关键词：长寿命沥青路面；结构设计；材料设计；厚度设计
随着社会经济快速发展，我国公路建设项目越来越多，沥青路面质量日益受到关注。设计是沥青路面施工的“排头兵”，是否科学合理，直接关系着沥青路面质量的优劣。为延长沥青路面使用寿命，减少养护维修费用，提出长寿命沥青路面设计。
1 长寿命沥青路面设计的本质与目标
1.1 本质
长寿命路面设计是一种新的路面设计理念。进行设计时，依然采用传统的设计理论，只在沥青层底部的弯拉疲劳应变和路基顶面压应变上做了些许调整。关于长寿命路面设计，各国对其有着不同的说法，但本质上没有区别，都可以将其本质具体表述为：沥青路面的设计使用寿命在50年以上，是一种沥青面厚度较高的柔性路面，在沥青底层开裂、车辙等质量病害防治上有着一定优势。需要定期对路面进行表面铣刨、罩面修复，就可以保证路面在设计的使用寿命期间不需进行大结构性修剪。从某一种程度上看，长寿命沥青路面设计是路面损坏模式的转变，通过长寿命路面设计，使路面损坏模式从原来的“自下而上”转变成为“自上而下”，能有效的消除传统路面存在的质量病害，利于延长并保证沥青路面使用寿命。
1.2 目标
根据以往沥青路面工程实践表明，长寿命沥青路面设计的目标主要在于三个方面：一是路面表层发生路面破坏，可以快速修复；二是不允许出现结构性破坏，如结构性损坏裂缝等；三是通过定期路面养护、修复、更换等方式，可以延长路面使用寿命，基本超过50年。
2 长寿命沥青路面设计的有关探讨
长寿命沥青路面经过实践应用以及大量研究，发现其可以有效防治传统路面的裂缝、车辙等质量，能延长并保证路面使用寿命，值得在我国大范围推广。为了做好长寿命沥青路面设计工作，作者从路面结构、结构层材料、路面厚度等方面进行分析。
2.1 长寿命沥青路面结构设计
长寿命沥青路面设计，其理论基础是力学。从力学角度看，控制好沥青底层弯拉疲劳应力，保证底层不发生弯拉疲劳开裂问题是长寿命沥青路面设计的一项重要内容。为了做到这一点，采取的力学方法是准确确定荷载作用下路面结构层的应力及应变相应，以便有效控制沥青底层弯拉疲劳应的数值。从长寿命沥青路面概念出现后，美国在这方面取得了一定成效。美国道路科研院研制出了一种基于力学的设计指南，未来可能被ASHTO所用。这一种设计指南，由Monismith提出，基本流程如图1所示。从图1可以看出来，道路路面结构受材料、交通、环境及服务性能等各个方面的影响，进行路面结构设计时要充分考虑以上因素。
目前，沥青路面的疲劳方程主要采用沥青底层弯拉应变和基顶压应变，通过这两个指标去估算沥青路面结构的使用寿命。这两个指标主要在于防治疲劳损坏上有着重要作用。沥青底层弯拉应变，能有效防治沥青底层出现疲劳破坏，是保证沥青底层使用寿命不少于路面使用寿命的基本条件。众所周知，沥青混凝土层的使用寿命受拉应变控制，通过拉应变可以了解沥青混凝土层的疲劳特性。因此，估算沥青混凝土路面使用寿命时，可以借助沥青底层弯拉应变和基顶压应变两个指标，从而获得较高的路面结构寿命。
2.2 长寿命沥青路面结构层材料设计
沥青路面材料是实现沥青路面结构性能和保证沥青路面使用寿命的关键，应根据沥青路面结构功能进行结构层材料设计，对结构层材料提出相应指标要求，以保证材料设计符合路面工程质量要求。
结合长寿命路面目标和以往工程经验，确定沥青路面结构层材料指标要求，具体是：磨耗层，具备抗老化、抗车辙、防治温度裂缝等性能，可以采用OGFC混合料、密级配混合料等；中间层，具备抗车辙，荷载传递、分散等功能，以及良好的耐久性、稳定性等性能。为保证中间层的耐久性，必须根据沥青路面设计要求选择适用的材料、骨料，或者适当增加中间层厚度。稳定性是衡量车沥青路面结构质量与使用寿命的主要标准之一，为了确保沥青路面中间层有良好的稳定性，可以配置高等级沥青，严格设计骨架结构；底层，具备抗层底弯拉应变性能，可以采用HMA基层材料。进行HMA基层材料设计时，要求底层的弯拉应变必须低于材料的疲劳极限，有助于减缓路面损坏进程，延长路面使用寿命。
在沥青路面使用中，车辙是一个比较严重的质量病害，为了有效防治这一质量问题，必须严格抗车辙材料设计，建议使用改性沥青或塑料隔栅。同时还要考虑沥青混凝土的离析现象。
2.3 长寿命沥青路面厚度设计
在长寿命沥青路面厚度计算上，可以采用荷载作用下应变的力学工具和相应方法，计算思路同传统一样，基本没有变化。长寿命沥青路面厚度计算步骤如下：
第一，首先根据沥青路面结构设计要求确定路面结构组合，以及各层厚度，具体包括底层、中间层、磨耗层。
第二，确定设计参数，具体有材料参数、路基顶面的竖向压应变等。
第三，结合相关参数及方法，计算设计荷载作用下的结构层应力、应变等情况。在计算结果符合设计要求的条件下确定厚度。若不符合，重新调整厚度，使之符合设计标准和指标要求。
在沥青层厚度计算上，TRRL提出了诺谟图，即根据沥青层的粘度和类型去调整沥青层厚度。根据TRRL研究显示，当沥青路面承受的标准轴载作用次数超过了八千次以上，额外厚度是无用的。根据这一结果，表示沥青混凝土层的厚度无需过大，只需要满足设计标准即可。
3 结束语
综上所述，长寿命沥青路面设计是一种新的公路路面设计理念和方式，其可以有效的延长公路路面使用寿命，降低公路养护维修费用。虽然同传统公路路面工程相比，长寿命沥青路面的工程造价高一些，但是从长远规划角度看，其符合我国国情和公路事业建设需求。因此，长寿命沥青路面值得在未来公路建设推广与应用，但需遵循经济适用、因地制宜原则，充分考虑地质、水分、气候等条件，科学合理进行公路沥青路面的设计工作，以保证公路路面使用寿命。
参考文献
[1]陈艳琼.长寿命沥青路面设计探讨[J].福建建材，2013（10）.
[2]满冠峰.某公路长寿命沥青路面设计分析[J].山西建筑，2014（34）.
