近年来，长寿命沥青路面得到了人们越来越多的关注。根据英国提出的长寿命沥青路面理念，沥青层需要足够的厚度以抵抗自下而上的疲劳裂缝；沥青路面不需要结构性大修，表面层的罩面周期应在10~20年之间。欧美很多研究确认了理念，并进一步提出了长寿命沥青路面的系统方案：(1)路基要具有足够的强度；(2)最底层的沥青混凝土应使用“较软”的沥青和较高的沥青含量以提高疲劳性能；(3)中间层的沥青混凝土应使用“较硬”的沥青和“骨架嵌挤”型级配以提高抗车辙能力；(4)表面层需要定期更换以保证行驶功能中国沥青网sinoasphalt.com。不同于欧美国家常用的全厚式沥青路面，我国95%以上的高等级公路均使用半刚性基层沥青路面。半刚性基层路面造价较低，能够广泛使用各种地材，但也会带来反射裂缝的风险。而完全照搬欧美的经验发展我国的长寿命沥青路面并不现实。如何结合我国的实际情况，减少反射裂缝的影响，设计和建造适用于重载交通的长寿命半刚性基层沥青路面，是需要解决的重要问题。

事实上，尽管我国高速公路沥青路面的设计寿命只有15年，但研究显示，早期建成的20多条高速公路的结构性使用寿命均超过20年，例如1988年通车的沪嘉高速公路、1991年通车的京津塘高速等。这些高速公路通车至今仍未进行过大规模的结构性维修改造。这证明了设计、施工良好的半刚性路面同样能够满足长寿命的使用要求。

鉴于目前的理论技术水平，仍难以采用纯理论的方法设计、建造长寿命路面，通过修建实体试验路、进行路用性能跟踪评价仍然是研究长寿命沥青路面最为有效的方式。对于半刚性路面而言，如何通过材料设计、结构设计、施工质量控制减少路面裂缝，提高耐久性，是实现路面长寿命的关键。

为研究并检验半刚性基层长寿命沥青路面的设计与建设技术，2012年课题组分别在内蒙古自治区准兴高速和广东省云罗高速上同时修建了两条试验路。这两条试验路均采用同样的设计理念，同样的路面结构，承受着类似的交通荷载，不同的是地理位置、气候环境及路用材料。经过连续3年的跟踪检测发现，两条试验路表现出不同的路用性能，其中准兴试验路的路面横向裂缝率达到47.9m/1　000m2，而云罗试验路仅为0.75m/1　000m2。下文将结合丰富的试验检测数据，分析两条试验路性能差异的原因，并对半刚性长寿命沥青路面的设计和施工经验进行总结与讨论。

基本理念

欧洲普遍认为半刚性路面的反射裂缝不可避免。基于这种认识，欧洲长寿命路面协会于2009年提出了半刚性基层长寿命路面的设计策略，即“带缝工作”。对于“带缝工作”策略，认为半刚性路面的沥青层主要起到功能性作用，因此可以相对较薄，但要减少水对基层的侵害，对路面裂缝要及时进行养护。对于“预防裂缝”策略，建议采取预防反射裂缝的措施，例如基层预开裂(切缝间距3~5m)、基层预压裂、应力吸收层等。

我国的半刚性基层沥青路面长期以来采用“强基、薄面、稳土基”的设计理念。相较于传统的半刚性路面，本研究认为新一代的半刚性基层长寿命沥青路面应该更加重视提高路面结构的承载能力，增强层间黏结，采用粗骨料断级配的混合料形式等。对于欧美国家普遍关注的反射裂缝问题，本研究认为通过多种技术措施的综合应用能够最大程度地减小反射裂缝的影响，例如：(1)将易开裂的细粒式混合料作为底基层；(2)基层混合料采用粗集料断级配的型式；(3)延长基层养生时间，减少施工期间的干缩开裂；(4)增强各层之间的层间联结；(5)半刚性基层与沥青面层之间，各个沥青层之间均设置防水黏结层；(6)沥青层出现裂缝后进行及时养护等。后文中将证明，这些措施的综合应用，对于防治反射裂缝具有明显作用。

