摘要：本文探討瀝青路面結構的設計方法、材料研究等方面的技術要點，完善瀝青路面結構設計的觀念。
　　關鍵詞：路面結構；路面設計；抗車轍性能
　　對瀝青路面應依據《公路瀝青路面設計規范》，結合高速公路的實際情況(路基狀況、氣象資料、沿線情況、交通運輸等)以及國內外高等級公路路面結構特點和業主的要求進行路面結構設計和材料設計，并采用設計規范規定的瀝青路面結構設計專用程序(APDS)
　　1我國高速公路的結構
　　與混凝土路面相比。瀝青路面具有表面平整、無接縫、行車舒適、耐磨、振動小、噪音低、施工期短等優點．因而獲得了越來越廣泛的應用，2O世紀5O年代以來。各國修建的瀝青路面數量迅速增長。瀝青路面結構設計初始，其主要目的就是為保護路基土不經受車輛的直接作用．通過路面傳播至土基的應力被擴散而不會造成土基過大的沉降．這點反應在設計思想及設計方法上．主要是控制土基頂面應力及垂直位移量．可以運用古典力學公式進行驗算。當古典理論公式無法客觀地描述路面結構的實際工作狀態時，人們通過大量的野外測試．修筑試驗路對實際車輛行駛效果進行系統觀察．形成了以車輛荷載作用下確保路面結構承載力能力為核心的經驗設計法。現代理論分析設計法是以D．M．Burmister1943年發表的彈性雙層體系理論解析解為起始的。我國瀝青路面設計方法的總系統是以理論分析為基礎。采用雙圓垂直均勻荷載作用下的多層彈性連續體系理論。以設計彎沉值為路面整體剛度的設計指標，對高等級公路要對瀝青面層和半剛性材料的基層、底基層進行層底拉應力的驗算。我國現行規范中雖然對路面等級、瀝青面層厚度等做了規定，但其規定的區間范圍大。如將累計標準軸次400萬次作為高速公路、一級公路與二級公路的分界值；高速公路瀝青層厚度為12cm～18cm等。
　　將高速公路設計年限等同于路面結構的設計使用壽命來考慮瀝青路面結構設計問題是不合適的．道路設計年限應該大于路面的設計使用壽命。在延長使用年限瀝青路面結構設計方面。國外瀝青路面聯合會提出的永久性路面概念給人們以新的啟示。永久性路面或永久命瀝青路面并不是一個新的概念，早在2O世紀6O年代，北美地區就已經開始修建全厚式和加厚式瀝青路面結構。全厚式路面是一種直接修筑在土基上的瀝青路面結構；加厚式路面是在土基與路面間加入一層相對較薄的粒料基層。這類路面的主要優點是總厚度比有常規基層的瀝青路面結構更薄，同時可以減少疲勞裂縫的可能性，并使路面可能發生的破壞限制在路面結構的上部。這樣，當路表面的破壞達到某一臨界水平時只需更換表面層，而不需要改變路面標高，這是一種最經濟的路面維修方式。
　　近年來在材料選擇、混合料設計、性能測試和路面結構設計等方面所做出的努力，可以使道路管理部門通過周期性地更換瀝青面層來獲得瀝青路面結構更長的服務性能(超過5O年)，這就是所謂永久性路面的概念。這項技術的核心是按功能合理設置路面的結構層：要求路面結構的面層具有抗車轍、不透水和抗磨耗的能力；中間層具有良好的耐久性；基層要具有抗疲勞和耐久的能力(見圖1)。
　　
　　圖1永久性路面設計概念
　　永久性路面不僅適用于大交通量道路．經適當的調整后也可用于中、低等級交通量的道路。國外馬里蘭州將SMA用于加厚式瀝青路面結構的面層，該路的行車速度可大于90km/h．日累計軸載次數大于2000(ESAL)/日。國外加利福尼亞州在日交通量為15000～150000輛的道路上都采用過這種路面結構。
　　2基于力學方法的路面結構設計
　　傳統的結構設計是以強度為第一設計指標．而現代高速公路的功能設計是以變形為第一控制參數。表面車轍和路面開裂已成為瀝青路面兩種主要的結構和功能設計標準。但現行路面標準并無切合實際的車轍深度計算方法。一般設計規范均采用間接調控的手段來達到控制路面車轍深度的目的。如邱延峻在“柔性路面路基土的永久變形”一文中指出，路基土的永久變形直接控制柔性路面的車轍深度，而路基土的永久變形主要是通過壓實度來加以限制。事實上除了路基土以外。路面各結構層永久變形的大小都對車轍深度有直接的影響。
　　以往國外采用經驗法設計瀝青路面結構。這種方法無法考慮按功能設置路面結構層或解釋路面結構層在抗疲勞、車轍和低溫裂縫方面的作用。實際上瀝青路面的每一個結構層都有其特定的作用．因此需要一個新的方法來評價各結構層在路面結構中的作用。實踐證明，基于力學的設計方法可以承擔這一角色，這個方法就是瀝青路面設計的力學經驗法。
　　瀝青路面設計的力學方法最早于20世紀6O年代提出，但真正在國外用于路面設計是在2O世紀80～90年代，如華盛頓州、肯塔基州和明尼蘇達州等。現公路科研院(NCHRC)正在開展研究，并計劃將力學經驗法用于AASHTO路面結構設計指南2002.
