英國在20世紀50年代初期修築了多條設計壽命為20年的試驗路,在分析這些試驗路的路麵性能基礎上,根據Powell等人的設計理論提出目前的瀝青路麵設計方法。Powell的理論主張道路使用20年後,通過對原路麵補強來實現40年的設計壽命。詳細的40年費用效益分析(包括建設經費、結構性維修引起的交通延誤費用和其他費用),表明這種設計方法非常經濟。
最近研究表明,在重交通道路上,設計使用壽命40年的道路,因為不需進行結構補強,減少了道路維修和因維修而帶來的交通延遲,從而大大提高了其費用效果。因此,公路署、英國建設材料協會和瀝青協會委托TRL集成最新的路麵使用信息,對現行瀝青路麵設計理論加以評述,以期獲得不需要結構性維修而使用期至少長達50年的道路――長壽命道路,主要評述、分析結果如下。
(1)車轍
對厚瀝青麵層道路,當瀝青麵層厚為180~360mmshi,chezhelvyumiancenghouduwumingxianguanxi,chezhededabufenzhuyaofashengzailiqingcengbiaomian,cishidechezhebubiaoshidaoludezhengtijiegoubuzu。jinyibuzhaomianshejinengbaozhengjicengjiegoulianghao,jibianxiacengjiaoruo,ruoAC厚度足夠大,一般不會發生結構性變形。
(2)疲勞
在更厚的重交通路麵上進行的調查,在主要的結構層上也沒有檢測到任何疲勞開裂或疲勞損壞。數據的統計分析表明,90%多(duo)的(de)殘(can)餘(yu)壽(shou)命(ming)差(cha)別(bie)是(shi)由(you)瀝(li)青(qing)用(yong)量(liang)和(he)瀝(li)青(qing)硬(ying)度(du)的(de)不(bu)同(tong)引(yin)起(qi)的(de),瀝(li)青(qing)的(de)老(lao)化(hua)則(ze)是(shi)疲(pi)勞(lao)壽(shou)命(ming)差(cha)異(yi)的(de)主(zhu)要(yao)影(ying)響(xiang)因(yin)素(su)。瀝(li)青(qing)隨(sui)時(shi)間(jian)的(de)老(lao)化(hua)增(zeng)加(jia)了(le)其(qi)勁(jin)度(du),然(ran)而(er)基(ji)層(ceng)逐(zhu)漸(jian)硬(ying)化(hua)不(bu)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)疲(pi)勞(lao)開(kai)裂(lie)。計(ji)算(suan)表(biao)明(ming)基(ji)層(ceng)彈(dan)性(xing)勁(jin)度(du)隨(sui)瀝(li)青(qing)的(de)老(lao)化(hua)增(zeng)加(jia),擴(kuo)散(san)荷(he)載(zai)的(de)能(neng)力(li)也(ye)逐(zhu)漸(jian)提(ti)高(gao),從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)了(le)車(che)輛(liang)荷(he)載(zai)引(yin)起(qi)並(bing)導(dao)致(zhi)路(lu)麵(mian)疲(pi)勞(lao)的(de)基(ji)層(ceng)拉(la)應(ying)變(bian)。應(ying)變(bian)的(de)降(jiang)低(di)對(dui)疲(pi)勞(lao)壽(shou)命(ming)的(de)提(ti)高(gao)超(chao)過(guo)了(le)基(ji)層(ceng)老(lao)化(hua)引(yin)起(qi)的(de)疲(pi)勞(lao)壽(shou)命(ming)的(de)降(jiang)低(di),也(ye)即(ji)道(dao)路(lu)的(de)抗(kang)疲(pi)勞(lao)能(neng)力(li)隨(sui)老(lao)化(hua)的(de)程(cheng)度(du)而(er)提(ti)高(gao)。
(3)瀝青的養生
