永久性沥青路面概念及结构组成解析

永久性沥青青路面概念念及结构组组成解析组员：马辉辉左娜张张利东朱朱善平柏柏正云永久路面定定义美国沥青路路面协会(APA)定义：永久久路面是指指设计使用用年限达50年的沥青路路面，在设设计使用年年限内无结结构性的修修复和重建建，仅需根根据表面层层损坏进行行周期性的的修复。欧洲长寿命命路面团体体ELLPAG则采用了一一个相似的的功能性定定义：经过过合适的表表面维护，，路面基础础和基层在在使用中不不会出现明明显损坏的的路面叫长长寿命路面面。长安大学的的王选仓和和侯荣国两两位教授对对长寿命沥沥青路面的的定义为路路面设计寿寿命超过40年的路面结结构，并具具有以下特特点：1.设计年限达到40年2.路面不发生生结构性破破坏，损坏坏只发生在在表面功能层，不需要结构性性大修，只只对表面功功能层进行养护维维修3.路面厚度较大，，初期费用用可能偏高高，但维修费用低，在寿命周期内内最经济永久路面结结构组成按功能要求求合理设置置路面结构构层：面层具有抗抗车辙、不不透水和抗抗磨耗的能能力联结层要具具有良好的的耐久性基层要具有有抗疲劳和和耐久的能能力图1永久路面的的结构结构特点：：轮载下100—150mm区域是高受受力区域，，也是各种种损坏(主要是轮载载)的发生区域域。面层40一75mm高质量沥青青混凝土为为车辆提供供良好的行行驶界面。。中间层100—175mm高模量抗车车辙沥青混混凝土起到到连接和扩扩散荷载的的作用。HMA基层75～100mm高柔性抗疲疲劳沥青混混凝土起到到消除疲劳劳破坏的作作用。结构层厚度/mm材料选择主要受力特点主要作用和要求表层（磨耗层）40～75SMA，Superpave，密级配沥青混合料，OGFC受压受剪抗滑耐磨，抗车辙和开裂，降噪等沥青砼（中间层）100～175高模量抗车辙沥青混合料竖向受压应具有高强度和良好抗车辙性能；具有很强的高温抗变形能力；具有很强的抗水作用能力沥青砼（基层）75～100柔性抗疲劳沥青混合料（沥青含量高，具有足够厚度）底层受拉具有足够的抗疲劳性能；具有足够的耐久性；具有足够的水稳定性土基密实路基，化学稳定路基或粒料，或非稳定类粒料等受压必须具有最基本的强度、刚度和稳定性表1永久路面结结构组合分分析Japan日本长寿命命路面简称称LSP，它的设计计目标是拥拥有2倍于现行路路面的使用用性能，因因功能破坏坏而维修的的周期在15年以上,结构性寿命命在40-60年。European欧洲各国长长寿命沥青青路面结构构形式多种种多样USA美国长寿命命沥青路面面结构种类类很多China山东滨州长长寿命路面面结构China江苏省沿江江高速公路路长寿命路路面试验路路结构图中：CS－水泥稳定定碎石，ATB－沥青稳定定碎石，GRH－级配碎石石，红色－采用用改性沥青青。C/FDAC—粗/细型密级配配沥青混凝凝土混合料料China广梧(广州-梧州)高速长寿命命试验路结结构永久路面设设计理念沥青路面能能够使用40～50年以上、采采用较厚的的沥青层的的柔性路面面,可降低传统统的沥青层层底开裂和和避免结构构性车辙。。由于沥青层层相对较厚厚,传统的疲劳劳开裂可能能性大大降降低,路面的损坏坏主要位于于面层的顶顶部(25～100mm)。一旦路面表表面损坏达达到临界水水平,其经济性处处理方法就就是将损坏坏的顶层或或面层铣刨刨、罩面或或者加铺面面层,沥青面层材材料可以再再生利用。。设计指标：：将面层底面面在荷载重重复作用下下的拉应变变以及路基基顶面的压压应力或压压应变作为为设计指标标，结合考考虑了交通通参数、环环境因素、、土基状况况、材料特特性进行路路面设计。。以沥青面层层的疲劳开开裂以及永永久性变形形作为沥青青路面的主主要损坏模模式。基于力学的的永久性路路面结构设设计方法1.Monismth1992年在TRB会议上提出出了这种设设计方法,Monismth和Long建议控制沥沥青层底的的弯拉应变变≤60με，基顶压应应变≤200μεε。

