瀝青路面柔性基層道路改造探索

李建紅

（徐州市市政設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 徐州 221002）

0 前言

“七五”、“八五”后我國確立了“強(qiáng)基、薄面、穩(wěn)土基”的半剛性瀝青路面設(shè)計(jì)基本理念，由于半剛性基層整體強(qiáng)度高、板體性好，可以減薄瀝青面層、節(jié)省工程造價(jià)，使瀝青路面具有很高的承載力，在已建成的高速公路中，95%是以半剛性材料為基層，瀝青混凝土為面層的路面。在長期的實(shí)踐過程中，也發(fā)現(xiàn)了半剛性基層的通?。?1)由于半剛性基層干縮和溫縮特性形成的瀝青路面的反射裂縫；(2)半剛性基層材料壓實(shí)后非常致密，幾乎成為完全不透水層；(3)半剛性基層與瀝青層之間的聯(lián)結(jié)存在較大問題。大量采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)是由于我國國情決定的，反觀國外半剛性路面基層使用相對較少，即使使用也是采用較厚的瀝青層、較薄半剛性材料作底基層，近年來國內(nèi)部分學(xué)者開始關(guān)注柔性基層道路的研究，其中《瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)應(yīng)用指南》（以下簡稱《指南》）作了較深入的闡述。

1 我國瀝青路面柔性基層道路發(fā)展現(xiàn)狀

2002年交通部課題“瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)”立項(xiàng)，多家單位聯(lián)合對國內(nèi)外柔性基層相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)資料記載，上世紀(jì)70年代末、80年代初部分地區(qū)在低等級公路上鋪筑了一定數(shù)量的瀝青表面處治級配碎石基層路面，在使用過程中加鋪瀝青面層，由于初期交通量低，結(jié)構(gòu)性大修較少，有的服務(wù)壽命達(dá)30 a。早期修建的CY高速公路采用5 cm瀝青混凝土+7 cm瀝青碎石+20 cm繼配碎石+28～36 cm石灰穩(wěn)定泥巖，截至2002年底，累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次達(dá)到780多萬次，表面平整、粗糙，沒有明顯的車轍，沒有嚴(yán)重的網(wǎng)裂[1]。課題組認(rèn)為柔性基層可以明顯減少瀝青路面的開裂，特別是半剛性基層瀝青路面的反射性裂縫問題，能夠獲得較好的效果。

2 徐州市瀝青路面柔性基層道路概況

淮海西路為徐州市東西向重要城市主干道，建于上世紀(jì)五十年代，原有結(jié)構(gòu)為3 cm瀝青表處+10 cm泥結(jié)碎石+25 cm狗頭石，不斷加鋪瀝青面層至今。1999年進(jìn)行了一次大的改造，車行道中間部分采用3 cm細(xì)粒式瀝青+11 cm黑色碎石路面；道路兩側(cè)新建部分（現(xiàn)有非機(jī)動車道部分）采用3 cm細(xì)粒式瀝青+8 cm黑色碎石+20 cm碎石灰土+30 cm石灰土基層，結(jié)構(gòu)層厚度為61 cm。運(yùn)營階段機(jī)動車道部分保持常規(guī)性的挖補(bǔ)及次數(shù)、厚度不等的加罩，2010年初進(jìn)行大修改造。

中山路為徐州市南北向重要城市主干道，據(jù)可追溯的資料顯示，1983年修建時(shí)采用的路面結(jié)構(gòu)為3 cm瀝青+10 cm瀝青碎石淺貫+20 cm碎石灰土+20 cm石灰土基層。2001年對二環(huán)北路到和平路段長3.75 km進(jìn)行改擴(kuò)建，車行道路面結(jié)構(gòu)為3 cm細(xì)粒式瀝青+粗粒式瀝青混凝土找平層，路中部分粗粒式瀝青按7 cm控制，由于原路拱橫坡較大，部分達(dá)到了4%以上，改造后按1.5%控制，機(jī)動車道寬度為15 m，因此粗粒式瀝青混凝土厚度在7～25 cm，中間薄，兩側(cè)厚。目前該道路整體情況良好，無明顯的裂縫、坑槽、沉陷、車轍，平整度良好，車輛行駛平穩(wěn)舒適。

3 淮海西路改造情況

3.1 路面現(xiàn)狀病害

通過現(xiàn)狀調(diào)查，淮海西路機(jī)動車道路表病害如下：

(1)車轍：主要在交叉口渠化部位、公交站臺。其原因?yàn)樵缙诘钠胀ˋC瀝青路面高溫穩(wěn)定性較差，在車輛的反復(fù)作用下，永久變形的累積所導(dǎo)致。

