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摘 要：伴随城市交通量的飞速增长，加之车辆的严重超载现象，导致我国部分道路在早期运营时就出现严重的路面损坏。因此，如何提高路面的使用寿命，一直是学者研究的热点方向。本文总结了长寿命沥青路面设计理论，提出了相对应的控制指标，合理推荐了组合式长寿命典型沥青路面结构方案。
关键词：长寿命路面;早期破坏;路面结构方案
1 长寿命沥青路面概述
长寿命沥青路面的概念最早起源于欧洲，指对路面进行简单维修后，路面使用寿命延长至40年，随后，美国提出永久性路面概念，即路面的使用寿命可达50年，且在使用年限内，主要结构层不会发生损坏，只需对表面层的病害进行简单维修[1]。
长寿命道路的设计使用年限国内外各不相同，各国对长寿命路面的设计使用年限如表1。综合国内外的研究，长寿命路面设计年限为40年是一个适中的年限，能够使路面达到“长寿命”[2]。
2 长寿命沥青路面结构层位分工理论
路面结构在承受车辆行车荷载影响的同时也承受各种自然因素的影响，各种影响因素随着路面结构的深度增加而不断变化[3]。由沥青路面结构应力分析发现，路面荷载作用下垂直应力随着路面结构深度的增大而变小，水平拉应力为表面受压和底面受拉（图1），剪切应力则随结构深度先增大后减小。
为了适应不同结构层的力学特性要求，路面结构是分层铺筑;按照结构层力学特性和自然因素对路面结构影响程度的大小，一般将其分成面层、基层、底基层和功能层等不同结构层。
面层是直接暴露在环境中的路面表层，其不仅要承受行车荷载在纵横方向的反复作用，同时还受到气温和雨水的作用。
基层是位于面层之下，承担着由面层传递过来的行车荷载作用，并将其垂直力扩散到底下的垫层和土基中，同时也要承受拉应力作用并拥有较好的耐久性。
基层下按需设置底基层，其在反复作用的行车荷载下，主要负责传递和扩散由基层来的较低的应力。
功能层则是为使面层及基层免受路基水温变化所造成的不良影响。
3 长寿命沥青路面早期破损类型及机理
当今，我国部分道路的使用寿命无法达到沥青路面的设计寿命（10～15年）。通过调查，将沥青路面结构的早期破损类型总结为裂缝、车辙和水损害性坑槽三类[4]。
3.1 裂缝
横向裂缝，其一是由于行车荷载引起的面层拉应力（拉应变）超过其疲劳强度（应变）而产生的荷载型裂缝。其二主要为面层收缩开裂和基层反射裂缝的非荷载型裂缝。
纵向裂缝，一是因面层分摊施工时在路幅接茬处未处理好，导致的开裂。二是因施工路基压实不均匀、压实度不足或存在雨水侵蚀而产生开裂。三是行车荷载在轮带边缘引起的疲劳开裂。
网状裂缝是由于荷载反复作用致使材料疲劳或雨水侵入已形成的纵、横裂缝中，进一步加剧裂缝扩散。
3.2 车辙
失稳型车辙，由于路面结构在行车作用下产生错位活动，发生相对位移。结构型车辙，是在行车反复作用下，路基出现的变形反射至面层致使的永久变形。磨耗型车辙，只要为结构在轮胎的反复磨耗以及在高温雨水等作用下，面层材料不断损失而形成。
3.3 水损害坑槽
水损害主要是由于在车辆荷载和冻融循环反复作用下，雨水不断渗入结构层中，集料表面对水的吸附力远大于对沥青，从而集料与沥青的接触面变小，造成沥青从集料表面剥落。
4 长寿命沥青路面设计指标的选取
国内外对长寿命路面在设计参数、设计指标的容许值方面还没有统一的标准，尚有争论[5]。正确合理的结构设计控制指标关乎到路面结构设计方法的成功与否，同时也关乎到路面使用性能的完整性。因此，我们应“对症下药”，在根本设计上避免产生早期破坏，使路面达到长寿。