关键词：城市道路；沥青混凝土；面层厚度；设计与施工
Abstract: The asphalt concrete pavement thickness design should be based on the characteristics of the asphalt pavement, master the performance of construction materials. Layer thickness design is first to do the structural design of the road, and calculate the surface layer thickness of a good road and pavement layer tensile stress checking. During the construction, the paper briefly discusses the application of a double layer asphalt paving technology.Key words: urban road; asphalt concrete; the thickness of the surface layer; design and construction
中图分类号：U416.217 文献标识码：A
高速公路的沥青面层厚度在15-18cm之间较为合适，究竟多厚最佳，还需要进一步的理论研究和试验。柔性基层路面在我国还处于探索阶段，可以预见随着社会经济的发展，柔性基层沥青路面将成为我国一种重要的路面结构形式。相关研究认为，面层厚度的变化引起面层层底的拉应变的变化率是基层的2.3倍，面层厚度对面层底的拉应力更敏感，而面层层底的拉应变直接控制疲劳开裂，因而对柔性基层路面面层厚度的研究具有重要的现实意义。本文主要就城市道路沥青混凝土面层厚度的设计与施工谈一些粗浅观点。
一、沥青路面特点及面层施工材料要求沥青路面是采用沥青材料作结合料，粘结矿料或混合料修筑面层的路面结构。沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料作结合料，不仅增强了矿料颗粒间的粘结力、而且提高了路面的技术品质[1]，使路面具有平整、耐磨、不扬尘、不透水、耐久等特点。由于沥青材料具有弹性、粘性、塑性，在汽车通过时，震动小、噪音低、略有弹性、平稳舒适，是高级公路的主要面层。
沥青路面所用沥青的标号，应根据地区气候条件、施工季节气候、路面类型、施工方法和矿料性质尺寸等因素选用。所选用的沥青应满足道路用沥青技术标准。
矿料：沥青所用的矿料有粗集料（碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣）、细集料（天然砂、机制砂、石屑）、填料等
粗集料：沥青路面所用粗集料应洁净、干燥、无风化，而且应具有足够的强度和耐磨性以及良好的颗粒形状。粗集料的规格应满足技术标准要求。粗集料主要有碎石、轧制砾石及筛选砾石。碎石及轧制砾石是由天然石料（砾石）轧制并经筛选而得，有严格的质量要求，一般应用于交通量较的高等级路面；筛选砾石是由天然砾石筛选而得，仅适用于交通量较小的路面下层、基层或连接层的沥青混合料中使用，不宜用于防滑面层。 细集料：细集料是指粒径小于5mm的天然砂、人工砂、石屑。细集料均要求坚硬、清洁、干燥、无风化、不含杂质，并且具有适当的级配。
填料：填料一般采用石灰岩、岩浆岩或白云岩等中强基性岩石等增水性石料经磨细而得到的矿粉。矿粉应干燥、洁净、无团粒，
石灰、水泥、粉煤灰也可作为填料的一部分使用（其用量不宜超过矿料总量的2%）。但应经实验确定其属于碱性，与沥青有良好的粘结力 二、沥青路面结构设计
结构设计的一般原则
(1)因地制宜，合理选材(2)方便施工，利于养护(3)分期修建，逐步提高(4)整体考虑，综合设计(5)考虑气候因素和水温状况的影响
2．沥青路面结构组合设计
（1）根据各结构层功能组合 （2）强度组合 （3）合理的层问组合 （4）考虑自然水温条件的不利影响 （5）适当的层数和厚度
3．根据各结构层功能组合
柔性路面常用断面
4．强度组合
路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合。规范要求基层同面层之间的模量比不应小于0.35土基与基层的模量比应在0.08~0.40的范围内。
5．合理的层间组合
各结构层材料具有不同的特性，在组合时，应注意相邻层次的互相影响，采取措施限制或消除所产生的不利影响。层间结合应尽量紧密，避免产生层间滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。
考虑自然水温条件的不利影响
6．适当的层数和厚度
沥青路面通常为多层结构，为了便于施工，路面结构层的层数不宜过多。
路面结构类型的设计
路面结构也是影响裂缝的关键因素之一，例如采用15 cm厚和10 cm厚沥青混凝土分别与40 cm粒料基层结构的道路，前者裂缝相对较少。这主要是因为较厚的沥青面层在结构上强度较大，在温度拉应力作用下不易产生开裂。沥青混凝土应尽量用骨架空隙结构或骨架密实结构，当路面的结构类型相同时，砂土路基则比黏土路基产生的收缩裂缝多。在上列因素中，国内外的试验研究资料都表明，所用沥青类型、性质和用量是影响路面裂缝的最主要因素。
三、新建路面的结构层厚度计算
1．基本原则和有关规定
为了使多层次的沥青路面结构设计与计算更符合实际情况,目前我国的沥青路面设计规范采用多指标控制路面结构设计,同时把路面的结构组合、厚度计算甜可科组成设计统筹考虑,并采用多层弹性体系理论计算路面结构层厚度,对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力验算。我国现行规范采用完全连续体系为层间接触条件。
路面厚度计算步骤
（1）确定单车道累计当量轴次Ne。
对选定的结构组合，拟定某一层位作为设计层层位。在拟定的路面结构中，先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。一般当采用半刚性基层、底基层结构时，可选任一层作为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度。此时若求得基层厚度过厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层[3]，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。 （2）确定设计弯沉值Ld。确定路面材料设计参数。在初步设计阶段应选用沿线材料和外购材料进行配合比设计。在选定配合比的基础上，按有关规程的规定实测材料设计参数，并论证地确定各层材料(沥青混合料在15°C、20°C时)的抗压回弹模量E1和劈裂强度σPS、抗拉强度结构系数Ks、容许拉应力σR。 （3）确定土基的回弹模量Eo。根据某车道累计轴次Ne、设计弯沉值Ld、各结构层的回弹模量E1与劈裂强度σPS、土基回弹模量E0、已知结构层的厚度hi等利用专用设计程序即可求得某一结构层的厚度[4]。
路面结构层拉应力验算步骤
(l)确定路面材料设计参数确定各结构层的劈裂强度σPS、容许拉应力σR，路面设计弯沉值Ld。(2)确定系数确定公路等级系数、面层类型系数、基层类型系数、路面设计年限、车道横向分配系数、交通量年增长率。(3)确定当量轴次当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，应确定相应的路面竣工后第一年的日当量轴次、设计年限内一个车道上的累计当量轴次；当进行半刚性基层层底拉应力验算时应确定出相对应的路面竣工后第一年的日当量轴次、设计年限内—个车道上的累计当量轴次[5]。(4)根据以上的计算参数利用专用设计程序即可完成层底拉应力验算。
四、面层施工
1．铺筑试验路段
高等级公路在施工前应铺筑试验段,铺筑试验段是不可缺少的步骤, 其它等级公路在缺乏施工经验或初次使用重大设备时,也应铺筑试验段。试验段的长度应根据试验目的确定,宜为100~200m,试验段宜在直线段上铺筑[6]。如在其它道路上铺筑时,路面结构等条件应相同。路面各层的试验可安排在不同的试验段。
要通过铺筑试验确定以下内容：
透层沥青的标号与用量、喷洒方式和温度；摊铺机的摊铺温度、速度、摊宽度、自动找平方式等操作工艺；压路机的压实顺序、碾压温度和速度及碾压遍数等压实工艺；确定松铺系数、接缝方法等；验证沥青混合料配合比设计结果,提出生产用的矿料配比和沥青用量；建立用钻孔法及核子密度仪法测定密实度的对比关系，确定粗粒式沥青混凝土或沥青碎石面层的压实标准密度；确定施工产量及作业段的长度,制订施工进度计划；全面检查材料及施工质量；确定施工组织及管理体系、人员、通讯联络及指挥方式[7]。在试验段的铺筑过程中,施工单位应认真做好记录分析,监理工程师或工程质量监督部门应监督、检查试验段的施工质量,及时与施工单位商定有关结果。
2．双层沥青摊铺
双层沥青摊铺技术是瑞典戴纳派克压实与摊铺设备有限公司推出的一项世界领先的全新工艺，其工作原理是将沥青粘接层和磨耗层同时摊铺完成，即“热＋热”摊铺工艺。这种技术的产生是摊铺设备行业的一项革命性创新，改变了传统摊铺工艺在道路施工时逐层摊铺压实的方法。
双层沥青摊铺要使用专门的双层沥青混凝土摊铺机，用两套拌合设备、运输设备把两种沥青混合料输送到摊铺机，把不同配合比、不同厚度的两层沥青混合料一次摊铺完成，然后使用一套压实设备一起碾压成型。这种施工工艺中，下面摊铺层的预压实由带压实功能的熨平板完成，两层摊铺可以共用一套运输、压实设备。
使用专门的双层摊铺机施工，简化了两套摊铺机相互干扰，能够有效避免上层摊铺施工机械对下层的影响；能够获得更好的平整度和层间粘结效果。
也可使用两台普通摊铺机，由两套运输设备分别给两台摊铺机供料，依次摊铺两层混合料，用一套压实机械将两层沥青混合料共同碾压成型。注意必须保证两层的铺筑作业紧密衔接，实现"热接热"的摊铺施工。第一层摊铺的预压实一般由配备高压实性能熨平板的摊铺机完成，预压实压实度90%以上，需要转运车配合。
传统的沥青路面铺筑方式薇单层铺筑、单层碾压成型。双层摊铺较之传统铺筑方式提高了沥青面层的层间粘结效果，抗剪度可提高60%；可减少油石比1%至2%，节省工程成本；解决了传统分层摊铺层间易污染问题，还可优化路面结构，使路面结构更合理。可有效提高公路使用寿命，而且不需要喷洒粘层油，更节能环保，节约材料和施工时间。
双层摊铺技术的引进对中国筑路行业必将产生深刻的影响，该技术是一项致力于在施工阶段全面提高质量并降低成本的新方法，不但可以提高施工效率并可以将公路使用寿命提高5～10年左右，是一项在未来几年内最值得推广的路面施工新技术。
参考文献
[1]黄芳.半柔性复合路面结构设计理论与方法研究[D].重庆交通大学,2008.