路面结构与材料设计

试验路结构

2012年，课题组在内蒙古自治区准兴高速和广东省云罗高速上修建了两条长寿命试验路。其中准兴试验路单向长11km，双向5车道(重载方向3车道，轻载方向2车道)；云罗高速试验路长4km，单向2车道，铺设了4种不同的路面结构，其中方案一长1km，路面结构与准兴试验路几乎完全一致，其余3种方案的主要特点在于分别采用了碾压混凝土基层、18cm 沥青面层、级配碎石垫层等，在此不作详细介绍。

可见，准兴、云罗高速的半刚性基层长寿命试验路的路面结构为：路基之上为38cm 的水泥稳定材料底基层，分为两层铺筑，每层厚19cm；基层为38cm的水泥稳定级配碎石，分两层铺筑，每层厚19cm；下面层为8cm 的SAC-25；表面层准兴的为4cm 的SAC-16，云罗的为5cm 的SAC-13；基层和下面层之间，以及表面层和下面层之间均设置了防水黏结层。

路基材料

准兴试验路沿线天然砂砾丰富，因此路床均采用天然砂砾填筑，路基强度较高，路床顶面回弹模量约为90mPa，回弹弯沉代表值为116(0.01mm)。而云罗试验路沿线土质为红黏土，塑性指数为13.5%，路基强度相对较低，路床顶面的回弹模量约为50mPa，回弹弯沉代表值为239(0.01mm)。

半刚性材料

提供了准兴、云罗两试验路底基层、基层所采用的半刚性材料的级配形式。其中：准兴试验路底基层为水泥稳定天然砂砾，设计强度为2mPa；云罗试验路底基层为水泥稳定碎石，设计强度3mPa。两试验路的基层采用了水泥稳定级配碎石，设计强度为6mPa。

裂缝是半刚性材料的天然属性，如何减少裂缝的影响是实现半刚性路面长寿命的关键。如前所述，为减少半刚性基层的反射裂缝，两试验路的基层均采用了粗集料断级配的形式。相对于传统的水泥稳定碎石，水泥稳定级配碎石具有更高的碎石含量和更严格的级配范围，更易形成骨架嵌挤型结构，因此具有更强的抵抗裂缝的能力。

为检验试验路所采用的水泥稳定级配碎石的抗裂缝能力，课题组采用准兴试验路的基层混合料进行了干缩试验，结果是在最大失水量为3.69%时，水泥稳定级配碎石的干缩系数为92.5με/%。而传统的水泥稳定碎石混合料，在最大失水量为2.8%时，其干缩系数为253με/%，是前者的近3倍。由此可见，水泥稳定级配碎石基层对于减少半刚性长寿命沥青路面的反射裂缝具有积极作用。

沥青混凝土材料

两试验路的下面层均采用硬质沥青，25℃的针入度在20~30(0.1mm)之间；表面层均采用SBS改性沥青。下面层和表面层的沥青混凝土均采用粗集料断级配的形式，级配范围Ｄ列和Ｅ列所示。采用了最紧密状态法进行试验路的沥青混合料配合比设计，显示了准兴试验路下面层SAC-25的试验结果。可见，当油石比为4.3%时，混合料的VmA 和VcA 最小，干密度最大，空隙率VV 为3.3%，此时的混合料处于最紧密状态，力学性质最佳。

防水黏结层

为增强各层的层间联结、防止基层反射裂缝、阻止雨水侵入，两试验路在基层和下面层之间，以及下面层和表面层之间均设置了防水黏结层。黏结层施工前对下承层进行了彻底清扫，清除了表面的浮浆与碎石。使用SBS改性沥青作为结合料，喷洒温度为170~175℃，基层顶面的洒布量为2.2~2.4kg/m2，下面层顶面的洒布量为1.8~2.0kg/m2。洒布热沥青后，再撒布经过拌和楼除尘的单一粒径碎石，碎石温度不低于100℃，撒布量为满铺面积的55%~60%。碎石规格由上一层次混合料的最大公称粒径而定，对于本文中的两试验路，基层顶面的碎石规格为19~26.5mm，下面层顶面为13.2~16mm。