(2)擁包：主要在陡坡路段、交叉口渠化部位、公交站臺，使用過程中雖經(jīng)多次修補(bǔ)，但個(gè)別路段還是產(chǎn)生一定的擁包，公交站臺所在路段表現(xiàn)比較明顯，個(gè)別處高出路面達(dá)10 cm左右。其原因?yàn)檐囕喣雺禾幝访娈a(chǎn)生較大的橫向推擠力，瀝青路面柔性基層抗剪切力強(qiáng)度較弱。

(3)泛油：由于交通荷載作用使混合料內(nèi)集料不斷擠緊、空隙率減小，最終將瀝青擠壓到路面。

(4)裂縫：集中在檢查井周圍，開挖后發(fā)現(xiàn)檢查井鎖口石為兩塊拼接而成（也有部分檢查井鎖口石斷開），由于車輛輪胎的沖擊力及鎖口石基礎(chǔ)不穩(wěn)所形成；另外通過開挖斷面發(fā)現(xiàn)原有的泥結(jié)碎石完好，黃泥色澤新鮮，狗頭石咬合緊密。

(5)瀝青層脫離：在部分開挖路段發(fā)現(xiàn)瀝青層有比較明顯的脫離現(xiàn)象，多層瀝青猶如幾層薄餅疊加在一起。

非機(jī)動車道由于車輛作用比較少，整體較好，主要病害為裂縫，除檢查井周圍處產(chǎn)生與機(jī)動車道相同的裂縫外，在檢查井較少的路段也產(chǎn)生了一定數(shù)量的橫向裂縫?；春Ｎ髀酚捎跈C(jī)動車道與非機(jī)動車道路面結(jié)構(gòu)類型不同、車輛荷載不同，所產(chǎn)生的病害差異較大，其破壞形式符合目前相關(guān)的理論及工程實(shí)例所證實(shí)的結(jié)果。

3.2 舊路面強(qiáng)度影響因素

對全路段機(jī)動車道按20 m一個(gè)斷面，每個(gè)斷面四個(gè)車道，每車道左、右輪進(jìn)行彎沉檢測，其檢測結(jié)果見表1，全路段彎沉柱狀圖分車道統(tǒng)計(jì)見圖1。

根據(jù)彎沉結(jié)果及現(xiàn)場開挖情況經(jīng)總結(jié)分析后得出以下規(guī)律：

(1)車輛荷載:內(nèi)側(cè)車道彎沉值小于46的比例分別為70.2%、58.7%，外側(cè)車道分別為36.0%、15.3%；內(nèi)側(cè)車道彎沉值小于56的比例分別為84.3%、71.5%，外側(cè)車道分別為50.4%、18.6%。內(nèi)側(cè)車道基本上為小汽車，外側(cè)車道公交車比例遠(yuǎn)大于小汽車，可以看出車輛軸次對路表彎沉起決定性的因素。

圖1 淮海西路全路段彎沉柱狀圖

(2)路基強(qiáng)度：K1+110～K1+330長220m路段，內(nèi)側(cè)車道彎沉值較大，其中北內(nèi)側(cè)車道基本在50～80之間，開挖后發(fā)現(xiàn)該段路基為軟彈土。K1+670～K1+830長160 m路段位于西安路交叉口渠化段內(nèi)，內(nèi)側(cè)兩個(gè)車道實(shí)測彎沉值較小，特別是南內(nèi)側(cè)車道基本在46以內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場開挖情況該路段瀝青（包括瀝青碎石）厚度在22 cm以內(nèi)，部分點(diǎn)在17 cm左右，該段路基較好，重型壓路機(jī)碾壓無輪跡。

3.3 路面結(jié)構(gòu)改造方案的擬定

(1)改造標(biāo)準(zhǔn)的確定

《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG H20-2007)6.2.1條規(guī)定“路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為抽樣評定指標(biāo)，單獨(dú)計(jì)算與評定，評定范圍根據(jù)路面大中修養(yǎng)護(hù)需求、路基的地質(zhì)條件等自行確定?！?；《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ 073.2-2001)4.5.3條中采用路面強(qiáng)度指數(shù)SSI（路面設(shè)計(jì)彎沉值/路段代表彎沉值）進(jìn)行評價(jià)，但未指明基層類型?！冻擎?zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ 36-2006)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為路表回彈彎沉值，4.5.4條根據(jù)交通量等級將路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分為足夠、臨界和不足三個(gè)等級，見表2，其彎沉控制跨度比較大。

表1 淮海西路路段彎沉點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 瀝青路面柔性基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（彎沉值以軸重100 kN為標(biāo)準(zhǔn)）（0.01mm）

