复合式长寿命路面结构分析探讨

祁 敏 艳

(山西运城路桥有限责任公司，山西 运城 044000)

复合式长寿命路面结构分析探讨

祁 敏 艳

(山西运城路桥有限责任公司，山西 运城 044000)

采用路面结构的三维参元法以及弹性层状体系理论，对PCC+AC复合式路面进行了荷载应力分析，并对复合长寿命路面结构进行了验算，结果表明，复合式长寿命路面改善了层弹性模量对PCC板底温度应力的影响，提升了路面的实际使用寿命。

复合式长寿命路面，温度应力，使用寿命

据调查显示，目前中国的高速路面设计寿命常规为30年左右，可是实际的使用年限却不到10年，更甚者只是具有4年左右的运营时间，此后就开始频繁的修葺环节，这不仅影响了车辆的正常通行造成人民出行的极为不便、浪费赶路时间、增加汽车用户的燃料费用，而且给国家带来巨大的维修费用和资源的滥用，严重违背可持续发展战略和绿色环保的时代理念，为社会带来严重的经济影响，宏观来讲，对设计年限外的道路进行修葺是不经济的社会行为，是应该尽量去避免的；如何延长设计打破设计年限的30年大关，如何保证道路的实际使用寿命是国内外学者纷纷探讨的话题，并已取得一定成就，复合式长寿命路面就是解决道路寿命问题的最佳产物[1]。笔者针对设计年限和使用年限问题，从路面的要求和建设标准、路面结构入手，以注重延长使用寿命为主体，对复合路面进行深度探究和分析。

1 长寿命路面的定义

长寿命路面在使用上的定义年限为40年，长寿命路面即设计年限超过40年的路面结构。随着时代的不断进步，人们也为长寿命道路提出了新的要求；第一，设计使用寿命超过40年，不包括40年；第二，实际年限内，只是进行必要的常规保养，没有主要承重层和结构性的修改；第三，具备足够的承重层厚度，具备设计年限内的最经济道路选择，即保证最低维修费用；第四，在设计的使用年限内，道路结构完整，不发生道路结构的长大损坏和重修；因其具备社会最经济特征，故而在使用期间，如果出现道路问题也不会对交通产生重大干扰，可以尽量避免道路的堵塞，由此带来的道路使用群体不满、愤懑情绪以及道路有关部门、当地政府的压力将会得以减轻，一定程度上确保社会的稳定和长治久安。

2 复合式长寿命路面的设计要求

1)复合式长寿命路面应该具备较高的路基稳定性。路基是道路稳定的基础也是路面结构的基石，是道路的最终承重者和路面工作的平台，较高的路基稳定性，不仅可以改善路面的水温情况，还可以更好的保证路面的完整性[2]。对于复合式长寿命路面结构而言，设计的过程中应该尽力的提升路基的稳定性和承重能力，为路面的使用年限划下最大的边际范围。

2)材料的性能要求。针对于路面的使用长寿命，从路面结构上来说，首先，路面的表层材料应该具有耐高温、高强度、高硬度、强水温稳定性和避免水损坏性，保证过往车辆的安全；其次，要具备抵抗大型车辆或过重车辆荷载过行碾压留下的车辙痕迹功能，保证路面的光滑和平整；笔者认为，柔性基层、碾压混凝土、半刚性材料理论上均可用作沥青复合长寿命路面的基垫层材料。

3)结构层厚度的要求。长寿命路面的结构层厚度是设计和建设长寿命路面重中之重的问题，是各方学者争相研究的焦点，同时也是现有路面出现短时间破损的根本所在，至道路承建商频繁出现偷工减料的环节。长寿命则必须要求路面的结构层厚度足够厚，才能在车辆荷载通行时不影响路面结构，在使用年限内保证道路结构上的完好。据调查，目前国内高速路面的路面设计板厚度一般为25 cm，而想要使得使用寿命达到40年，这一厚度显然是远远不够的。想要实现复合式路面的长久使用，则要求道路的结构层达到一定的厚度，在能实现使用年限内只进行表层的修复而不进行结构上的修葺。

4)路面的结构组成要求。路面结构的组成科学合理才能有效的延缓和制止道路出现结构性损坏，在路面表层满足长寿命道路标准以后，还需要严格的进行铣刨表面层重新加铺[3]。表层以下的结构分布主要能力就是缓冲结构间的直接压迫和抗裂性能，让道路具有强力的抗疲劳能力，让路面的使用年限得以延长，同时路面的整体性也要适可注意，底基层、基层、垫层、路基也要和长寿命道路设计思想一致；结构层底的拉应力是保证道路结构完整性的重要指标，只有牢牢把握好这一指标，才能更好的对路面进行预计和检测，延长路面的使用年限。