路表弯沉：指的是在标准轴载作用下，路面结构在竖直方向的发生的总位移。路表弯沉值可反映结构的整体刚度，但并不能完全综合反映。虽然新规范中这一指标取消，但为了可以直观反映路面性能，依旧选用了此指标。
沥青层层底拉应变：为了使路面结构层不达到材料的疲劳极限，尽可能不让裂缝产生。提出的拉应变控制指标，就能更好地反映沥青混凝土的疲劳特性，有效避免疲劳开裂。
半刚性基层层底拉应力：反射裂缝是半刚性基层的沥青路面最严重的损害形式。半刚性基层层底拉应力很好的反映了基层具有的强度和承载力。
沥青面层竖向压应力：路面结构承受着不断交替的拉压应力，极易产生疲劳破坏。垂直方向的各结构层，最大的应力出现在沥青结构面层，沥青面层竖向压应力作为控制指标，可有效增加结构的设计寿命。
路基顶面竖向压应变：在行车荷载反复作用下，路基结构的竖向抗变形能力及面层抗剪切变形能力不足，致使结构层产生不可恢复的永久变形（即车辙）。因此，采用路基顶面压应变控制指标加以控制，达到“稳路基”的设计理念。
5 长寿命沥青路面结构组合设计
5.1 长寿命路面结构组合设计理论
结构设计在长寿命沥青路面的设计中处于举足轻重的地位，“长寿命”的实现需要科学合理的设计，因此，长寿命路面结构组合须遵守基本的原则[6]。
5.1.1 稳路基
我国道路设计一直秉承“強基、薄面、稳路基”的设计理念，良好的路基承载力是路面结构强度的有力保障。更高的路基稳定性也是长寿命路面必不可少的。
5.1.2 优异的材料性能
材料性能的优异是保证结构层拥有较好强度、刚度和道路性能的必要基础。因此，确保道路性能长寿命的关键是材料性能的优异。
5.1.3 适合的结构层厚度
过去因国情需要，我国路面厚度一直以“薄面”为主，但从使用寿命上看，较厚的面层可抵抗各种破坏，保证破坏仅发生在表面层，只需后期简单维修养护，实现延长路面的使用寿命。但过厚路面不经济，所以在设计的要平衡各方面。
5.1.4 较低的层底应力
为保证结构层的承载能力，各结构层层底应力应保持在较低的水平，使结构层的抗裂性能较好，很大程度上避免结构性损坏的发生，从而延长沥青路面的使用寿命。
5.1.5 合理的结构层设计
结构层设计应满足层位分工理论，充分将各结构层功能与整体结构性能相结合，合理进行组合设计。
5.1.6 考虑排水问题
水损害是沥青路面破坏的重要形式，在长寿命道路设计时，有效的路面排水系统设施是必不可少的，有效降低路基路面的水损害。
5.2 长寿命路面结构推荐
对比国内长寿命沥青路面各试验路段，现推荐组合式基层长寿命沥青路面结构，如图2。结构不仅能达到长寿命路面的要求，而且相对费用较低，十分经济。在受力上刚柔并济、十分合理，同时铺筑柔性基层可有效防止反射裂缝的产生。
6 结论
长寿命沥青路面的设计时，应“对症下药”，采用相对应的控制指标从根本设计上避免这些破坏。科学合理的长寿命沥青路面结构组合设计，须遵循一定的原则，同时根据长寿命设计特点，推荐合理的组合式长寿命沥青路面结构形式。
参考文献：
[1]付军，雷力，刘洁.西班牙长寿命半刚性基层沥青路面设计指南[J].中外公路，2018，38（4）：64-68.
[2]沈金安，李福晋，陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].人民交通出版社，2004.
[3]张兵.双绞合钢丝网加筋沥青加铺层合理层位研究[D].湖南大学，2015.
[4]肖飞.高速公路沥青路面早期损坏原因分析与对策[J].科技视界，2016（12）：218-219.
