公路路面结构设计的耐久性研究

摘要：公路路面作为交通基础设施的重要组成，其结构设计质量直接关系到使用寿命、行车安全与后期养护成本。为提升路面工程的整体性能水平，必须深入研究路面结构的耐久性问题。文章从结构层次、材料性能、荷载响应等方面分析影响耐久性的关键因素，并结合现有设计理念探讨优化路径，提出提升路面耐久性的系统策略，以实现低维护、高效能的路面工程建设目标，服务交通强国战略实施。

关键词：路面结构；耐久性设计；材料性能

一、公路路面结构耐久性设计的理论基础与关键问题

（一）多层结构体系对荷载传递与疲劳破坏的响应特征

公路路面通常采用多层复合结构形式，由面层、基层、底基层与土基构成的系统决定了其整体力学行为与抗破坏能力。在荷载长期作用下，各结构层之间存在明显的应力传递关系，任一层次的性能衰减均可能导致路面整体承载体系失衡。结构层间模量匹配与厚度设计直接影响路面对车辆荷载的扩散效率，若局部结构层强度不足，则极易形成应力集中，从而加速疲劳裂缝扩展。应考虑不同工况下动荷载、温缩、湿胀等复杂作用，进行系统力学模型分析，以构建更为科学的耐久性评价体系，提升路面对长期服务状态下结构完整性的维持能力。

（二）环境耦合作用下材料老化引发性能劣化风险

路面结构服役过程中常受到气温变化、水分侵入、紫外辐射与盐化物侵蚀等多重环境因子的联合作用，造成结构材料性能发生时间性衰减，影响其耐久性。沥青材料在高温环境下会出现软化流变，低温条件下则容易发生脆性开裂；水分渗入后将促使沥青脱粘或基层脱离，导致层间剪切力减弱甚至结构剥离。矿料与水泥材料在冻融交替下亦会出现微裂缝扩展、界面粘结破坏等现象。需构建多维环境作用下的材料寿命预测模型，分析材料微观结构变化过程，制定符合实际条件的防护措施与材料选型方案，从源头延缓路面结构的性能退化进程。

（三）设计理念局限制约结构寿命的精细化控制

在路面设计实践中，部分项目仍沿用传统的经验公式或简化荷载模型，缺乏对路面长期性能演化过程的深入分析，导致设计标准滞后于实际使用需求。设计过程中过度强调初始承载能力而忽视了结构在全生命周期内的性能保持特性，使得在中后期阶段容易出现开裂、沉陷、车辙等早期损坏现象。规划阶段若未将交通量增长、气候极端化趋势等因素纳入设计变量，将直接影响设计预测的准确性与寿命评估的合理性。设计理念需由“安全满足”向“耐久保障”升级，推动结构设计标准体系融合性能衰变规律、材料退化曲线及服务期维护策略，实现结构寿命的全过程可控。

二、公路路面结构耐久性提升的优化路径与应用策略

（一）强化结构层间协同设计提升整体抗疲劳能力

在结构层设计过程中应注重各层之间的材料性质与模量匹配，避免刚度差异引发应力集中问题。对于面层与基层之间的连接界面，应选用具有高粘结强度的粘层材料，提升界面整体性与抗剪性能，防止分层脱空现象的发生。在材料选型方面，应根据服役区段的气候环境与交通荷载特征，选择具有适应性的面层与基层材料组合，使上层结构具备高延展性、抗裂性，下层结构具备良好支撑与变形协调能力。针对高速公路或重载交通路段，应采用刚柔组合设计方式，将沥青面层与水泥稳定基层合理配置，实现柔性表层与刚性支撑的优势互补，有效分散荷载压力，提升结构整体的抗疲劳性能与寿命维持能力。通过引入结构耦合理论与有限元模拟手段，对结构内应力状态进行精细化分析与优化，提高整体系统的协同工作效能。

（二）优化材料配比与性能提升延缓老化衰退进程

路用材料的耐久性不仅取决于单一原材的性能指标，更与混合料配比结构密切相关。在沥青混合料方面，应通过优化沥青-矿料界面结构，提升粘附性能与温度稳定性，引入抗氧化剂与紫外屏蔽助剂抑制老化反应的加速扩展。矿料方面应严格控制粒径级配与掺合比率，使骨架形成更加紧密稳定的内部结构，有效提升抗车辙与水稳性能。对于基层材料，可在水泥稳定土中掺加纤维、外加剂等增强成分，改善其抗裂性能与湿态粘结能力，避免因干缩开裂影响结构整体性。施工阶段应关注材料拌合温度、压实度与均匀性控制，防止施工质量波动对结构初期性能形成负面影响。通过全过程控制材料品质与拌合参数，结合现场环境监测与试验反馈机制，构建“设计—拌合—施工—验证”一体化质量保障体系，延缓路面结构的功能退化周期。

（三）引入生命周期理念推动设计与养护一体融合

将结构全寿命周期纳入设计体系，有助于实现结构功能、建造成本与维护效率的最优平衡。在设计阶段应结合不同交通需求与地质环境，开展多方案寿命成本对比分析，通过选择生命周期费用最小化的结构组合，实现技术经济性双优目标。在初期结构构造选择中应充分考虑后期养护便捷性与维修替代成本，优先选用易于养护、维修周期长的结构型式。在结构服役期间建立基于大数据的性能衰变预测模型，结合路况调查与交通实测数据，动态调整养护时点与技术方案。在材料设计中引入可循环使用与再生利用技术，降低路面更新带来的资源消耗与碳排放，实现绿色低碳的可持续发展路径。通过形成“前期设计—中期养护—后期更新”全过程闭环控制，实现结构使用性能的动态优化管理，显著提升路面工程的长期服务效益。

（四）强化结构病害监测技术保障服务状态可控可视

耐久性控制不仅依赖设计与材料优化，还需建立科学高效的结构健康监测与状态评估系统，实现结构潜在病害的早识别、早预警、早干预。在道路结构内部可布设应力应变传感器、温湿感应器与压电响应装置，实现实时监测面层裂缝演化、结构层沉降变化与界面滑移趋势。通过融合物联网与无线通信技术，实现多维数据的实时采集与远程传输，构建基于云平台的数据分析中心，对结构运行状态进行智能诊断与趋势预测。应结合无人机图像识别与地面雷达扫描技术，对道路表面病害与结构层空洞进行非接触式快速检测，提升巡查效率与数据准确性。建立分级预警机制，根据不同病害程度与发展速率设定干预方案与维修策略，推动“被动修复”向“主动预防”转变，延长路面使用周期并降低突发病害导致的交通影响。

结束语：公路路面结构的耐久性直接决定了其服务性能、经济性与安全保障能力，提升其设计质量与结构性能已成为公路工程发展的重要方向。通过优化结构体系、精细化材料设计、强化监测技术与引入全寿命管理理念，可全面提升路面系统的长期稳定性与使用效益，支撑现代交通基础设施的高质量运行。

参考文献

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