3 复合式长寿命路面的设计标准

1)PCC+AC路面结构模式。PCC+AC长寿命路面(沥青混凝土+应力吸收层+水泥混凝土+沥青联结层)结构形式。采用路面结构的三维参元法以及弹性层状体系理论,对PCC+AC复合式路面进行荷载应力分析。结构模式如图1所示。

2)结构参数。文中结构计算参数的来源采用设计实际长寿命路面工程的最佳实际道路结构参数,如表1所示。

3)温度翘曲应力。道路的使用年限一定程度上受影响于混凝土板内温度应力，其温度应力主要分为翘曲应力和胀缩应力，由于胀缩应力的影响小之又小，故而笔者认为温度应力影响甚大的还是温度的翘曲应力，温度应力的产生原因是同一深度上的不同层面存在着温度梯度，一天内，路面层次间的温度变化时刻因沥青层厚度的增加而显得逐渐延后。据科学预测，水泥混凝土的最大温度梯度一般出现在中午时刻，相对于复合式长寿命道路，因为结构层的不断加厚，PCC+AC路面的最大温度梯度则会出现在午后3：00左右。通过反复计算发现，温度翘曲应力会随着PCC板的长度增加而逐步减少，因此，为了延长道路的使用寿命，减少温度应力的影响，可以适当的对PCC板长进行调整[4]。

表1 结构参数 MPa

4)边界条件。a.复合型长寿命道路设计时，其层面的边界不是随意设定的，而是具有科学的、无数次试验得出的参数指标。AC表面层、PCC结构板层为有限的参数尺寸;复合式长寿命路面的地基为弹性半空间地基,根据计算精度要求,科学取尺寸为8 m×10 m×7 m。b.道路的表面层和结构层、地基的周围科学上应该保持悬空空间，而地基的地面为大地是固定面；AC层与PCC板之间不是间隔分离的，而是应该保证完全连续接触。

5)法律上的要求。复合长寿命道路的表层设计基准为8年，主要承重层即PCC层的设计基准为40年，以道路使用过程中产生的疲劳断裂为道路强度验算指标；其材料设计要符合《公路沥青路面设计规范》和《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

6)沥青层寿命。即使路面的使用年限可以达到40年之久，但是表层沥青的使用年限肯定是达不到的。所以在进行复合式长寿命道路结构设计时，不要刻意的去强化路面沥青的使用寿命，应该去考虑主体结构的完整和优良性，沥青层的年限更加注重的是材料选取，力求尽可能的长久，必要时进行路面的表层维护。

4 结语

文章采用路面结构的三维参元法以及弹性层状体系理论,对PCC+AC复合式路面进行荷载应力分析，通过验算和校正，复合式长寿命路面结构承重能力得到很大的提高，比常规路面设计的使用寿命大大提升，其主要的合理性在于，各层面之间的力学调整，符合时代长寿命的要求。虽然道路的设计年限为40年，这一要求是针对于路面的承重层即PCC层，AC层则需要一段时间内进行翻新和养护。

[1] 李淑明,许志鸿,蔡喜棉.土工织物对复合式路面结构内力影响分析[J].中国公路学报,2006,19(1):28-31.

[2] 刘晓曦,王硕太.机场混凝土道面封缝材料疲劳特性[J].交通运输工程学报,2006,6(1):44-47.

[3] Lee Hyun Jong， Lee Jung Hun，Park Hee Mun.Performance evaluation of high modulu asphalt mixtures for long life asphalt pavements[J].Construction and Building Materials，2007，21(5)：1079-1081.

[4] JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

Analysis and exploration on composite long-life pavement structure

QI Min-yan

(ShanxiYunchengHighway&BridgeCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

Applying three-dimensional participation element method and elastic multi-layer theory, the paper analyzes the load stress of PCC+AC composite pavement, and examines the composite long-life pavement structure. Results show that: composite long-life pavement improves the impacts of elastic multi-layer module upon PCC bottom board temperature stress and improves the actual life service of the pavement.

composite long-life pavement, temperature stress, service life

1009-6825(2014)15-0167-02

2014-03-15

祁敏艳(1983- )，女，助理工程师

U416.2

A