[5]郑健龙.基于结构层寿命递增耐久性沥青路面设计新思路[J].中国公路学路，2014，27（1）：1-7.
[6]董斌.长寿命沥青路面结构设计研究[J].市政技术，2016
（2）：38-40+70.
关键词：长寿命路面;早期破坏;路面结构方案
1 长寿命沥青路面概述
长寿命沥青路面的概念最早起源于欧洲，指对路面进行简单维修后，路面使用寿命延长至40年，随后，美国提出永久性路面概念，即路面的使用寿命可达50年，且在使用年限内，主要结构层不会发生损坏，只需对表面层的病害进行简单维修[1]。
长寿命道路的设计使用年限国内外各不相同，各国对长寿命路面的设计使用年限如表1。综合国内外的研究，长寿命路面设计年限为40年是一个适中的年限，能够使路面达到“长寿命”[2]。
2 长寿命沥青路面结构层位分工理论
路面结构在承受车辆行车荷载影响的同时也承受各种自然因素的影响，各种影响因素随着路面结构的深度增加而不断变化[3]。由沥青路面结构应力分析发现，路面荷载作用下垂直应力随着路面结构深度的增大而变小，水平拉应力为表面受压和底面受拉（图1），剪切应力则随结构深度先增大后减小。
为了适应不同结构层的力学特性要求，路面结构是分层铺筑;按照结构层力学特性和自然因素对路面结构影响程度的大小，一般将其分成面层、基层、底基层和功能层等不同结构层。
面层是直接暴露在环境中的路面表层，其不仅要承受行车荷载在纵横方向的反复作用，同时还受到气温和雨水的作用。
基层是位于面层之下，承担着由面层传递过来的行车荷载作用，并将其垂直力扩散到底下的垫层和土基中，同时也要承受拉应力作用并拥有较好的耐久性。
基层下按需设置底基层，其在反复作用的行车荷载下，主要负责传递和扩散由基层来的较低的应力。
功能层则是为使面层及基层免受路基水温变化所造成的不良影响。
3 长寿命沥青路面早期破损类型及机理
当今，我国部分道路的使用寿命无法达到沥青路面的设计寿命（10～15年）。通过调查，将沥青路面结构的早期破损类型总结为裂缝、车辙和水损害性坑槽三类[4]。
3.1 裂缝
横向裂缝，其一是由于行车荷载引起的面层拉应力（拉应变）超过其疲劳强度（应变）而产生的荷载型裂缝。其二主要为面层收缩开裂和基层反射裂缝的非荷载型裂缝。
纵向裂缝，一是因面层分摊施工时在路幅接茬处未处理好，导致的开裂。二是因施工路基压实不均匀、压实度不足或存在雨水侵蚀而产生开裂。三是行车荷载在轮带边缘引起的疲劳开裂。
网状裂缝是由于荷载反复作用致使材料疲劳或雨水侵入已形成的纵、横裂缝中，进一步加剧裂缝扩散。
3.2 车辙
失稳型车辙，由于路面结构在行车作用下产生错位活动，发生相对位移。结构型车辙，是在行车反复作用下，路基出现的变形反射至面层致使的永久变形。磨耗型车辙，只要为结构在轮胎的反复磨耗以及在高温雨水等作用下，面层材料不断损失而形成。
3.3 水损害坑槽
水损害主要是由于在车辆荷载和冻融循环反复作用下，雨水不断渗入结构层中，集料表面对水的吸附力远大于对沥青，从而集料与沥青的接触面变小，造成沥青从集料表面剥落。
4 长寿命沥青路面设计指标的选取
国内外对长寿命路面在设计参数、设计指标的容许值方面还没有统一的标准，尚有争论[5]。正确合理的结构设计控制指标关乎到路面结构设计方法的成功与否，同时也关乎到路面使用性能的完整性。因此，我们应“对症下药”，在根本设计上避免产生早期破坏，使路面达到长寿。
路表弯沉：指的是在标准轴载作用下，路面结构在竖直方向的发生的总位移。路表弯沉值可反映结构的整体刚度，但并不能完全综合反映。虽然新规范中这一指标取消，但为了可以直观反映路面性能，依旧选用了此指标。
