近年来，沥青路面出现早期破损的难题始终困绕着广大科技工作者，其原因主要为外界气候因素、交通量、车辆超载和车辆轮胎气压增加等。围绕这类问题，国内已在路面材料设计中采用了先进的技术和科研成果，但路面结构设计方法的不完善也不同程度的暴露出不少弱点和不足，受到人们的质疑。本文将目前国内外有关长寿命沥青路面设计理念做了简要的汇总和分析，供广大工程技术人员参考。
1、沥青路面的早期结构损坏
我国采用的较薄沥青层的半刚性基层沥青路面结构，从长远来说，无法防止开裂，导致各种途径的水进入，又不能迅速排除，尤其是在严重的超限超载车辆通行的路段，超载和水的共同作用使沥青路面在短时间内发生较严重的损坏，且导致基层结构的损坏。传统沥青混凝土路面结构损坏类型最主要的是车辙、疲劳开裂和永久变形这两类。
车辙可分为只发生在沥青面层的表面车辙和产生于土基的结构性变形。对于厚沥青面层，车辙的大部分主要发生在沥青层表面。
疲劳开裂指在荷载重复作用下，沥青混凝土面层底面弯拉应变引起的开裂，并且由下而上发展直至贯穿整个沥青混凝土面层，造成路面损坏。
永久变形是在荷载重复作用下，路基顶面压应变产生的不可恢复的变形量的积累，包括固结和剪切两部分，通常在路面设计中处理。
2、各类设计方法的局限性分析
随着交通量和轴载的增加，沥青路面的诸多设计方法的局限性也愈加显化。主要表现为：
（1）路面力学特性与使用性能之间缺乏明确的联系，无法根据设计的路面结构组合和力学强度预估路面的使用性能。
（2）现有路面结构设计方法和路面性能研究结果不能指导路面结构组合的定量设计，难以优化路面的结构组合。
（3）未曾考虑材料性能对疲劳和长期变形抵抗能力的影响，即未考虑不同路面材料特性对路面使用性能的影响。
（4）道路的投资是一个长期和变化的过程，在路面结构设计方法中应综合考虑路面建设时期与养护运营时期的费用。
（5）当前各国的沥青路面结构设计方法大多都没有考虑路面结构各层在抵抗疲劳、车辙和温缩裂缝中各自所起的作用。
（6）在道路的服务期中，各结构层有其各自的特性，需要运用一种改进的结构设计方法对各结构层进行分析。
为解决此类问题，诞生了基于力学的长寿命路面结构设计方法。
3、长寿命沥青路面的本质和目标
各国对长寿命沥青路面的叫法不同，但其本质是一致的，可表述为：设计的沥青路面能够使用50年以上，是采用较厚沥青层的柔性路面，其降低了传统的沥青层底开裂和避免了结构性车辙，路面的损坏仅限于路面顶部，因此只需要定期的表面铣刨、罩面修复，使得沥青路面在使用年限内不需要大的结构性重建。
各国研究者在总结各项研究成果后，预期在长寿命沥青路面结构设计中达到三个目标：
（1）不出现结构性破坏，包括结构性裂缝和结构性车辙；
（2）路面破坏仅发生在路面表层，且能迅速修复；
（3）定期的路面表层养护、检修和更换，能使路面结构达到长寿命（超过50年）。
长寿命沥青路面结构分层以及各层功能特点为：鉴于主要是磨耗层自上而下的功能性破坏，路面设计时，将上面层设计成功能层；中下面层、基层设计为结构的承重层。结构的具体分层是由路基顶面向上，由HMA基层、中间层和面层三部分组成（图1）。
图1 长寿命沥青路面结构示意图
其结构的特点如下：
（1）轮载下100～150mm区域是高受力区域，也是各种损坏(主要是车辙)易发区域；
（2）面层：40～75mm高性能沥青混凝土，能为车辆提供良好的行驶界面，应具有足够的表面构造深度，抗车辙，水稳定性好；
（3）中间层：100～175mm高模量抗车辙沥青混凝土，能起到连接和扩散荷载的作用，应具有高模量(刚度)和抗车辙特性；
（4）HMA基层：75～100mm高柔性抗疲劳沥青混凝土，能起到消除疲劳破坏的作用，由于最大拉应变产生在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、水稳定性好等优点；
（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。
4、长寿命沥青路面结构层材料设计
长寿命沥青路面各结构层材料设计是保证路面良好路用性能的关键，根据各结构层功能进行路面材料设计，提出材料指标要求。磨耗层要求抵御车辙、老化、温度开裂和磨耗；中间层要求抵御车辙，传递、分散荷载；基层要求承重层抵抗层底弯拉应变。
磨耗层材料设计应选择SMA、密级配混合料或OGFC等类型混合料。
HMA中间层材料设计须同时具有耐久性、稳定性和抗车辙性能。耐久性是其抗疲劳性能、水稳定性、抗老化性能的综合反应，其与混合料的空隙率有密切关系。提高中间层沥青混合料的耐久性能，可以通过合理选择材料和增加骨料表层沥青膜的厚度来实现。稳定性可以从粗骨料间的骨架结构及采用合适的高等级沥青来获得, 这对面层上部150mm区域是至关重要的。抗车辙性能材料设计时可采用改性沥青、塑料隔栅, 混合料采用骨架嵌锁结构。值得注意的是，粗集料混合料离析必须考虑。
HMA基层材料设计要求有一定的抗车辙能力和具有很好的耐久性、优良的抗疲劳性能。HMA基层抗疲劳设计必须使底面的弯拉应变低于材料的疲劳极限，这样才可预防或减缓路面结构性破坏。 可以采用增加混合料的柔性、增加路面厚度和采用基层材料抗疲劳设计的新方法。
长寿命沥青路面路基设计包括土基、垫层、地基层，是路面“长寿命”的关键。路基功能要求设计和修筑高强、稳定和均匀的路基，且设计路面时应将排水性能也作为重要指标，使路基具有最基本的刚度要求，以满足整个施工阶段和服务阶段的需要。
5、长寿命沥青路面结构和材料设计一体化研究
长寿命沥青路面结构和材料设计一体化研究的基本思路为：
（1）以材料路用性能为设计的根本，保证设计的实用性及区域的适用性。
（2）将结构设计与材料设计有机结合。
（3）在室内进行模拟不同施工环境下混合料性能测试及分析，以建立不同环境下施工参数与设计参数控制指标关系。
（4）结构设计和材料设计的实施效果直接受施工控制的影响，因此施工控制的指标是结构设计和材料设计必须考虑的因素。
（5）设计中应针对具体技术水平提出相应的方案，保证结构、材料设计指标的实现。
6、结论
长寿命沥青路面的工程造价较传统沥青路面大幅度提高，在我国现阶段推广应用不宜实现，但随着交通量和轴载的增大，从长远规划考虑，开展对长寿命沥青路面设计体系的研究，并有针对性地利用研究成果建设符合我国具体情况的公路项目，对提高道路的经济效益和社会效益具有重要的意义。
作者单位：内蒙古自治区公路工程局
