长寿命沥青路面结构在油田道路中的应用.doc

1、长寿命沥青路面结构在油田道路中的应用摘要：道路大修不仅会造成交通的拥堵，降低道路使用率，而且增加道路使用者的经济成本，对于油田道路、城市间重要交通干道及市区快速道路而言，更为不利；从寿命周期费用分析的角度来看，也非常不经济。因此，在油田道路建设过程中，迫切需要一种能够提供长久、稳定、高质量服务的现代化道路来解决这一问题。修建长寿命沥青路面就是一种行之有效的方法。 关键词：长寿命沥青 油田道路 结构 中图分类号：U416.217 文献标识码： A 文章编号： 1、长寿命沥青路面的特点 长寿命路面（Perpetual Asphalt Pavement）的概念最早出自欧洲，是基于寿命周期内总费用最经

2、济的原则而提出，之后在美国，长寿命路面得到进一步的完善和发展。其特点是在较长的使用期内能够提供优质、稳定的运输服务，并且维修方便。主要包括： 1.1 总费用 初期修建费用很高，日常养护费用较少，总费用效益比最大，全寿命周期内费用最小。 1.2 设计年限 至少 40 年，美国等地提出的使用寿命为 50 年。 1.3 损坏模式 路面的破坏形式为功能性破坏，从上而下的顺序发展、延伸，破坏只存在于表面层。如表面开裂、表面车辙，不存在结构性破坏。 1.4 养护维修 只需要日常养护，不需要进行结构性大修。 1.5 路面结构 路面的各结构层较厚，不仅基层、垫层要厚，面层也要厚。长寿命沥青路面能有效地减少路面

3、结构性损坏，只需要定期的表面铣刨、罩面修复就能够使路面较长的使用年限内不进行大修，延长路面的使用年限。因此，长寿命沥青路面将有效地解决油田沥青路面早期破坏严重的问题，有利于提高油田道路的使用寿命。 2、长寿命沥青路面的设计理论及设计指标 国外的长寿命路面结构工作者经过研究认为沥青路面结构层出现结构性破坏的原因为： （1）在重复荷载作用下，结构层疲劳开裂所导致的贯穿整个结构层的裂缝； （2）在重复荷载作用下，路基顶面产生不可恢复的压应变所导致的路面结构层永久性变形。 针对这两种导致路面结构性破坏的原因，长寿命路面研究者提出了基于路面破坏理论和力学分析的长寿命路面设计方法和指标。 2.1 疲劳极限

4、 国外的研究认为，对于全厚式沥青结构、柔性基层结构等沥青层较厚的路面结构，其结构性裂缝是由沥青层的疲劳破坏所导致的。因此，为了防止路面结构在设计累计轴载次数内出现破坏，研究学者提出了控制沥青层疲劳极限的设计理念。 疲劳极限就是指沥青混合料存在一个弯拉应变临界点，当路面结构的弯拉应变低于此值时，沥青混合料层底就不会产生疲劳损伤，这个拉应变临界点对应的就是疲劳极限。Monostich 和 Long 建议控制沥青混凝土层底的弯拉应变60。很多学者认为改性沥青混合料的疲劳极限可以提高到 100。日本研究人员西泽认为沥青混合料的疲劳极限应小于 200。若沥青层底的弯拉应变小于该指时，则认为路面结构可以经

5、受设计年限内的轴载作用次数，路面结构使用寿命也将超过设计年限。 因此，在长寿命沥青路面结构设计中，沥青层层底弯拉应变将作为验算指标，验算其是否满足沥青层对疲劳极限的要求。 针对半刚性基层长寿命路面结构，要求在控制沥青层疲劳破坏的同时，还应控制半刚性基层的疲劳破坏。半刚性基层材料脆性较大，对于疲劳破坏，大多属于荷载作用下的短时间断裂破坏，一般以结构层底面或层中最大拉应力作为控制疲劳寿命的临界指标。因此，决定继续沿用现行规范的半刚性基层的层底拉应力指标来控制半刚性基层底面的开裂破坏。 2.2 基顶压应变 通过对国外大量高速公路的车辙状况调查显示，当沥青结构层厚小于 18cm 时，车辙率较大；当沥青

6、层厚大于 18cm 时，车辙速率会迅速降低。对于厚沥青层道路，车辙主要为表面车辙，集中发生在沥青层表面。这种破坏属于表面功能层损坏，可通过进一步改善设计就能保证结构良好。 但是，对于由结构层的永久变形而引起的结构性车辙破坏，主要是通过控制路基土的永久变形直接控制结构性车辙的深度。在结构层设计上，道路研究者建议采用基顶压应变作为控制路面总变形量的设计指标。美国的永久性路面建设路基土垂直压应变应小于 200，若结构层基顶压应变 小于容许压应变 t，则认为在设计年限内路面结构不会出现结构性车辙破坏，会达到长寿命的要求。 3、基于长寿命理念的油田道路的路面材料及结构设计优化 长寿命路面的破坏主要是磨耗

7、层自下而上的功能性破坏。所以，在路面结构设计时，应围绕该目标进行结构层设计，将上面层设计成功能层，将中下面层、基层设计为结构的承重层。 长寿命沥青路面结构由路基、HMA 基层、HMA 中间层和磨耗层四部分组成。 其各层位的功能及材料要求如下： （1）轮载下 100-150mm 区域是高受力区域，也是各种损坏（主要是轮载）的发生区域； （2）面层又称磨耗层，需要 40-75mm 高质量沥青混凝土为车辆提供良好的行驶界面； 其材料要求一般更多的是取决于当地的经验和经济条件，当考虑车辙、耐久性、透水以及磨耗等方面的原因而选择 SMA 时，要尽量降低混合料的现场空隙率，以保证其耐久性。对于中等交通量的

8、道路，一般采用 Super pave 密级配混合料。此时须对混合料进行性能试验，例如车辙试验、抗剪试验等。对采用的胶结料，PG 等级的高温部分应比工程所在地区常用胶结料至少高一个等级，低温部分的采用应保证有 95%-99%的可靠度。 （3）中间层 100-175mm 高模量抗车辙沥青混凝土起到连接和扩散荷载的作用；须兼顾稳定性和耐久性。其稳定性可以通过粗集料间骨料的相互接触（骨架密实型级配）以及高温稳定性好的胶结材料来获得，其设计可按标准 Superpave 方法确定最佳沥青用量，并应进行车辙及水敏感性等性能评价试验。 （4）HMA 基层 75-100mm 高柔性抗疲劳沥青混凝土起到消除疲劳破

9、坏的作用，最大拉应变产生在 HMA 基层底部，该区域最易发生疲劳破坏，所以该层应具备柔性高、抗疲劳能力强、水温定性好等优点；最好采用整体性好的材料，同时要考虑材料的干缩和温缩性能以及良好的抗弯拉疲劳破坏的能力，和一定的抗车辙能力。 （5）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。 因此，在长寿命路面结构设计和材料设计中，都应根据结构验算指标，并结合以上层位要求对结构层和材料进行合理的优化。 4 结论 随着路面设计施工，技术的进步、交通量的增加、轴载的加重和频繁维修带来的养护费用增加，人们越发认识到在重要交通地段修建长寿命路面的必要性。国外大量的实践也说明了修建长寿命路面的可行性和经济性，因此对油田道路建设而言，修建长寿命路面势在必行。 参考文献： 1 张阳，侯相深，马松林等；长寿命半刚性基层沥青路面的计算分析J.哈尔滨工业大学学报2007 年第 04 期.