施工过程的质量检验

施工变异性

施工变异性对于混合料以及路面结构的使用性能具有重要影响，降低质量变异性是实现路面长寿命的有效手段。对于某些关键的质量指标，不仅单批次的检测结果应符合相应要求，连续几批次检测结果的变异性也应处于可控范围。在两条试验路施工期间，课题组进行了大量的室内外检测，对各档碎石级配、混合料级配、结合料剂量、芯样空隙率、沥青混合料高温性能、半刚性混合料抗压强度等关键指标进行了连续监测。总体而言，大部分指标均保持了较高的稳定性，变异性多处于15%、甚至10%以下，但各档碎石的级配、现场芯样的空隙率两项指标的变异性较大。

对于试验路使用的各档碎石原材料，虽然准兴试验路采用了单一粒径筛分机对粗集料进行了二次筛分，但基层所用的19~26.5mm、9.5~13.2mm、4.75~9.5mm碎石，以及面层所用的9.5~13.2mm碎石的关键筛孔通过率的变异性还是分别达到了30%、30%、22%以及24%。

尽管碎石级配的变异性较大，但由于采用了拌和站冷料仓的计重称量以及基于变异性的混合料目标配合比设计等措施，混合料的级配稳定性却保持了较高水平。检测结果显示，准兴试验路的基层混合料和表面层SAC-16混合料的关键筛孔通过率的变异性都在10%以下；下面层混合料SAC-25的变异性稍大，为16.7%。云罗试验路的基层和面层混合料关键筛孔通过率的变异性均在15%以下。

另外一项变异性较大的指标是现场芯样的空隙率。通过对准兴试验路的116个下面层芯样和107个表面层芯样的空隙率检测发现，下面层空隙率的平均值为4.3%，但变异性高达35.6%；表面层的平均值为5.3%，但变异性高达43.1%。云罗试验路也呈现了类似的检测结果：通过22个下面层芯样和32个表面层芯样的检测发现，下面层空隙率的平均值为3.9%，变异性为29.8%；表面层的平均值为5.4%，变异性为27.6%。由此可见，尽管两试验路沥青混合料的现场空隙率均值满足预期要求，但较大的变异性还是带来了一定的病害隐患。

结构承载能力

优良的结构承载能力是实现半刚性基层长寿命沥青路面耐久性的重要保障。两试验路施工期间，对各结构层的回弹弯沉、回弹模量进行了现场检测，准兴试验路的检测结果。可见，准兴试验路路基顶面的回弹弯沉代表值为116(0.01mm)，在铺筑一层水泥稳定天然砂砾底基层后即迅速减小至40(0.01mm)，上基层顶面仅为6.4(0.01 mm)，下面层顶面略有增大，为10.3(0.01mm)，表面层又降至8.0(0.01mm)。对于回弹模量，路基顶面的代表值为90mPa，铺筑一层底基层后即增大至486mPa，上基层顶面达到1　810mPa

云罗试验路也显示了类似的检测结果，特别是在云罗试验路路基回弹弯沉代表值在293.3(0.01mm)的情况下，铺筑一层水泥稳定碎石底基层后即迅速降至58.9(0.01mm)，上基层顶面为8.2(0.01mm)，表面层顶面为12.7(0.01mm)。

虽然准兴、云罗两试验路均展现了优异的结构承载能力，但值得注意的是，检测结果的变异性仍然较大。例如准兴试验路回弹弯沉的变异性在20.3%~38.9% 之间，云罗试验路的变异性在26% ~41.6%之间。如何进一步降低施工变异性是实现路面长寿命需要解决的重要任务。