行车荷载沥青层底弯拉应变<60me

基顶压应变

<200me基层路基设计流程(Monismith,1992)2.伊利诺斯州州的基于力力学的路面面结构设计计方法以ILLI_PAVE程序的有限限元分析结结果为基础础,采用一个控控制应变的的疲劳方程程,这个疲劳方方程可以用用来控制HMA层的配合比比、拉应力力和路用性性能。这种种设计方法法已经被伊伊利诺斯州州交通运输输部(IDOT)所采纳。3.以明尼苏达达公路研究究课题采集集的数据为为基础,明尼苏达州州制定了一一种力学设设计方法。。用层状弹弹性理论程程序WESLEA计算路面结结构在荷载载下的响应应。4.英国的设计计方法以计算结构构层中临界界位置的响响应为理论论基础。Nunn等人在1997年发现，沥沥青路面面面层存在一一个厚度极极限，在施施工良好的的道路中，，超过这个个厚度限值值，由下到到上的疲劳劳开裂和结结构性的车车辙都可避避免。当累计标准准轴载作用用次数(ESAL)超过8000万次时，沥沥青面层厚厚度不再需需要增加。。在沥青面层层层底存在在一个极限限弯拉应变变水平，当当层底应变变处于这个个水平以下下时疲劳损损坏就不会会发生。5.国内永久性性沥青混凝凝土路面设设计原理国内提出的的抗剪概念念的永久性性沥青混凝凝土路面设设计原理图图剪应力控制制剪切疲劳弯拉应变控控制疲劳开裂压应变控制制永久变形沥青混凝土层基层路基永久路面各各结构层材材料设计永久性沥青路面各各结构层材料设计是是保证路面面良好路用用性能的关关键，根据各结结构层功能能进行路面材料设计,提出材料指指标要求：：表面磨耗层层：抵御车辙辙、老化、、温度开裂裂和磨耗中间层：抵御车辙辙，传递、、分散荷载载基层：承重层，，抵抗层底底弯拉应变变1.磨耗层材料料设计1.1影响因素和和性能要求求影响因素：磨耗层的具具体要求依依赖于交通通条件、环环境因素、、当地的经经验和经济济条件。面面层受到自自然条件(雨水、气温温、日照)和行车荷载载的作用最最频繁,处于压应力力、剪切应应力集中的的区域。性能要求：：包括抗车辙辙性能、抗抗表面开裂裂性能、良良好的抗滑滑性能、缓缓解水雾的的影响并能能减小噪声声等。1.2磨耗层材料料选择磨耗层材料料应选择SMA、密级配混混合料或OGFC等。在一些对抗抗车辙性能能、耐久性性、抗渗性性、抗磨损损性要求高高的地区,可以选择SMA,这在交通量量大且载重重车多的城城市区域尤尤为适用。。在交通量小小且载重车车比例较少少的情况下下,使用密级配配混合料更更为适合。。与SMA一样,它也必须满满足抗车辙辙、抗渗、、抗磨耗及及气候状况况的要求。。OGFC具有优良的的抗滑性能能、排水性性能以及减减少噪声等等优点。可可用于对排排水有特殊殊要求的的的情况。2.HMA中间层材料料设计中间层须同同时具有耐久性、稳稳定性和抗车辙性能能。2.1耐久性提高中间层层沥青混合合料的耐久久性能可以以通过合理理选择材料料和增加骨骨料表层沥沥青膜的厚厚度来实现现。2.2稳定性稳定性可以以从粗骨料料间的骨架架结构及采采用合适的的高等级沥沥青来获得得,这对面层上上部150mm区域是至关关重要的。。因为此区区域是承受受车轮荷载载作用的高高应力区,极易产生剪剪切损坏。长寿命路面面沥青结构构等级确定定2.3抗车辙性能能永久性沥青青路面应力力分析可知知，剪切应应力峰值主主要集中在在中间层，，中间层最最有可能出出现剪切破破坏,因此要求有有较好的抗抗车辙性能能。材料设设计时可采采用改性沥沥青，混合合料采用骨骨架嵌锁结结构。沥青混合料料嵌锁细部部结构2.4结合料要求求中间层沥青青结合料所所要求的高高温等级与与磨耗层一一致,以抵抗车辙辙。由于面层中中温度的梯梯度相当陡陡,并且中间层层温度不可可能像表面面层那样低低,所以中间层层的低温等等级便可放放宽一个等等级。例如如表面层用用的沥青等等级为PG70-28,则中间层可可用PG70-22。2.5集料要求混合料的内内部摩阻力力通过集料料间嵌锁获获得,可采用碎石石和砂砾以以确保形成成集料骨架架,一般选择采采用最大公公称直径较较大的集料料。3.基层材料设设计3.1性能要求路面结构中中,基层层底出出现的拉应应力最大,在弯拉应力力的反复作作用下出现现层底疲劳劳开裂的可可能性也最最大,要求基层具具有很好的的耐久性,优良的抗疲疲劳性能。。3.2抗疲劳设计计HMA基层设计必必须使底面面的弯拉应应变低于材材料的疲劳劳极限。这这样才可预预防或减缓缓路面结构构性破坏。。（1）增加混合合料的柔性性增加沥青含含量有助于于改善混合合料柔性这种高沥沥青含量量的基层层已经应应用于美美国的加加利弗尼尼亚州和和伊利诺诺斯州。。采用改性性沥青也也可以提提高混合合料抵抗抗变形和和抗疲劳劳能力。。沥青含量量（种类类）与路路面疲劳劳寿命关关系疲劳寿命应变无限疲劳寿命低沥青含量高沥青含量（2）增加路路面厚度度为路面结结构设计计一个适适当的厚厚度,让底部的的拉应变变低于积积累破坏坏可能发发生的程程度。压应变拉应变应变疲劳寿命无限疲劳寿命压应变拉应变应变疲劳寿命无限疲劳寿命永久路面面与半刚刚性基层层路面比比较我国所建建高速公公路中90%以上为半刚性性沥青路路面结构构。半刚性基基层路面面特点：：采用半刚刚性基层层结构(结构单一一)；面层厚度度比国外外的薄(总厚度相相当)；路面的破破坏形式式与设计计指标不不一致；；易出现结结构性破破坏，修修复困难难.1.控制指标标半刚性基基层路面面结构设设计时采采用以路表弯沉沉、结构层底底拉应力力为控制指指标。永久性路路面将面面层底面面在荷载载重复作作用下的的拉应变以及路基基顶面的的压应力或或压应变变作为设计计指标2.典型结构构半刚性基基层路面面结构永久性路路面结构构相同面层层结构，，永久路路面沥青青稳定基基层层底底拉应力力在同样样轴载的的作用下下小于半半刚性基基层，且且其随轴轴载的变变化率小小于半刚刚性基层层。永久性沥沥青路面面的沥青青稳定基基层柔性性高，耐耐疲劳能能力强，，即使对对于同样样的层底底拉应力力(变)，其抵抗抗能力都都远远高高于半刚刚性基层层路面。。因此对于于重载较较多和交交通量较较大的道道路．永