[2]蒙志军.浅析沥青路面养护技术[J].硅谷,2009,(3):89,106.
[3]李健.复合式基层沥青路面结构分析与研究[D].长沙理工大学,2009.
[4]黄宗贵.混凝土沥青路面施工技术探讨[J].黑龙江科技信息,2010,(23):319-320.
[5]高润宝.浅析沥青路面施工[J].黑龙江科技信息,2009,(36):402.
[6]代中利,张俊新.浅谈高速公路沥青路面的质量控制[J].黑龙江交通科技,2010,33(4):62-63.
关键词： 高速公路沥青路面；混合料设计；级配理论；路用性能评价
中图分类号：TU535文献标识码： A 文章编号：
1 沥青路面使用现状
1.1 发展概况
我国的高速公路建设起步于 20 世纪 80 年代中叶，1988 年 10 月底上海至嘉定高速公路的建成通车，实现了我国大陆高速公路零的突破。自90年代初标志着中国高速公路开始腾飞的标志：京津塘高速公路的建成，到如今“五纵七横”路网全部建成，国家对公路投资和建设可谓不遗余力，高度重视。2005 年 1 月，国务院正式通过《国家高速公路网规划》，表示用 30 年时间建成中国的“7918”高速网络，总规模大约为 8.5 万公里。高速公路已经不但成为各地一道亮丽的风景线，而且已成为推动我国经济健康发展、持续增长的重要产业之一。
1.2损坏类型及成因
高等级沥青路面常见的破坏现象有裂缝、车辙、松散、剥落和表面磨光等。
(1) 裂缝
沥青路面出现的裂缝，按其成因不同分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种类型。裂缝是高等级公路沥青路面最主要的破坏形式。
(2) 车辙
车辙是渠化交通引起的沥青路面损坏类型之一。车辙一般是在温度较高的季节，车辆反复碾压下产生塑性流动而逐渐形成的。应指出的是，对于半刚性基层沥青路面，由于半刚性基层具有较大的刚度，路面的永久变形主要发生在沥青面层中。因此主要应从提高沥青面层材料的高温稳定性着手防治车辙。
(3) 松散剥落
产生松散剥落的原因主要是由于沥青与矿料之间的粘附性较差，在水或者冰冻作用下，沥青从矿料表面剥离所致。产生松散剥落的另一中可能性是由于施工中混合料加热温度过高，致使沥青老化失去黏性。
(4) 表面磨光
沥青路面在使用过程中，在车轮反复滚动摩擦的作用下，集料表面被逐渐磨光，有时还伴有沥青不断上翻，从而导致；表面磨光的内在因素是集料质地软弱，缺少棱角，或矿料级配不当，粗集料尺寸偏小，细料偏多，或沥青用量偏多等。
1.3路用性能
1.3.1高温稳定性
沥青混合料的高温稳定性一般指沥青路面在高温条件下受荷载作用抵抗永久变形的能力。沥青混合料的强度与刚度随温度升高而显著下降，在高温季节行车荷载的反复作用下，路面产生诸如车辙、波浪、推移、拥包以及泛油等病害。沥青混合料的高温性能受到许多因素诸如材料、设计、施工、气候及荷载等的影响。沥青路面的车辙不仅影响行车的舒适性和快速性，影响行车安全，而且产生车辙的路面维修养护特别困难，因此沥青路面必须具有良好的高温稳定性。
1.3.2 低温抗裂性
裂缝是路面的主要破坏形式。由于沥青路面在高温时变形能力较强，而低温时变形能力差，故不论哪种裂缝，以在低温时发生的居多。从低温抗裂性的要求出发，沥青路面在低温时，应具有较低的劲度和较大的抗变形能力，而且在行车荷载和其他因素的反复作用下不致产生疲劳开裂。
1.3.3 耐久性
沥青路面应具有抵抗温度、阳光、空气、水等各种气候因素作用的能力，即在这些因素的作用下，沥青路面的性质不致很快恶化——失去黏性、弹性、性质变脆，以致在行车荷载和其他因素的作用下发生碎裂，乃至沥青与矿料脱离，导致路面松散破坏。
1.3.4 水稳定性
水损害是沥青路面的常见病害。所谓水损害是指沥青路面在水或动融循环的作用下，在行车荷载的作用下，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从石料表面脱落（剥离），沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等的损坏现象。
1.3.5 抗滑能力
现代交通车速不断提高，对路面的抗滑能力也提出更高的要求。沥青路面应具有足够的抗滑能力，以保证在最不利情况下（如路面潮湿等）车辆能够高速安全行驶，而且在外界因素作用下其抗滑能力不致很快降低。
2 沥青混合料组成结构理论及沥青混合料的结构特性
2.1 表面理论
表面理论主要是采用库仑的内摩擦理论来分析沥青混合料，其强度由两部分组成：一部分是矿质骨架的强度，表现为颗粒间的摩阻力；另一部分是沥青的胶结强度，表现为沥青与集料间的粘结力和沥青本身的粘聚力。在这两部分力中，摩阻力占优。因此，主要是从改善集料的骨架来改善沥青混合料的路用性能。但是，采用库仑理论分析问题的前提是将沥青混合料视为剪切破坏前为不变的刚塑体，而实际沥青混凝土在大量行车荷载重复作用下发生一次性大变形破坏的可能性非常小，主要是累积变形而破坏，所以表面理论主要适用于沥青混合料温度较高时评价高温稳定性情况。
2.2胶浆理论
胶浆理论认为沥青混合料是一种多级空间网状结构的分散系。第一级粗分散系，是以粗集料为分散相分散在沥青砂浆的介质中；第二级细分散系，是以细集料为分散相分散在沥青胶浆中；第三级微分散系，是以填料为分散相分散在高稠度的沥青介质中。
3 沥青混合料设计
3.1 目前沥青混合料的设计方法
沥青混合料的配合比设计主要包括两个部分，一部分为集料级配组成设计，一部分为沥青用量设计。目前沥青沥青混合料设计方法主要有马歇尔、Superpave、GTM等.
3.2 级配设计理论
目前，传统的两种级配组成理论是最大密度曲线理论和粒子干涉理论。
最大密度曲线理论由W·B·富勒提出，其计算式如下：
（4.1）
式中：P—集料在筛孔尺寸d上的通过百分率，%；
d--筛孔尺寸，mm；
--集料的最大粒径，mm。
A·N·泰波对其进行了修正，并给出了级配曲线范围的公式，公式如下：
（4.2）
式中：，，--意义同上；
Abstract: Based on "Road Flexible Pavement Design Standard", the paper analyses the reliability theory and elaborates its application on road pavement engineering. The author gives the analysis on the reliability of asphalt pavement structure and raises the probability design method for asphalt pavement.