沥青层层底拉应变：为了使路面结构层不达到材料的疲劳极限，尽可能不让裂缝产生。提出的拉应变控制指标，就能更好地反映沥青混凝土的疲劳特性，有效避免疲劳开裂。
半刚性基层层底拉应力：反射裂缝是半刚性基层的沥青路面最严重的损害形式。半刚性基层层底拉应力很好的反映了基层具有的强度和承载力。
沥青面层竖向压应力：路面结构承受着不断交替的拉压应力，极易产生疲劳破坏。垂直方向的各结构层，最大的应力出现在沥青结构面层，沥青面层竖向压应力作为控制指标，可有效增加结构的设计寿命。
路基顶面竖向压应变：在行车荷载反复作用下，路基结构的竖向抗变形能力及面层抗剪切变形能力不足，致使结构层产生不可恢复的永久变形（即车辙）。因此，采用路基顶面压应变控制指标加以控制，达到“稳路基”的设计理念。
5 长寿命沥青路面结构组合设计
5.1 长寿命路面结构组合设计理论
结构设计在长寿命沥青路面的设计中处于举足轻重的地位，“长寿命”的实现需要科学合理的设计，因此，长寿命路面结构组合须遵守基本的原则[6]。
5.1.1 稳路基
我国道路设计一直秉承“強基、薄面、稳路基”的设计理念，良好的路基承载力是路面结构强度的有力保障。更高的路基稳定性也是长寿命路面必不可少的。
5.1.2 优异的材料性能
材料性能的优异是保证结构层拥有较好强度、刚度和道路性能的必要基础。因此，确保道路性能长寿命的关键是材料性能的优异。
5.1.3 适合的结构层厚度
过去因国情需要，我国路面厚度一直以“薄面”为主，但从使用寿命上看，较厚的面层可抵抗各种破坏，保证破坏仅发生在表面层，只需后期简单维修养护，实现延长路面的使用寿命。但过厚路面不经济，所以在设计的要平衡各方面。
5.1.4 较低的层底应力
为保证结构层的承载能力，各结构层层底应力应保持在较低的水平，使结构层的抗裂性能较好，很大程度上避免结构性损坏的发生，从而延长沥青路面的使用寿命。
5.1.5 合理的结构层设计
结构层设计应满足层位分工理论，充分将各结构层功能与整体结构性能相结合，合理进行组合设计。
5.1.6 考虑排水问题
水损害是沥青路面破坏的重要形式，在长寿命道路设计时，有效的路面排水系统设施是必不可少的，有效降低路基路面的水损害。
5.2 长寿命路面结构推荐
对比国内长寿命沥青路面各试验路段，现推荐组合式基层长寿命沥青路面结构，如图2。结构不仅能达到长寿命路面的要求，而且相对费用较低，十分经济。在受力上刚柔并济、十分合理，同时铺筑柔性基层可有效防止反射裂缝的产生。
6 结论
长寿命沥青路面的设计时，应“对症下药”，采用相对应的控制指标从根本设计上避免这些破坏。科学合理的长寿命沥青路面结构组合设计，须遵循一定的原则，同时根据长寿命设计特点，推荐合理的组合式长寿命沥青路面结构形式。
参考文献：
[1]付军，雷力，刘洁.西班牙长寿命半刚性基层沥青路面设计指南[J].中外公路，2018，38（4）：64-68.
[2]沈金安，李福晋，陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].人民交通出版社，2004.
[3]张兵.双绞合钢丝网加筋沥青加铺层合理层位研究[D].湖南大学，2015.
[4]肖飞.高速公路沥青路面早期损坏原因分析与对策[J].科技视界，2016（12）：218-219.
[5]郑健龙.基于结构层寿命递增耐久性沥青路面设计新思路[J].中国公路学路，2014，27（1）：1-7.
[6]董斌.长寿命沥青路面结构设计研究[J].市政技术，2016
（2）：38-40+70.