路面性能调查

尽管采用了同样的设计理念、同样的路面结构，承受着类似的交通荷载，但两试验路的路用性能却表现出较大的差异性。准兴试验路建成于2012年10月，由于相邻路段尚未完工，因此于2013年10月才开放交通。然而2013年3月的路况调查却发现，虽然未开放交通，但准兴试验路的重载方向出现了277条横向裂缝，轻载方向出现了143条横向裂缝，裂缝率分别达到了25.2 m/1　000 m2、13 m/1　000m2。2014年4月的调查发现，横向裂缝的数量又有显著增加，其中重载方向为527条，裂缝率为47.9m/1　000m2；轻载方向为479条，裂缝率为43.5m/1　000m2。

云罗试验路同样建成于2012年10月，2012年12月底开放交通。2014年3月的路况调查显示，总长度为4km的试验路仅出现了3条横向裂缝，裂缝率为0.75m/1　000m2，其中长度为1km的方案一路段仅有1条横向裂缝。

与表面层的横向裂缝形成鲜明对比的是，两试验路的半刚性基层顶面的横向裂缝出现了截然不同的情况。由于得到了较好养生，铺筑下面层之前，准兴试验路半刚性基层顶面的横向裂缝很少，总长度为11km的试验路的裂缝率甚至小于1m/1　000m2。而由于路基状况较差，云罗试验路的半刚性基层表面出现了106条横向裂缝，其中方案一路段出现了46条横向裂缝，裂缝率为46m/1　000m2。

云罗试验路的路面裂缝情况也说明，所采用的防水黏结层、粗集料断级配的沥青混合料、最紧密状态沥青混合料设计方法等技术对于抑制反射裂缝的出现取得了良好效果。

裂缝原因分析

两试验路半刚性基层顶面和表面层横向裂缝的悬殊差异性表明，半刚性基层的反射裂缝不应是准兴试验路沥青层裂缝的主要原因。显示了准兴试验路的路面横向裂缝情况。可见，路面的裂缝甚至扩展到路边的路缘石上。拍摄地点在紧急停车带，由于当时尚未铺设沥青面层，因此可以清楚地观察到，横向裂缝由半刚性基层拓展至相邻的沥青层。结合云罗试验路的横向裂缝经验，不难推测横向裂缝应属于自下而上型的温度裂缝。

为监测路面结构内部的力学和温湿度响应状况，在准兴试验路上设置了一套传感器监测系统，提供了2013年路面各结构层的实测温度变化范围。可见，相对于沥青层，半刚性基层的温度变化范围相对较窄。准兴试验路路用混合料的温缩试验又表明，表面层SAC-16的温缩系数为41.7με/℃，下面层SAC-25为38.1με/℃，而水泥稳定级配碎石的温缩系数在12~13με/℃之间，远小于之上的沥青混合料，因此温度裂缝不应该首先出现在半刚性基层。综合自下而上的裂缝发展形态、实测温度数据、混合料温缩试验、两试验路裂缝的差异性等诸多因素分析认为，横向裂缝应首先发源于路基，由压实路基的冻裂引起，自下而上发展至路表，是一种我国北方重冰冻地区典型的因路基冻裂而引起的温度裂缝。

虽然出现了较多的横向裂缝，但由于养护及时、降雨量少等因素，裂缝对准兴试验路的路面使用性能并未造成过多影响。在今后我国北方地区的半刚性基层长寿命沥青路面的应用实践中，需考虑在路基顶面增设级配碎石垫层以防止类似裂缝的出现。

结语

(1)相对于传统的半刚性路面，半刚性基层长寿命沥青路面应该更加重视提高路面承载能力、优化混合料路用性能、使用粗集料断级配的级配型式、降低施工变异性、增强层间黏结能力、延缓或减少路面反射裂缝。

(2)南北两条试验路的实践经验证明，水泥稳定级配碎石、防水黏结层等技术对于延缓或减少路面反射裂缝具有积极效果；试验路具备优异的结构承载能力，可以为路面的长寿命提供重要保障；如何进一步降低施工变异性仍然是长寿命路面的一个重要努力方向。

(3)准兴试验路的路面横向裂缝情况说明，重冰冻地区的很多路表裂缝很可能由压实路基的冻裂引起，在这些地区建设长寿命路面应在结构组合、材料设计等方面更加重视气候环境的影响。