淮海路改造時(shí)甲方、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理以及相關(guān)單位代表對改造標(biāo)準(zhǔn)爭論不休，有的主張應(yīng)全部挖除新建，有的從節(jié)省工程造價(jià)、縮短工期減少對交通干擾出發(fā)考慮進(jìn)行表面處理即可。后經(jīng)協(xié)商按《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，當(dāng)單點(diǎn)彎沉值大于46時(shí)挖除新建，竣工驗(yàn)收時(shí)彎沉值按45控制，內(nèi)部控制指標(biāo)為40，根據(jù)圖1分析結(jié)果，淮海路內(nèi)側(cè)車道挖除面積為35.54%，考慮現(xiàn)場挖補(bǔ)的完整性按40%控制。

(2)路面結(jié)構(gòu)的確定

機(jī)動車道路面結(jié)構(gòu)分新建與挖除兩部分考慮，改建部分采用5 cm熱再生瀝青混凝土（細(xì)粒式AC-13C型）；新建部分采用4 cm細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13C型+粘層+6 cm中粒式瀝青混凝土AC-20C型+0.5 cm下封層+透層+50 cm二灰碎石，總厚度60.5 cm，其中新建部分表層4 cm細(xì)粒式瀝青混凝土與改建部分一起采用熱再生。施工過程中開挖后發(fā)現(xiàn)部分路基為淤泥質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)層以下80 cm左右出現(xiàn)明水且路床范圍內(nèi)管線縱橫，繼續(xù)下挖難度大，工期長，施工現(xiàn)場中改為15 cm碎石墊層+30 cm素混凝土墊層+20 cm二灰碎石+10 cm瀝青面層，素混凝土施工時(shí)按一層施工，振搗密實(shí)，縱橫切縫。淮海路改造過程中受各種條件限制，挖除新建部分受傳統(tǒng)理念、施工工藝等因素制約采用了半剛性基層，軟彈土路段采用剛性基層，與老路部分的柔性基層并存。

(3)路面熱再生

在瀝青上面層的施工過程中采用了英達(dá)熱再生工藝，針對原路面瀝青材料取樣測定瀝青性能及含量、混合料級配等，瀝青為改性瀝青，添加集料為玄武巖，瀝青面層厚度比原有老路面高出1.5 cm。其優(yōu)點(diǎn)如下：

a.施工工藝簡單，迅速方便快捷，對交通干擾較少，無環(huán)境污染；b.實(shí)現(xiàn)100%舊路面瀝青材料的重新使用，符合資源循環(huán)利用的原則；c.瀝青面層之間為熱粘結(jié)，使之成為一個(gè)整體，提高了路面維修質(zhì)量，施工接縫為熱接縫，避免了冷接縫由于雨水滲入而發(fā)生的路面破壞；d.施工工藝科學(xué)合理，能夠較好地調(diào)整舊路面瀝青混合料的級配，改善舊瀝青混合料的物理結(jié)構(gòu)，恢復(fù)其中老化瀝青的性能，恢復(fù)舊路面瀝青混合料良好的路用性能；e.對于車轍部分充分利用了其壓實(shí)功能；f.常規(guī)再生機(jī)組破碎設(shè)備為齒輪破碎舊路面集料，再生混合料級配難以控制，英達(dá)再生機(jī)組中的破碎設(shè)備為梳齒，舊路面集料加熱后級配易于控制。

施工后檢測效果不錯(cuò)，反映瀝青熱再生對于柔性基層瀝青路面改造（特別是薄瀝青面層下為瀝青碎石或級配碎石）有比較好的適應(yīng)性，若采用常規(guī)的銑刨舊瀝青面層加鋪新面層時(shí)容易造成下面層的松動，造成層間結(jié)合薄弱。

4 瀝青路面柔性基層改造探索

(1)全柔式瀝青路面：徐州市淮海路1999年改造后的路面結(jié)構(gòu)為3 cm瀝青+11 cm黑色碎石+3 cm瀝青表處+10 cm泥結(jié)碎石+25 cm狗頭石，由于狗頭石的板體性達(dá)不到半剛性的要求，可以認(rèn)為該路面結(jié)構(gòu)基本上為全柔式瀝青路面，接近于全厚式瀝青路面結(jié)構(gòu)，完成了長達(dá)半個(gè)多世紀(jì)的歷史使命。路基回彈模量E0分別取30 MPa、60 MPa計(jì)算，采用公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)（HPDS2006）計(jì)算后，其承受的軸次分別為500萬次、929萬次，僅為中等交通的低值、中值，而實(shí)際運(yùn)行過程的軸次達(dá)到了特重交通標(biāo)準(zhǔn)。因此，采用86瀝青路面規(guī)范以來的雙圓均布垂直荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論不符合全柔式瀝青路面結(jié)構(gòu)的計(jì)算。