关键词:沥青路面结构;可靠性;设计方法;研究
Key words: asphalt pavement;reliability;designing method;reasearch
中图分类号:U416 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)18-0064-02
0引言
传统的柔性路面设计方法中的一些主要计算参数,如交通量、土基、结构层材料强度及模量、厚度等都是定值,由此计算得到的路面结构其输出指标如弯沉、厚度及使用寿命等也是定值。但事实上,路面结构的设计参数中大部分是随机变量。
为使柔性路面设计方法更合理、更科学、更可靠,有必要在设计方法中引入统计概念及概率概念,并能够充分考虑各设计参数的变异性或不确定性对设计结果的影响,并且可以按变异性水平和可靠性水平来设计不同等级的路面结构。
1可靠性理论及其在路面工程中的应用
1.1 可靠性分析中的蒙特卡洛模拟法可靠性分析方法实际上是一种概率分析方法。概率分析方法有许多种,如蒙特卡洛模拟法、变量变换法、网格法等。最为有效和广为所知的方法是蒙特卡洛模拟法。下面介绍利用舍选法产生随机变量x的理论样本。如果密度函数用解析或数值这两种形式的任一种表示,则可以用舍选法得到一个理论样本。舍选法的步骤如下:先求得f(x)的最大值a,然后再由(0,1)之间的均匀分布产生两个随机数,记为r1和r2,x的取值为:x=r1(u-l)+l,其中u和l是上下界值,如果r2≤f(x)/a则接受这个x的试验值,否则就舍弃它并重新做。
应用舍选法,一个很重要的问题是成功地取得一个之前所需要进行的平均试验次数(即在一次模拟试验中进行舍弃的期望次数),为此,写出以下的概率表达式:p(x在dx内发生的无穷小事件和被接受)。因此,为了得到一个可接受的值,平均需进行a(u-l)次试取。
由此可知,蒙特卡洛法也是一种抽样技术,因而也存在着抽样理论中同样的问题,即其结果也受到抽样误差的约束。所以,为了得到高精度的结果,模拟次数必须足够多。由于蒙特卡洛法算法简单,因此它是沥青路面的可靠性分析的有力工具。
1.2 沥青路面可靠性分析中的极限状态函数由沥青路面结构可靠度的定义可知,在路面可靠性分析中,涉及到两个随机变量,即路面结构预定完成的功能和实际完成的功能,当用不同的指标来反映这两个随机变量时,就有不同的极限状态函数。下面是主要的极限状态函数形式:极限状态函数为g=N-n。其中:N为路面的疲劳寿命;n为预估轴载重复作用次数;可靠度R=P(g>0)=p(N>n)。
2沥青路面参数的概率统计分析
沥青路面设计中包括三种类型的变异:①设计路段长度内的变异;②设计时采用的值和路面结构中的实际值之间的变异;③由于设计模型与实际不符而产生的变异。
影响沥青路面性能的因素非常多,其中大多数为不确定型的变量。变量之间的关系非常复杂,可能相关,也可能不相关。由于以上原因,必须要对参数进行拟合良好性检验。参数的拟合良好性检验方法有拟合度的卡方检验和拟合度的柯尔莫哥洛夫检验。
3现行沥青路面设计方法的可靠性分析
3.1 以弯沉为控制指标的沥青路面设计方法的可靠性分析路面的功能函数,即路面的极限状态方程定义为:g=N-n。其中:N路面的疲劳寿命,n预估轴载重复作用次数,其可靠度R=P(g>0)=P(N>n),式中:ls为路表实际弯沉;lR为路表容许回弹弯沉。可见,采用lR-ls和N-n两种功能函数是没有差别的。
在沥青路面的可靠性分析中,弯沉的解析解是关于路面结构层模量、结构层厚度等参数的极为复杂的隐函数。
为了对柔性路面进行可靠性分析,采用标准FORTRAN语言编制了计算机程序RELF1,该程序采用了概率分析中的蒙特卡洛模拟法,在每次模拟中,利用计算弯沉的简化公式来求三层体系路面结构双圆荷载轮隙中心点的弯沉值以及路面结构的疲劳寿命。
3.2 以基层底面弯拉应力为控制指标的沥青路面设计方法可靠性分析以基层底面弯拉应力为控制指标时疲劳方程为:
沥青路面可靠性分析中,采用的极限状态方程为g=N-n
其中:n为预估轴载重复作用次数;N为疲劳寿命。
可靠度R=P(g>0)=P(N>n),因为可靠度R=P(N>n)=P(σR>σS)。其中σS为基层底面的实际弯拉应力。所以,采用N-n和σR-σS两极限状态函数是一样的经过计算,疲劳寿命变异性对各参数变异性的敏感程度从大到小的顺序依次为:h2、P、h1、E2、E3、E1。
4我省沥青路面结构可靠性设计方法
4.1 目标可靠度的确定路面的目标可靠度是进行路面设计时作为设计依据的可靠性指标,它表示设计预期达到的结构可靠度。
由于软土地基分布较广,土基回弹模量的变异系数范围较大,并且降雨量大,雨季较长,经常出现水毁、冲刷、滑坡等道路病害。夏季气温较高,路面易产生拥包、车辙,这些因素严重地影响了道路的使用性能,降低了路面的可靠度水平。但江苏的经济发展非常快,地理位置至关重要,是我国南北贯通的枢纽,所以急需建设一批高等级的公路来满足这些要求。
4.2 沥青路面的可靠性设计方法及程序沥青路面的可靠性设计方法是以现行的双圆均布荷载作用下的弹性层状体系为基础的。
①根据道路等级和施工管理水平在推荐的可靠度水平范围内确定目标可靠度R0,施工管理水平高时,取高值,反之,则取低值。②根据设计路面所在地区的路面参数概率统计分析结果,确定路面结构随机变量的均值、变异系数及其概率分布形式。③根据交通量调查结果、沿线经济发展状况及道路等级确定累计轴载作用次数的均值及变异系数。④确定极限状态方程的形式。⑤初步拟定路面结构。⑥利用蒙特卡洛模拟法计算该路面结构的系统可靠度R。⑦若R≥R0且(ε为设计容许的误差),则该路面结构满足设计要求。⑧若R
5本研究得到的主要结论有
①采用了g=N-n作为沥青路面可靠度研究的极限状态函数;②采用蒙特卡洛法作为沥青路面可靠性研究中概率分析方法,大大缩短了蒙特卡洛模拟法的运算时间,为沥青路面可靠性研究提供了极大的方便;③利用所收集到的数据进行统计分析,得到了沥青路面各设计参数的合理的概率分布形式,以及变异系数的范围;④编制了沥青路面的可靠性分析和设计程序。
参考文献:
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关键词：水损害，作用机理，评价方法，防治措施
Abstract: At present, the problem of water damage of asphalt pavement is still very serious. By reading lots of literature and information, I give some comprehensive analysis of the water damage problem from water damage of asphalt pavement mechanism, evaluation method, etc, and I put forward many effective prevention measures. Hope to be able to effectively reduce surface water damage phenomenon, to reduce the economic loss.