　　瀝青路面的力學設計非常類似于其他土木工程的設計過程，如橋梁、樓房、水壩等。它采用力學原理分析路面與荷載間的相互作用，針對某種路面破壞類型，確定路面結構的臨界狀態，通過正確選擇材料和層厚，設計出避免破壞的路面。永久性路面所采用的設計原則為：面層要有足夠的剛度抵抗車轍，基層要有足夠的厚度和柔度避免出現疲勞破壞。
　　3永久性路面的材料設計
　　永久性路面結構是按功能來設置每一個結構層，例如面層抗車轍、基層抗疲勞，這就要求材料的選擇、混合料設計以及性能評價試驗要有針對性地進行。混合料的剛度需要根據混合料所處的層位和功能要求(車轍或疲勞)來優化選擇。然而，對于所有的結構層，混合料的耐久性是一個基本要求。
　　3.1瀝青混合料基層
　　瀝青混合料基層被指定用來抵抗交通荷載作用下路面結構的彎曲疲勞。大量研究指出：高瀝青含量有利于防止瀝青混合料的疲勞裂縫(見圖2(a))。保證瀝青路面疲勞壽命的另一個途徑是足夠的路面結構厚度，以降低路面底層拉應變的水平(見圖2(b))。
　　
　　圖2瀝青基層抗疲勞能力
　　基層的瀝青含量應考慮現場壓實度為最大密度的96％-98％。瀝青等級應具有與上面層相同的高溫特性以及與中間層相同的低溫特性．如果這一層在施工期間開放交通，還應做材料的車轍性能評價。
　　3.2瀝青混合料中間層
　　中間層或連結層必須兼顧穩定性和耐久性。這一層的穩定性可以通過粗集料間骨料的相互接觸(骨架密實型級配)以及高溫穩定性好的的膠結料來獲得。為了獲得較大的內摩阻力．形成堅實的骨架．必須采用經破碎的集料。關于集料的最大粒徑，一種觀點認為，應采用較大的公稱最大粒徑(38．1mm)；另一種觀點認為，只要確保集料顆粒間的相互接觸，較小的集料尺寸也能達到相同的效果。中間層采用的膠結料高溫等級應該與表面層相同。低溫等級可能要低一級，因為這一層的溫度梯度較大，低溫也不如面層嚴酷(見圖3)。中間層混合料設計可以按標準Superpave方法確定最佳瀝青用量，并應進行車轍、水敏感性等性能評價試驗。
　　3.3瀝青混合料磨耗層
　　對磨耗層的材料要求一般取決于當地的經驗和經濟條件。有些情況下，特別是城市重交通道路．由于車轍、耐久性、透水以及磨耗等方面的要求而選擇SMA。馬里蘭州、喬治亞州和威斯康星州在重交通道路上采用SMA都取得了成功的經驗。為了保證這種混合料的耐久性，一定要盡量降低混合料的現場空隙率，馬里蘭州的現場空隙率一般控制在6％以下。對于中低交通量的道路．一般采用Superpave密級配混合料比較合適，但需對混合料進行性能試驗，而車轍試驗也是必須的。對采用的膠結料，PG等級的高溫部分應比工程所在地區常用膠結料至少高一個等級。低溫部分的采用應保證有95％～99％的可靠度。
　　
　　圖3溫度梯度對瀝青等級的影響
　　4永久性路面的施工
　　永久性路面的施工要求更加注意從底層到上層施工的質量。在道路施工過程中，應使用現代的先進試驗方法，以獲得材料和施工質量的連續的信息反饋。路基必須具有足夠的強度和剛度，以支撐路面的攤鋪和碾壓操作，因此要求路基必須壓實、平整。控制道路服務期間由于膨脹土或凍脹引起的路基體積變化是必要的，這方面只有依靠當地的經驗。
　　路基的季節性弱化也是一個值得重視的問題。為此，要注意排水，通常可以考慮設置一個中間粒料層。英國的經驗是土基的最小設計模量值應為48MPa。良好的施工才能確保良好的道路使用性能。因此在瀝青層施工時應該密切關注瀝青過量加熱、混合料離析、級配變化等問題。
　　5永久性路面的性能監控
　　為了做到對永久性路面的適時養護和維修，并保證各種形式的損壞僅發生在路面磨耗層內．應該對永久性路面結構進行性能監控。監控的內容包括向下擴展的疲勞裂縫、溫度裂縫、車轍、表面磨耗等損壞現象。一旦這些損壞達到預定的水平．要考慮進行路面結構評價，以及更換路面磨耗層。
　　6更換路面磨耗層
　　更換磨耗層的內容包括：首先要洗刨掉舊的表面層已損壞的深度，將舊料粉碎后再生并重新攤鋪。如果必要的話(由路面結構評價結果決定)，應調整新磨耗層的厚度。新磨耗層至少應保持與原面層相同的抗車轍、耐久性、抗溫度裂縫和耐磨耗等方面的能力，為此應考慮采用任何可用的新技術。
　　7結語
　　永久性路面告訴我們這樣一個概念，要針對磨壞模式區設計路面結構，這也是瀝青路面設計的一個重要觀念。為了提高路面結構的抗疲勞能力。可以提高基層的瀝青含量或增加路面結構的總厚度，降低拉應變水平。通過選擇適宜的材料和級配類型(骨架型)提高中間層的抗車轍能力和耐久性。磨耗層要求具有抗車轍、不透水、抗溫度裂縫和耐磨等方面的能力，可以采用SMA或Superpave混合料來修筑。