(2)組合式路面結(jié)構(gòu)：中山路2001年改造后的路面結(jié)構(gòu)為3 cm瀝青+10～18 cm瀝青+10 cm瀝青穩(wěn)定碎石+20 cm碎石灰土+20 cm石灰土基層,符合《指南》中推薦的組合式路面結(jié)構(gòu)。經(jīng)計(jì)算路基回彈模量E0取40 MPa，當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次為1 200萬次，達(dá)到重交通級別，改造后的道路運(yùn)營10 a路面狀況良好，實(shí)際情況與現(xiàn)行理論計(jì)算結(jié)果較為吻合。

(3)瀝青層厚度對軸次的影響：不論是中山路的組合式結(jié)構(gòu)還是淮海路的全柔式結(jié)構(gòu)，當(dāng)增加一層粗粒式瀝青面層時(shí)，其軸次幾乎提高一個(gè)數(shù)量級，見表3。增加瀝青層后，半剛性基層位置下移，隨深度的增加其底部彎拉應(yīng)力減小明顯，路面結(jié)構(gòu)較容易的獲得半剛性基層瀝青路面難以達(dá)到的億次以上特重交通量。

(4)路基頂面回彈模量對軸次的影響：組合式路面結(jié)構(gòu)3 cm瀝青+9 cm瀝青+14 cm瀝青碎石+20 cm二灰碎石+20 cm二灰土，當(dāng)路基頂面回彈模量從40 MPa到60 MPa時(shí)按現(xiàn)行規(guī)范理論計(jì)算，其軸次見圖2，可以看出當(dāng)回彈模量大于50 MPa時(shí)其軸次變化較小。4 cm瀝青+6 cm瀝青+10 cm瀝青+10 cm瀝青碎石+20 cm石灰碎石土+20 cm石灰土，當(dāng)路基頂面回彈模量從30 MPa到80 MPa時(shí)其軸次計(jì)算見圖3，可以看出當(dāng)回彈模量大于40 MPa時(shí)隨著回彈模量的增長軸次幾乎成直線增長，且其軸次理論上可達(dá)到2億次左右，洛杉磯Ⅰ-710州際道路使用40 a其標(biāo)準(zhǔn)軸次為1～2億次[1]。無論圖2還是圖3均要求回彈模量較高，也與日美國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求類似。

表3 增加瀝青厚度后軸次計(jì)算

圖2 路基回彈模量對軸次的影響

5 結(jié)語

目前，瀝青路面柔性基層已經(jīng)引起大家的重視，隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，部分地區(qū)開始追求高品質(zhì)的路面，瀝青路面柔性基層無結(jié)構(gòu)性損壞、長壽命、適應(yīng)重交通、管養(yǎng)方便、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)將逐步體現(xiàn)出來，也會越來越多的應(yīng)用于工程實(shí)踐，目前尚存在問題：

(1)理論體系及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的完善

圖3 路基回彈模量對軸次的影響

2006版瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中高級瀝青路面以路表回彈彎沉值、瀝青混凝土層的層底拉應(yīng)力及半剛性材料層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)易執(zhí)行。從實(shí)際情況來看，組合式路面結(jié)構(gòu)與06規(guī)范比較吻合，但全厚式瀝青路面不能單純的以路表回彈彎沉值作為控制指標(biāo)，其路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與軸次關(guān)系不明朗，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、影響因素、驗(yàn)收控制指標(biāo)需明確，其中柔性基層瀝青路面的改造需加快研究和制定改造標(biāo)準(zhǔn)（《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(CJJ 36-2006)中雖有規(guī)定，仍比較模糊），以便更好的指導(dǎo)工程實(shí)踐，減少工程中的爭執(zhí)。

(2)柔性基層材料力學(xué)性能的研究

柔性基層瀝青路面無結(jié)構(gòu)性的損壞，其破壞深度僅在瀝青混凝土表層，其最大的病害為車轍，而車轍與瀝青面層的厚度，柔性基層材料的力學(xué)性能相關(guān)，目前我國在瀝青碎石、級配碎石等柔性基層的級配、設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)、施工工藝、施工質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)等方面研究較少。

徐州市淮海路及中山路的改造為學(xué)者研究提供了工程實(shí)例，其中城市軟彈路基地段碎石墊層+素混凝土墊層+薄二灰碎石（20 cm）+薄瀝青面層的相關(guān)工程實(shí)例報(bào)道較少，其原理及使用效果有待進(jìn)一步研究。

［1］李福普,嚴(yán)二虎,等.瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)應(yīng)用指南[M].北京:人民交通出版社,2009.