Key words: water damage, mechanism, evaluation method, prevention measures
中图分类号：U416.217文献标识码： A 文章编号：
1 沥青路面水损害作用机理
1.1 水作用机理
沥青路面的水损害与软化和剥落两种过程有关。雨水通过路表面渗入到路面结构中的水，一部分水进入沥青中，减小了沥青的粘附性，一部分水能进入到沥青薄膜和集料之间，严重影响了沥青和集料的相互粘结。由于集料颗粒表面对水的吸附力要比对沥青的吸附力更强，这样就容易导致集料表面的沥青剥落。
1.2 沥青混合料的粘附理论
沥青与集料的粘附性可以从以下几种理论予以解释。
（1）机械粘附理论 该理论认为沥青与集料之间的粘附性主要由其间分子力的作用。
（2）化学反应理论 该理论认为沥青中的酸性成分与集料表面碱性活性成分会发生反应，从而使碱性集料与沥青的粘附性较好。
（3）表面能理论 该理论认为沥青与集料之间的粘附性是由于沥青润湿集料表面而形成的。
（4）极性理论 该理论认为表面活性物质的分子是由极性基和非极性基组成的不对称结，极性基带有偶极矩，故能表现出力场。
（5）表面构造理论 该理论认为一种指定的沥青在一种指定的平的、 干净的、 均匀的集料理想表面上，其平衡接触角应为定值。
2 水损害的评价方法
一类评价沥青路面水稳定性的方法是用沥青裹覆标准集料，在未经压实的松散状态下浸于水中 （常温或沸水）， 一段时间后，观察沥青从集料上剥离的程度，并据此作为判定混合料水稳定性的依据。评价方法主要有水煮法、浸水法和光电分光度法。另一类评价方法是将沥青混合料试件或芯样置一定水侵蚀环境条件下，用特定的物理力学指标的变化来体现沥青混合料的水稳定性。这类方法主要有马歇尔试验、劈裂试验以及洛特曼方法。每种试验的方法按沥青路面试验规程进行试验。
3 水损害防治措施
3.1材料的选择及级配类型的确定
集料的选择、沥青的选择应严格按照沥青路面设计规范的要求进行选择；沙庆林院士建议：对中、下面层使用的沥青其粘附性能不小于 4 级，而对于表面层不小于 5 级。
3.1.3 抗剥落剂的选择
（1）石灰、水泥 原理是使用钙 、镁含量很高的碱性材料来预处理集料表面，使其碱性化或者在沥青中掺人一定剂量的这类碱性材料。
（2）有机类抗剥落剂 此类抗剥落剂主要包括金属皂 、季胺盐 、聚胺类抗剥落剂，主要用来处治沥青。
3.1.4 沥青混凝土配合比设计
沥青混凝土配合比设计中空隙率和标准密度的准确确定是防治水损害的重中之重。新修订的公路沥青路面施工技术规范 (JTGF40)对设计空隙率调整为一般情况为3%一5%，对重载交通是4%一6%。
3.2 完善路面结构排水设计
在路面结构设计中完善排水系统，主要包括路表排水、中央分隔带排水、路面结构层内部排水及边缘排水。具体的设计要求可以参照路基路面工程中的路基路面排水设计的相关要求。
3.3 施工管理与施工控制
3.3.1施工机械与管理
沥青混合料生产过程中要进行实时监控，尽可能配备计算机自动采集及自动打印数据装置。
3.3.2 施工工艺控制
（1）控制压实，确保空隙率达到设计要求
在国际上通用的压实标准有3个：一是实验室马歇尔密度的96%；二是实测最大理论相对密度的92%；三是试验路钻孔密度的99%。
（2）重视混合料离析问题
可从以下几个方面着手：①加强集料的生产管理，尽量使用合格的变异性小的清洁均质集料。②严格控制拌和厂的加热温度和混合料的出厂温度，以确保混合料的摊铺温度。③合理安排施工时间。④控制摊铺速度，确保慢速、均匀、不间断地摊铺。
（3）透层油、封层油不能忽略
封层油主要目的为封闭表面空隙、防止水分浸入面层或基层；而透层油目的
是为使沥青面层与非沥青材料基层结合良好。
（4）施工接缝正确处理
一般应用直茬热接，要求紧密、平整，无接缝痕迹。横向接缝，宜采用直接缝法。纵向接缝均应采用热接缝，并应连续平行。
3.3.3养护管理
沥青路面水损坏应对措施以防为主，防治结合。
4 结语
本文通过对沥青路面水损害的原理及水损害的评价试验方法分析得出了减少沥青路面水损害的一些方法，对沥青路面的使用性能提高有一定的指导作用。
作者简介：李欢（1989-），女，山东德州人，长安大学公路学院硕士研究生，道路与铁道工程专业。
彭华（1987-），男，四川内江人，长安大学公路学院硕士研究生，道路与铁道工程专业。
参考文献
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关键词：沥青路面设计；缺陷；分析
中图分类号：U416.217文献标识码： A
1前言
随着经济持续高速的发展，国家对基础设施建设的投入也在不断增加。作为基础设施主体的公路，绝大部分为沥青路面。随着交通量不断加大和重载车辆不断增多，一些沥青路面在正式开放交通后不久就出现了车辙、裂缝、坑槽等不同程度的早期损害，这不仅影响了行车的安全性和舒适性，同时也将造成巨大的经济损失。从已建成的高级沥青路面的使用情况来看，现行设计方法仍然存在许多问题。现阶段路面结构设计指标对路面结构破坏所主要讨论集中在指标方面与设计方法的思想都以层底拉应力大小、路表弯沉值作为主要设计指标，显然这已经不能满足不断发展的交通工程对沥青路面提出的要求了。
2国内外沥青路面设计方法分析
沥青路面设计的首要任务是根据路面使用要求以及水文、气候、地质等自然条件，结合当地的实践经验，设计合理经济的路面结构以使之能够承受交通荷载和环境因素的影响，在预定的使用年限内满足耐久性、承载能力、安全性和舒适性的要求。以沥青路面设计理论与方法的研究已有上百年的历史，设计理念的发展自经验法到力学―经验法，最终向基于性能的设计方法转变。
2.1经验法
经验法主要通过对使用道路或试验路的实测观察，建立荷载（轴载作用次数和轴载大小）、路面结构（结构层组合、厚度以及相应的材料性质）和路面使用性能三者间的经验关系。最为常用的经验设计方法有AASHTO经验法和CBR（加州承载比）法。其中AASHO经验法提出了轴载换算的概念和相应的换算公式，该方法综合考虑了排水条件和路面结构可靠度的影响，这些思想对后来各国的路面设计都产生了相当大的影响。
2.2力学―经验法
力学―经验法利用在路面性能（各种结构损坏模式）与力学响应之间建立的路用性能模型，按设计要求进行路面结构设计。自20世纪60年代初，各国研究人员致力于探索和实施沥青路面的力学―经验设计法，著名的有Shell（壳牌）法和AI法。其中Shell法通过分析路面破坏状态提出设计标准，建立力学模型并进行力学计算，通过试验获取路面材料参数，从而得出一种完善的设计体系。
2.3基于性能的设计方法(SUPERPAVE)
基于性能的设计方法(SUPERPAVE)的指导思想主要是按照路面的使用性能进行路面结构设计和材料选择，以使路面满足高温稳定性、抗低温性能、抗疲劳性能的要求，同时考虑了水损坏、粘附性损失以及沥青胶结料老化的影响。SUPERPAVE采用旋转压实模拟现场压路机施工，其路面设计模型由环境影响模型、材料性能模型、路面反应模型以及损坏模型4个基本部分组成。
2.4我国沥青路面设计方法
我国沥青路面设计方法是力学―经验法。设计过程中采用的路面模型借鉴了SHELL的理论设计法，将路面视为多层弹性体系。材料特性以泊松比和弹性模量表征，土基的回弹模量则根据查表法、现场实测法、换算法或室内试验的方法求得。各层材料的劈裂模量和抗压回弹模量采用圆柱体试件测定。计算路面弯沉指标时，沥青混合料用20℃时的抗压回弹模量；计算层底拉应力则采用15℃时弯拉回弹模量与抗拉强度，也可以采用混合料的抗压回弹模量与劈裂强度。交通荷载方面以双轮组单轴载（100kN）为标准设计轴载。轮胎的接地压强为0.70MPa，单轮当量圆的直径d=21.3cm，两轮的中心间距为1.5m。计算路表弯沉时计算双圆均布荷载的轮隙中心点的弯沉值。验算半刚性材料层和沥青混凝土层的层底拉应力时，须计算轮隙中心、单圆荷载中心处拉应力并取较大值。设计标准是以2004规范中规定的层底拉应力和设计弯沉为主。
3我国现行设计方法存在的问题
