平整度、摩擦系數(shù)、滲水系數(shù)等都符合現(xiàn)行規(guī)范與設計文件的要求，路面整體質(zhì)量良好。6結(jié)語長壽命瀝青路面設計的理念主要在于選擇合理的路面結(jié)構(gòu)方案、采用正確的混合料配比設計方法、運用科學的路面施工質(zhì)量控制手段，來提高瀝青路面的使用壽命，使得路面的損壞僅限于表層。因此，采用這種理念設計的瀝青路面，雖然初期建設費用較高，但養(yǎng)護維修簡單、費用低、使用年限增加，大大提高了綜合經(jīng)濟效益與社會效益。系統(tǒng)的研究