麵mian層ceng瀝li青qing隨sui時shi間jian而er硬ying化hua,但dan主zhu要yao結jie構gou層ceng的de逐zhu漸jian硬ying化hua似si乎hu對dui道dao路lu是shi有you利li的de,更geng確que切qie地di說shuo,瀝li青qing的de老lao化hua是shi一yi種zhong養yang生sheng過guo程cheng。但dan不bu希xi望wang磨mo耗hao層ceng過guo度du老lao化hua,因yin為wei這zhe會hui導dao致zhi路lu麵mian從cong表biao層ceng開kai裂lie。
(4)長壽命路麵強度
良好施工的厚瀝青路麵瀝青基層彈性勁度和荷載擴散能力提高的事實表明:瀝(li)青(qing)基(ji)層(ceng)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)因(yin)交(jiao)通(tong)誘(you)發(fa)的(de)破(po)壞(huai)。荷(he)載(zai)擴(kuo)散(san)能(neng)力(li)提(ti)高(gao)也(ye)能(neng)比(bi)較(jiao)明(ming)顯(xian)地(di)由(you)使(shi)用(yong)期(qi)間(jian)道(dao)路(lu)的(de)彎(wan)沉(chen)的(de)減(jian)小(xiao)來(lai)證(zheng)實(shi)。在(zai)某(mou)一(yi)強(qiang)度(du)閾(yu)值(zhi)之(zhi)上(shang)的(de)道(dao)路(lu),隻(zhi)要(yao)在(zai)表(biao)麵(mian)開(kai)裂(lie)和(he)車(che)轍(zhe)對(dui)道(dao)路(lu)的(de)整(zheng)體(ti)性(xing)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)影(ying)響(xiang)之(zhi)前(qian)進(jin)行(xing)處(chu)理(li),在(zai)相(xiang)當(dang)長(chang)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)此(ci)路(lu)仍(reng)會(hui)保(bao)持(chi)結(jie)構(gou)完(wan)好(hao)的(de)服(fu)務(wu)能(neng)力(li)。
以上分析表明:長壽命路麵設計的關鍵是保證路麵強度滿足某一強度閾值,即滿足路麵的耐久性要求。因此,長壽命路麵的瀝青層厚度不宜小於200mm,一種有效的長壽命路麵結構是由很薄的磨耗層、HMB基層和底基層組成的,在有很強的抗變形能力的HMB層上加鋪20~30mm的磨耗層可以構成一種抗車轍性能良好的路麵結構。
2.1.1.2 美國長效性路麵研究概述
長壽命路麵在美國被稱作長效性或永久性路麵。美國瀝青路麵協會(APA)關於永久性路麵的定義為:路麵使用年限至少為35年,並且在使用年限內確保路麵不發生結構性破壞,隻需進行周期性養護,平均罩麵時間不小於12年。 美國各州關於永久性路麵的使用年限也並不統一,表2―1是美國部分州關於永久性路麵使用期的基本情況。
美國長效路麵常見結構類型見表2―2。從表中可以看出,其長效性路麵通常采用柔性結構,路基強度較高時,可以采用全厚式;路基強度不足時,加鋪粒料基層或瀝青碎石基層。
麵層結構組合是長壽命路麵設計的關鍵,麵層結構必須結合各部分功能特點進行組合。
美國瀝青路麵協會提出麵層分為3層:
山-亡麵層:厚40~75mm,要求具有良好的抗車轍能力、抗老化性能、低溫性能和良好的表麵特性; 中麵層:厚100~175mm,要求具有較高的模量和抗車轍性能: 下麵層:厚75~100mm,要求具有抗疲勞和抗水損壞能力。 J.Harvey和Carl Monismith等人提出另外一種麵層組合:25~37mm的磨耗層,75~100mm上麵層,中麵層(設計層,厚度需要計算)和50~75mm下麵層。
長效性路麵不僅適用於大交通量道路,經適當的調整也可以用於中、低等級交通量道路。美國馬裏蘭州將SMA用於全厚式瀝青路麵結構的麵層,該路的行車速度限製可大於
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