通过对我国沥青路面设计方法以及沥青路面的使用情况的分析，现行设计方法仍然存在许多问题：
1．对于半刚性基层的沥青路面设计，半刚性层和沥青层的层底拉应力指标都起步到实际作用。而对于柔性基层的沥青路面，沥青层的层底拉应力也基本起不到控制的作用。而对于控制永久变形的方面，除了对沥青混合料提出稳定度的要求外，没有其它相应的设计指标。因此路表弯沉成为路面设计的唯一控制指标，但这项指标反映了路面的哪种损坏类型和使用性能，其容许弯沉值的制定需要依据哪种路面损坏标准，这些问题仍然无法得到明确回答。
2．路面弯沉值是一项表观性、整体性和综合性的指标，而路面则是一种多层次的复合性结构。对于材料类型多样和结构层组合较复杂的路面结构，采用路面弯沉值作为路面设计的主要控制指标，无法全面的反映损坏类型和路面结构的多样性，更难以协调其他单项设计指标对路面结构的共同控制。半刚性基层底面及沥青层底面的应力状态，主要受层间接触条件和上下层的刚度比的影响，路面弯沉值对其影响不大。因此，路面弯沉值指标只能代表路面结构的整体刚度，不能控制基层底部以及面层底部的应力状态，更不能如实反映路面在使用过程中可能会出现的损坏类型。
3．如今我国沥青路面结构绝大部分是采用稳定型无机结合料粒料作为基层和底基层材料，路表容许弯沉值指标及设计中的相关参数主要是以这类路面结构的试验研究成果和实际使用经验作理论基础。对于柔性基层沥青路面，尚缺少相应的试验研究和实际使用经验作为理论依托，所以说现行规范提出的相关参数值和设计指标的选择仍然有待修正和补充。
4．各项材料性质测试方法和指标不能够如实的反映材料的力学特性（如湿度依赖性、温度依赖性和应力依赖性），因而，也不能全面的建立准确的路面结构使用性能与力学响应量之间的关系模型。
5．对沥青路面的低温开裂方面和扯着问题，在设计阶段的考虑不足。首先，从设计的角度来说，材料的低温抗裂性能不能完全体现。其次，在沥青混合料参数的取值如抗拉强度应力和回弹模量都是在静态状态的前提下确定的，而实际道路使用过程中所受的荷载形式都是随机的、动态的，与实际的差距较大。
5解决措施
在沥青路面的设计过程中，设计指标主要针对于6类结构损坏：沥青面层的低温开裂、沥青层的疲劳开裂、沥青面层的反射裂纹、沥青层的永久变形、无机结合料稳定层的疲劳开裂、粒料层和路基的永久变形。并在设计过程中针对于每一种结构损坏制定相应的设计指标和相关的设计参数。
对水泥稳定碎石、石灰-粉煤灰稳定碎石、水泥稳定砂砾和水泥稳定土4种混合料进行压缩回弹模量和静态弯拉回弹模量的测试，并建立相应的模量转换经验关系式。
分析比较国外各种标准试验方法的优缺点和差异性，制定出适用于我国实景情况的室内试验水平的沥青混合料的动态模量试验标准和数据整理方法。
在设计时应考虑路基图的湿度来源和变迁特点以及季节性冰冻地区对路基的影响，按照路基湿度与回弹模量值地路面结构的损伤影响，得到路基回弹模量的综合调整系数。
6结语
综上所述，我国现行的沥青路面设计有相对较大的发展，但在设计参数的选取、设计指标的运用、以及设计理念上仍需要不断的进行完善，做到具体问题具体分析，对不同的环境都要建立相应的体系。同时也应当争取减少沥青路面设计中的盲目性和随意性，在实践的过程中不断地总结沥青路面设计的经验，以期路面设计和施工得到进一步发展与提升。
参考文献
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[2] 孙红燕 ，王勇 ，陆剑卿.沥青路面设计指标探讨[J].交通标准化，2006，（9）:155-158
关键词：沥青路面；柔性基层；半刚性基层；疲劳性能。
中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：
前言
半刚性基层被广泛用于修建公路沥青路面的基层或底基层。在我国已建成的高速公路路面中就有90%以上是半刚性基层沥青路面,在今后的国道主干线建设中,半刚性基层沥青路面仍将是主要的路面结构形式。半刚性基层沥青路面其优点主要表现在:强度高、承载力大、整体性好、刚性大。但半刚性基层也有自身不足之处,其抗温、抗湿变形能力较差,易形成干缩裂缝及湿缩裂缝,进而使路面产生反射裂缝,导致沥青面层开裂,影响路面使用质量,缩短路面使用寿命。
由于国内高等级的公路基本上都采用半刚性基层沥青路面，而对柔性基层沥青路面采用较少。但是从世界各国高等级公路路面结构来看，以柔性基层沥青路面为主，对路面基层要求较高，一般用沥青稳定碎石做基层的上层，而且用沥青做结合料的结构层的总厚度常大于 20cm。国外的使用经验表明，柔性基层沥青路面使用性能良好。
根据国内外使用经验，柔性基层沥青路面主要病害有疲劳开裂、车辙和低温开裂，其中车辙和低温开裂均可以通过选择合适的沥青结合料和合理的混合料设计加以解决。疲劳开裂是唯一可以通过路面结构设计进行控制的破坏模式。
综上所述，对两种不同基层沥青路面的疲劳性能差异的分析，对我们进行路面设计及工程应用都具有相当大益处。
1.沥青路面面层疲劳损伤机理
沥青路面的疲劳性是指在汽车轮载作用下，路面在长期使用过程中均存在压应力、拉应力,且处于两种应力交迭变化状态,当荷载重复作用超过路面面层材料所能承受的疲劳次数后,就会使结构强度抵抗力下降,产生疲劳破坏的性能。
在行驶车轮的荷载作用下,路面结构内各点均处于复杂的应力应变状态中,图1中面层底部B点的应力、应变随着车轮滚动而变化。当车轮作用于B点正上方时,B点受到三向拉应力作用;当车轮行驶过后B点应力方向转变,数值变小,并有剪应力产生;当车轮驶过一定距离后,B点则承受主压应力作用。路面表面A点则相反,车轮驶近时受拉,车辆直接作用时受压,长期处于应力(应变)交替循环变化的状态。
路面材料的抗压强度远大于其抗拉强度,而且B点在车轮下所受的拉应力远大于A点在车轮驶近或驶过后产生的拉应力,因此路面疲劳裂缝通常从面层底部开始。所以路面疲劳设计也应该以面层底部的拉应力、拉应变作为控制指标。
2.采取两种不同基层对沥青路面的水平应力分析
本文将以弹性层状体系为基础，分析在标准荷载（BZZ-100）作用下，两种基层沥青路面在水平应力方面的不同。
表1 两种基层的路面结构参数
计算的轴载采用现行规范规定标准：标准轴载为双轮组单轴重P—100kN，轮胎接地压强p—0.7MPa，单轮传压面当量圆直径d—21.3 cm，两轮中心距为1.5 d。
由于水平应力在当量圆中心比双轮论析中心处大，考虑水平应力的显著性，本文取当量圆中心处点厚度0，2，5，8，10，15，20，25，30，40cm时，利用BISAR 3.0程序计算出相应点的水平应力如表2。
表2 两种基层在不同厚度的水平应力值
由BISAR 3.0程序所得的数据得出各深度的水平应力分布图 图3
从图3可知，柔性基层的水平应力随深度的变化率比半刚性基层的要大，即柔性基层的水平应力对路面厚度的敏感性更高。柔性基层在层底拉应力取得最大值。
对于半刚性基层沥青路面，沥青面层处于受压状态，因此可以不考虑沥青面层的弯拉疲劳，只考虑半刚性基层层底受拉，在汽车荷载反复作用下，可能产生疲劳断裂，且在基层断裂后，裂缝逐渐向沥青层扩展直至路表。
对于柔性基层沥青路面， 沥青混凝土面层和沥青稳定基层的上部受压， 沥青稳定基层下部受拉，且层底承受最大的弯拉应力，因此在重复荷载作用下，沥青层层底可能首先产生疲劳开裂，裂缝逐渐向上延伸，直至路面出现疲劳裂缝。
3.柔性基层与半刚性基层沥青路面疲劳设计方法
我国沥青路面设计规范采用层底拉应力指标进行验算,充分考虑结构层材料的疲劳性,利用结构强度系数Ks与材料的劈裂强度得出结构层底面的容许拉应力,具体如下:层底拉应力≤容许拉应力,则满足要求。
其中,为沥青稳定基层材料的容许拉应力;为沥青稳定基层材料的劈裂强度;为抗拉强度结构系数; Ac为公路等级系数;Ag为沥青混合料级配系数;为标准轴载当量轴次。
根据我国沥青路面设计规范,在计算沥青混合料与半刚性材料的结构强度系数KS=B0Nc时,采用的系数c分别为0.22和0.11。
沥青混合料疲劳寿命为:
半刚性材料疲劳寿命为:
根据此公式可以得到由各层层底拉应力值来确定不同基层沥青路面的疲劳寿命。
4.不同基层沥青路面疲劳寿命对轴重的敏感性分析
由路基路面设计理论分析得知,单后轴双轮组不同轴载应力比的简化公式为:
其中,、均为基层底面拉应力; P1,P2均为轴载重量。
联系基层材料的疲劳规律,其疲劳规律为:
其中, 为该材料的抗拉强度;σ为某轴载作用N次的疲劳拉应力。B、c为材料常数。
由上面两个式子可以得到以基层底面拉应力等效时的轴载换算公式为：
对沥青稳定基层中b=0.84,c=0.22；半刚性基层中b=0.84,c=0.11,则有：
沥青稳定基层：
半刚性基层：
由以上计算公式计算标准轴载作用一次为1次,其他轴载重分别相当于标准轴载次数N,其结果见表3
表3当量轴载作用次数
由表3可以看出：半刚性基层的疲劳寿命较柔性基层对轴载更加敏感。即半刚性基层路面上的超载车辆增多,导致路面很快损坏;而沥青稳定基层路面轴载敏感性小,对超载车辆的适应性较强,适合于超载较多的道路。
结论
综上所述，半刚性基层和柔性基层沥青路面在抗疲劳性能方面存在着以下一些不同：
（1） 由于半刚性基层的水平应力对路面厚度的敏感性较差，所以可以通过增加半刚性基层厚度来有效增加其疲劳寿命。而柔性基层厚度对路面厚度的敏感性较好，增加柔性基层厚度对其疲劳寿命的增加较小。
（2） 由于沥青路面疲劳性能由层底拉应力作为控制指标，在基层材料和结构参数等不同的情况下，柔性基层与半刚性基层沥青路面的疲劳寿命不同。
（3） 由于半刚性基层的疲劳寿命较柔性基层对轴载更加敏感，所以当道路上交通量以小型车辆为主时(占交通量80%以上),宜采用半刚性基层路面,其疲劳寿命更长。相反，柔性基层路面则更适合超载较多的道路。
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作者简介：
罗大波（1986-）重庆交通大学硕士研究生主要从事路基路面设计与灾害治理的研究。
【关键词】高速公路；沥青路面；典型病害；松散；泛油；防治措施
1. 引言
松散和泛油虽不是路面的主要病害形式，但在某些时候还是会遇到。到底沥青路面为何会出现松散和泛油等病害，本文就对此问题展开讨论，针对沥青路面松散和泛油病害的类型，产生原因，防治对策等进行了详细的论述。希望本文能够起到抛砖引玉的作用。
2. 松散及泛油病害特点
松散大多发生在沥青路面的使用初期，是沥青混凝土表面层中的集料颗粒脱落，并从表面向下发展的渐进过程。集料颗粒与裹覆沥青之间丧失粘结力是颗粒脱落的主要原因。现行规范中对高速公路沥青路面松散病害的分级标准见表1所示。常见的沥青路面松散见图1~2所示。
图1 构造物接头处松散
沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动，使表面有过多沥青的现象称作泛油。新建沥青混凝土路面在通车后的第一个高温季节，特别在连续多天高温后，在大量行车特别是在重载车辆作用下进一步压实，易导致沥青混凝土内部过多的自由沥青向上移动，产生泛油现象，油石比偏大地段表现的尤为明显。高温季节雨水侵入沥青混凝土内部后，如沥青与矿料的粘结力不足，沥青很快会从集料表面剥落并向上移动，产生更严重的泛油现象。在绝大多数情况下，泛油仅产生在行车道上，而且是间断式的片状分布。
规范中对泛油病害无分级标准，只描述为“路表呈现沥青膜，发亮，镜面，有轮印”。常见的沥青路面泛油现象如图3~4所示。
3. 病害原因分析
3.1 松散的形成原因。
3.1.1 混合料设计中存在的问题。
沥青混合料设计中存在的问题主要包括矿料为酸性石料、所用的矿料过湿或所选用的沥青胶结料粘结力差，从而使得沥青膜与集料之间缺乏有效的粘结；设计所用的沥青用量偏少，使得沥青膜的裹覆厚度不足，在外部水的作用下使集料从混合料中脱离形成松散。
图2 行车道松散（水损坏引起）
图3 行车道大面积的泛油
3.1.2 混合料施工中存在的问题。
施工中有两方面的因素如果处理不好可能引发混合料出现松散，一是混合料的拌和，另一个是混合料的运输。混合料的拌和过程中拌和不均匀，部分混合料集料缺乏有效的胶结料粘结，或者拌和过程中温度过高，使得沥青老化可能使混合料在摊铺后出现松散；另外，运输过程中若混合料出现离析、未进行有效保温或运输距离较长使混合料温度过低都可能引发施工后混合料出现松散。
3.1.3 养护不及时。
当路面出现麻面时，若不及时养护则路面会在车辆荷载的作用下出现松散。因为路面出现小麻面后，上层石料间就有了相互移动的余地，在汽车荷载的作用下也就容易被振动脱落而浮散在路表。这些石料在行车的作用下，搓动被沥青粘着的石料，促使后者脱落。此外，小麻面中常常积水，又会使石料表面沥青膜剥离，油石间的粘结力减弱，石料松动脱出，导致路面松散破坏。
图4 路面局部的泛油
3.2 泛油的形成原因。
3.2.1 沥青混合料设计及施工中存在的问题。
沥青混合料设计及施工中存在的问题是引发沥青路面发生泛油的主要内部因素。
沥青混合料的设计中存在的问题主要有两个：一是沥青混合料的设计孔隙率过低，这样高温季节在车辆荷载的作用下混合料中的自由沥青无处容身，只能向外溢出，从而形成泛油，特别是对于密级配的沥青混合料而言，这种情况出现的较多；二是混合料设计中油石比的设计值过大，混合料中的自由沥青过多，这样虽有利于增强混合料的低温抗开裂性能却也易使混合料发生泛油。
混合料施工中存在的主要问题为：混合料拌和楼的计量不准，使油份过多或者矿粉的添加量不足，从而使混合料中的自由沥青偏多，在高温季节及车辆荷载的作用下自由沥青外溢形成泛油；混合料的运输及摊铺过程中混合料发生的离析，细集料集中的部位孔隙率偏低而油份含量又偏高，从而使得混合料在高温季节出现泛油；混合料施工于秋末冬初的低温期，待温度升高时路面易出现泛油。
3.2.2 气候变化的影响。
近年来，全球气候逐渐变暖，夏季最高气温不断升高，而冬季则不再寒冷。年平均、月平均气温与上世纪九十年代比有了很大的变化，特别是高温天气的发生更频繁，持续时间更长。沥青路面作为一种柔性路面，对温度的抵抗力、适应力十分有限。随着夏季气候温度的不断上升，地表温度实际上还远高于空气温度，沥青材料的粘滞度不断降低，易于渗透，在车辆荷载的作用下极易引发路面泛油。
3.2.3 交通状况的影响。
交通量的持续快速增长，特别是超载超限运输的严重泛滥为路面泛油提供了巨大的外力能量。随着国民经济的增长，交通运输事业蓬勃发展，超载超限运输在市场经济对利益最大化的极端追求下变得日益严重。高速公路的年平均日交通流量不断增加，部分路段甚至已达饱和状态，而且这其中，超载、超限车辆等大吨位车辆所占的比重还在不断增加。大交通量、超重荷载的复合作用使路面不断地变形，混合料越来越密实，孔隙率越来越小，夏天里软化的沥青，特别是上层油石比偏大的部分，多余的沥青在油面的变形中极易被挤压溢出，并且随荷载等因素的增大而加剧，造成泛油。
4. 防治措施
4.1 沥青路面松散防治措施。
防治沥青路面出现早期松散破坏有以下两个方面途径：一是增强沥青混合料的粘结强度，即沥青与集料的粘附性，采用高粘度的改性沥青或是添加抗剥落剂可以提高集料与沥青的粘附性，减少松散显现发生；其次，是要做好级配设计，好的级配不易离析，且容易碾压密实，也骨架结构好，抗变形能力好。此外，级配设计一个关键的指标是空隙率，适宜的空隙率是路面结构非常关键的因素，是减少松散发生的重要内在原因。最后，便是加强施工质量的控制，尽量减少路面离析，离析是造成路面局部松散和泛油的重要的直接原因。
4.2 沥青路面泛油防治措施。
一般来讲，发生车辙的路段常常伴随有泛油现象，所以，两者的成因有大部分是相同的。相对于马歇尔设计方法的最佳沥青用量而言，沥青用量正常而发生泛油的情况，显然是因为沥青混合料设计方法本身存在缺陷造成的。所以，研究并采用能适应新情况的沥青混合料设计方法是解决早期损坏的根本途径。
关键词：公路，沥青路面，破坏，原因，防治，措施
