抗车辙耐久性沥青路面结构组合研究

　　摘要 针对山区长陡坡路段沥青路面常见的车辙病害，采用柔性基层替代常用的半刚性基层优化路面结构设计，并采用基于性能的沥青混合料设计方法—GTM法进行相关性能验证。

　　关键词 长陡坡 柔性基层 结构设计 GTM

　　Abstract: Aiming at the steep mountain road district asphalt pavement common rut disease, using the flexible grassroots substitute commonly used semi-rigid optimizing the structure design, and based on the performance of asphalt mixture design method-GTM method for the related performance test and verify.

　　Key Words: long steep slope flexible grassroots structure design GTM

　　中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：

　　随着国民经济的快速发展，国家政策的大力支持，我国的高速公路事业也得到了迅猛的发展。由于沥青路面具有车舒适度好，施工快，低噪声，养护快捷、费用低等优点，高速公路工程主要以沥青路面为主。然而我国的高速公路建设存在一定程度的地域不平衡性，发达地区公路公路建设日趋完善，而不发达山区，则相对滞后，制约了这些地区的经济发展。鉴于此种形势，中央政府、交通部制定了向山区倾斜的投资政策。由于山区地质条件复杂，长大纵坡较多，给高等级沥青路面的建设及养护增加了难度。大量的路面使用状况调查数据显示，我国高速公路的沥青路面病害大量发生在山区的连续长陡坡上坡路段。其中车辙是危害性最大的病害，其维修难度也是最大。因此，各国均把车辙病害作为沥青路面的首要防治对象。而路面结构型式合理与否是影响沥青路面抗车辙能力的重要因素之一。AASHTO在60年代的研究发现，车辙深度的91%发生在路面本身，对永久变形的贡献率：沥青面层32%;基层14%，底基层45%。路表车辙中只有9%是由于路基沉陷造成。结构层产生的永久变形主要是由材料的侧向移动所引起。因此采用合理的路面结构型式至关重要。

　　1.基层

　　研究表明[1]，对于采用了半刚性基层的路面结构，由于基层模量较高，使得沥青层底弯拉应变、基层顶面压应变和弯沉均较小。但由于其刚度过大，在重载交通作用下，沥青面层的剪应力急剧增加[2],引起车辙、Top-Down开裂等病害。鉴于此，近期许多学者对柔性基层展开了研究，考虑用其代替半刚性基层的可行性并取代了阶段性成果。柔性基层是采用热拌或冷拌沥青混合料、沥青贯人式碎，以及不加任何结合料的粒料类等材料铺筑的基层。研究认为[3]，采用柔性基层的路面剪应力要比半刚性基层小25%左右，而且路面结构的最大剪应力峰值会随着柔性基层模量的减小而减小，因此在长陡坡路段的沥青路面设计，宜优先采用柔性基层。

　　2.面层

　　沥青混合料的高温稳定性的形成机理来源于沥青结合料的高温粘结性和矿料级配的嵌挤作用。但是在高温状态下，即使采用了经过改性的高粘度沥青结合料，仅仅依靠沥青是无法承受车辆荷载强大的水平推挤力和水平剪切作用。在这种情况下，粗细集料和矿粉的级配组成就起到了至关重要的作用。

　　对不同组成的沥青混合料，集料比例是重要的因素。对于密集配沥青混凝土来说，如果集料悬浮在沥青胶浆中，没有形成良好的嵌挤，沥青的胶结作用和高温状态的劲度将成为抵抗荷载作用的主要因素;相反，如果矿质集料相互之间形成了良好的嵌挤，结构体系内骨架结构明显，则高温状态下集料骨架将发挥更大的作用，其高温抗车辙能力较好[4]。

　　对于上面层，有人认为间断级配的沥青混合料高温稳定性优于密集配沥青混合料，但根据SHRP的研究成果，在通常情况下，合理的密级配混合料的高温稳定性要优于间断级配的混合料，只有SMA除外。其实SMA也可以看成是由粗细两部分密级配组成的混合料。

　　通过对车辙路段的调查发现，车辙主要产生于路面的中面层，因此在中下面层应当优先采用粗级配，以提高其高温稳定性和水稳定性。

　　3.路面典型结构组合

　　上面层采用SBS改性沥青AC-13沥青混合料，中面层采用AC-20沥青混合料，基层采用LSAM大粒径沥青混合料柔性基层。大粒径沥青混合料基层具有很强的柔和变形能力，作为应力消散层，可显著减少路面反射裂缝的产生，同时，由于其模量与沥青混凝土面层相近，可以使路面结构受力更均匀。

　　为了对抗车辙耐久性沥青路面进行研究，重庆鹏方采用如下典型结构组合：

表1 路面结构组合

　　上面层采用SBS改性沥青、AC-13级配，掺加3.5‰的纤维。下面层采用AC-20，级配曲线和沥青用量取下限，掺入1%橡胶粉改性。LSAM目标配合比设置为：20～30mm：10～20mm：5～10mm：砂：石灰粉=45：25：21：8：1，最佳沥青含量为3.2%。采用单因素法进行配合比设计，并用旋转压实方法成型，对混合料性能进行验证，各项指标均符合要求。尤其是把车辙实验温度设置为70℃时，各高温性能指标仍能达到规定的标准。

　　4.结语

　　为解决山区长大纵坡路段频发的车辙病害，本文参照长寿命路面路面结构组合原则，并综合最新的研究成果，对耐久性抗车辙沥青路面的结构组合设计进行了探讨。改善了面层和基层的结构，认为密集配沥青混合料面层及柔性基层的组合较适合用于长大纵坡路段的沥青路面。最后对路面典型结构进行了介绍，为我国以后的山区路面结构设计提供了参考。

　　参考文献

　　[1]李峰.长寿命沥青路面设计中的结构组合分析[D].上海：同济大学道路与机场工程系，2004.

　　[2]孙立军.沥青路面结构行为理论[M].北京：人民交通出版社.2005：244-246

　　[3]苏凯,孙立军,王永新等.行车荷载及路面结构对车辙影响的有限元分析.同济大学学报,2007,35(2):189-192