前言：沥青路面的早期破坏是指在沥青路面使用前期，即在沥青路面设计寿命的前期发生的过早的各种形成的破坏。论文参考网。随着公路交通事业的迅速发展，交通量的不断增长，交通车辆吨位的增长，荷载等级的提高及车辆超载等对沥青路面的破坏日益严重，并极大的影响公路使用质量和公路使用寿命，影响交通运输上网发展，分析沥青路面早期破坏的原因，提出预防破坏的措施方法，对公路质量及公路运输是有重要意义。
（一）沥青路面早期破坏原因
（1）结构设计不合理。沥青面层结构选用不当，混合料类型不合理，根据沥青路面设计规范，沥青面层除应满足车辆的使用要求外，还应满足雨水不渗等要求，宜选用粒径较小，空隙也小的级配混合料，尽量采用小粒沥青砼，以提高沥青路面面层的防渗性。对于选用中粗粒砼或开级配或半开级配沥青碎石的沥青路面，必须在沥青面层下设下封层，防止雨水渗水。
（2）油路补强段的路面厚度考虑不足。路面改造过程中，为充分利用老路并节约土地及投资，利用旧路的线位及结构层，按照公路补强设计的一般要求和科学态度，宜先对所用的路段状况进行客观评估，根据旧路的状况（特别是强度弯沉指标）确定利用旧路的方案及补强厚度，但实际上，一些设计单位往往没有认真细致的调查，大致给出一个补强厚度及路段桩号就草草了事，结果导致许多补强路段补强后弯沉值大于设计值，造成新路强度不足，早期破坏严重。
（3）岩石路段石质类型确定有误，在路基设计中，由于没有足够的地质钻探资料，仅靠地表情况判断石质类型，容易出错。如有的公路，原设计为石方路段，仅用15㎝水稳砂砾做整平层，未设置半刚性基层。实际开挖后，路基为泥质页岩及风化岩，施工单位照图施工后，由于雨水渗入，导致泥质页岩及风化岩软化，沥青路面结构强度不足，出现大面积风裂。
（4）路面厚度设计问题。论文参考网。路面厚度设计的依据是设计年限内的累计当量轴次，设计单位为了计算方便，一般将设计公路的交通量划分为一定车型的标准交通量与另一定型的非标准车交通量，然后将确定车型的非标准车的轴次，换算成标准车轴载的当量轴次，最后用设计年限内的当量轴次，计算路面设计弯沉及结构厚度。
（二）施工质量问题可能造成沥青路面早期损坏
（1）土基尤其是是粘性土路基施工中，要加强对土的粉碎和翻晒，尽量保证碾压路段土体含水量的均匀，力求土体固结后路基模量不出现大的差异，要防止对过干的土（低于重型击实标准最佳含水量3%）采取超压方式进行压实。
（2）目前，我国高等级公路路堤普遍比较高，而施工周期又相对较短，这对路基沉降非常不利，施工中，应优先安排高填土路段路基施工，并尽量快速施工，让路基完成后有尽量长的时间固结，桥梁工程的台背填土往往是高填土路段。也要尽早施工，不能有“重桥轻路”的思想。
（3）使用石灰材料的基层（如二灰碎石基层等）既要对购进石灰的品质把关，更要防止石灰的活性损失。活性损失越多，其基层强度就越低。因此，施工控制中，石灰消解时间的确定和对消石灰的保管（特别是雨季保管）应纳入施工管理的重要内容。
（4）我国目前对半刚性基层（如二灰碎石或水泥或水泥稳定碎石基层）内在质量控制的主要方法是密实度检查，后期强度则主要通过弯沉检测量为确定。基层集料级配控制往往在实际施工时被忽视，二灰碎石或水泥稳定碎石基层均属于嵌挤密实型结构，其集料级配对基层强度形成有很大影响。若级配不连续或结构内级配不均匀，在剪应力作用下，局部易碎裂，造成松散，甚至损坏整个路面。
（5）基层养护不到位也易造成路面早期损坏。我国现行路面结构设计多在半刚性基层加铺沥青面层，基层完成后采用洒水车配以人工铺助洒水来进行养生，受主、客观因素的影响，这种养生方法常常不到位，目前机械化程度较高，基层施工速度较快，因为洒小汽车配备不足，或施工取水困难，或气侯干燥等，路基养生工作往往不到位。洒水车或施工车辆轮胎通过造成基层顶面产生浮灰或表面松散。“保湿养生法”或许是解决这一问题的有效途径。
（6）沥青混合料的品质无疑是沥青路面良好使用性能的重要保证，施工中对沥青面层集料的相对稳定、沥青拌和楼的粗量系统及矿粉控制、沥青混合料的拌和和碾压温度混合料的表面离析等予以足够的重视。
（三）车辙原因分析
车辙的形成原因主要是沥青混合料以及交通条件环境系统的影响，车辙变形主要来源于沥青混合料的粘滞流动和一定的压实作用，沥青混合料在高温下由于车轮反复碾压，产生机横向剪流动造成车辙，另外施工中用油偏高，沥青稠度偏高，矿料级配中细了过高，矿粉掺量过大也会产生车辙。论文参考网。
（四）养护方面
沥青路面的质量好坏，与设计，施工有着很主要的关系，同时与养护也有着重要联系，沥青路面设计施工的再好，如养护不当，也会对路面造成损坏，当沥青路面出现沉降裂缝、车辙、坑槽等破坏时，应及时发现分析成因，采用适当的方法进行处理，修复以免损坏进一步的蔓延。
二、路面病害的防治措施
（一）优化设计
提高长期使用性能的重点应该从优化结构组合设计，按每一条路的实际情况得到的数据去设计路面面层，这样的数据才能更合理、更适合。对各油面层沥青混合料进行优化设计，矿质混合料设计时应采用骨架密实结构，最佳沥青用量应根据不同层油面层需要的功能谨慎选定。为提高沥青路面的高温稳定性，黑龙港流域施工采用的沥青用量应按最佳沥青用量OAC的±0.3%选用，中、下油面层宜取低限。重载道路或高速公路沥青路面建议对中、上面层使用沥青进行SBS改性。
（二）原材料质量控制
（1）沥青应选用具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低，高粘度的优质国产或进口沥青。在条件许可的情况下，可在沥青中掺和各种类型的改性剂，以提高基性能指标。
（2）集料选用的骨料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性能好的集料。
（3）混合料的级配确定沥青混合料的高温稳定性和疲劳性能、低温抗裂性，路面表面特性的耐久性是两对矛盾，相互制约，照顾了某一方面性能，可能会降低另一方面性能。
（4）混合料配合比设计，实际上是在各种路用性能之间搞平衡或最优设计，根据当地的气侯条件和交通性况做具体分析，尽量互相兼顾，当然为提高沥青路面使用性能还可以考虑以下两个途径：第一是改善矿料级配，采用沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）：第二是改善沥青结合料，采用改性沥青。
（三）路基的强度
首先压实度是反映路基强度的重要指标，也是提高路基强度和稳定性的最经济、最有效的技术措施，施工中必须严格检测控制，使其达到规定值。填土层的厚度对压实度有直接的影响，每层的松铺厚度不应大于30㎝。必须严格控制路基的填筑工艺，确保路基强度。
（四）施工过程中质量的控制
（1）沥青的选用十分关键，要挑选符合规范各项要求的沥青，特别是沥青针入度、软化点、延度指标必须严格把关。由于近些年的气侯偏暖，因此，沥青标号宜选择在规定范围内低标号沥青。此外，透层油，粘层油沥青应采用与沥青混凝土用同一种沥青，特别是油石比的选择应考虑粘层油，透层油返油时对其影响。
（2）在沥青混合料配合比设计上要特别重视
（3）沥青混合料拌合时间、出厂温度、摊铺温度、碾压成型等温度控制必须严格按规范要求进行，合理安排工期，避开不利天气施工。
（4）摊铺机应选用熟练的摊铺机操作手，并选择两台前后错开同时施工，而少采用伞断面摊铺机，在摊铺过程中，应尽量避免停机，注意路面纵向接缝的成型及碾压工艺。]
结束语
路面早期破损已为沥青路面的主要危害之一，各级交通管理部门都应引起足够的重视。并根据其成因从路面设计，原材料进场到具体施工，有针对性采取一系列预防和改善措施。同时，必须建立健全质量保证体系，从管理部门、设计部门到施工部门，层层重视，层层控制，层层落实。只有这样，才能从根本上减少对沥青路面的早期破损现象的确发生，使公路建设质量全面提高，更上新台阶。
参考文献
[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社.
[2]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2008,5.
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