城市道路柔性路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

李強(qiáng)

摘 要：由于新疆氣候和地理位置特殊，部分盆地區(qū)域土地鹽堿化和凍脹程度較嚴(yán)重。早先市政道路工程設(shè)計(jì)采用了半剛性基層，道路在結(jié)構(gòu)使用年限早期就出現(xiàn)了因鹽脹、凍脹引起的路面壅包、裂縫等病害；后來(lái)設(shè)計(jì)采用的柔性路面結(jié)構(gòu)在很大程度上緩解了因鹽脹而引發(fā)的路面病害，取得了良好的效果，且路面的使用年限大大增加。通過(guò)對(duì)柔性路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)理論、服役年限規(guī)定和竣工驗(yàn)收以后的路況質(zhì)量進(jìn)行分析，針對(duì)設(shè)計(jì)理論的技術(shù)問(wèn)題提出了對(duì)柔性路面結(jié)構(gòu)層的優(yōu)化改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：城市道路；柔性路面；結(jié)構(gòu)層；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U416.222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.085

柔性路面因其結(jié)構(gòu)層由不同的材料構(gòu)成，并且道路下方土體（路基）自身性質(zhì)十分復(fù)雜，在外部荷載作用下，其應(yīng)力-變形關(guān)系一般呈非線性，其力學(xué)性質(zhì)是非線性的彈-粘-塑性體。柔性路面結(jié)構(gòu)和半剛性路面結(jié)構(gòu)有各自的特點(diǎn)——柔性路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是彎沉變形大、抗彎強(qiáng)度小，破壞形式取決于極限垂直變形和彎拉應(yīng)變；半剛性路面結(jié)構(gòu)具有一定的板體性，剛度、擴(kuò)散應(yīng)力大，但滲水性差，易收縮開(kāi)裂。因此，對(duì)鹽堿化嚴(yán)重的地區(qū)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)理論的定量分析、材料性能和強(qiáng)度的計(jì)算，分析柔性路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)、柔性路面結(jié)構(gòu)計(jì)算的缺陷，達(dá)到設(shè)計(jì)理論與竣工后的道路使用功能相統(tǒng)一的目的，滿足技術(shù)效果的高質(zhì)量和最低的項(xiàng)目成本的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

1 柔性基層瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)

柔性基層包括瀝青穩(wěn)定碎石、級(jí)配碎石、級(jí)配礫石等。與半剛性基層相比，柔性基層因溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力影響較大，受濕度變化的影響較小，因此出現(xiàn)反射裂縫問(wèn)題的可能性較小。從結(jié)構(gòu)層受力的角度來(lái)看，顯然柔性基層對(duì)面層的設(shè)計(jì)適應(yīng)性更強(qiáng)。柔性基層模量是按照一定的比例降低的，模量變異性不大，不易產(chǎn)生車(chē)轍；半剛性基層的后期強(qiáng)度比瀝青面層要大，且前者剛度大于后者。這種情況容易造成路面層上面軟、下面硬，并且容易產(chǎn)生車(chē)轍，不利于面層的穩(wěn)定。此外，柔性基層的抗疲勞能力要強(qiáng)一些。

2 柔性基層瀝青路面對(duì)鹽脹地區(qū)的適用性

土壤的鹽脹、凍脹受多種因素的影響，例如土壤溫度、土壤濕度、含水量、壓力和土壤粒徑等。含水土體凍結(jié)時(shí)，土體中的水受冷膨脹變成冰體，其體積膨脹受到約束而產(chǎn)生凍脹力。鹽脹時(shí)，土壤中的SO42-和Cl-含量超出設(shè)計(jì)的規(guī)定要求，當(dāng)溫度降到一定數(shù)值時(shí)，含鹽濃度大于土壤中鹽的溶解度，便開(kāi)始了結(jié)晶過(guò)程。在結(jié)晶過(guò)程中，土壤的形態(tài)發(fā)生變化，表面松散形成硬鹽殼或鹽盤(pán)的形狀，體積膨脹，體積密度下降。

由于柔性路面結(jié)構(gòu)普遍采用瀝青穩(wěn)定碎石、級(jí)配碎石、級(jí)配礫石作為基層，材料本身的孔隙率較大，鹽脹或凍脹發(fā)生時(shí)，由鹽類(lèi)結(jié)晶或水體結(jié)冰引起的體積膨脹能在此類(lèi)基層的孔隙中釋放，因此，不會(huì)造成路面反射裂縫。如果基層為半剛性材料，由于鹽脹或凍脹產(chǎn)生的體積膨脹無(wú)釋放空間，因此會(huì)造成基層裂縫，并反映到面層頂部的反射裂縫。柔性路面本身就具有一定的低溫抗裂性能，且低溫環(huán)境下出現(xiàn)的部分細(xì)微裂縫在高溫環(huán)境下也能自愈。

3 結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)理論與方法存在的問(wèn)題

3.1 路表彎沉值設(shè)計(jì)指標(biāo)

彎沉值Ld表示的是由設(shè)計(jì)年限累計(jì)交通量確定的路面設(shè)計(jì)及軸載當(dāng)量圓受力半徑。進(jìn)行路面厚度計(jì)算時(shí)，以車(chē)輪間隙中心路表的實(shí)際彎沉Ls為依據(jù)，并且要求Ld>Ls.路表彎沉計(jì)算如圖1所示。

路面設(shè)計(jì)彎沉值Ld理論的觀點(diǎn)是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)一個(gè)車(chē)道上預(yù)計(jì)通過(guò)的累積當(dāng)量軸次、道路等級(jí)、面層和基層類(lèi)型而確定的路表彎沉值，即設(shè)計(jì)彎沉值的計(jì)算公式為：

Ld=600Ne-0.2AcAsAb. （1）

式（1）中：Ac為道路等級(jí)系數(shù)，快速路、主干路為1.0，次干路為1.1，支路為1.2；As為面層類(lèi)型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0，熱拌、溫拌、冷拌瀝青碎石或?yàn)r青貫入式碎石為1.1；Ab為基層類(lèi)型系數(shù)，半剛性基層為1.0，柔性基層為1.6.

該公式的理論缺陷在于：只是籠統(tǒng)地將半剛性基層類(lèi)型系數(shù)定為1.0，柔性基層類(lèi)型系數(shù)定為1.6；瀝青穩(wěn)定碎石、級(jí)配碎石、級(jí)配礫石均為柔性基層，回彈模量和7 d無(wú)側(cè)限強(qiáng)度均不同，各種土質(zhì)的路基回填模量也不同；整體路面結(jié)構(gòu)的剛度不能僅按照兩個(gè)數(shù)字劃分，采用柔性基層1.6的系數(shù)所計(jì)算的路面結(jié)構(gòu)層厚度往往偏大。

3.2 柔性基層瀝青層層底拉應(yīng)力設(shè)計(jì)指標(biāo)

柔性基層瀝青層層底的最大拉應(yīng)力小于或等于材料的容許拉應(yīng)力，且滿足以下條件：

γaεt≤[εR]. （2）

式（2）中：γa為瀝青路面的可靠度系數(shù)；εt為柔性基層瀝青層層底的最大拉應(yīng)力，與標(biāo)準(zhǔn)軸載下的輪胎接地壓強(qiáng)、各層材料動(dòng)態(tài)抗壓回彈模量、路基動(dòng)態(tài)抗壓回彈模量有關(guān)；[εR]為瀝青層材料的容許拉應(yīng)力，與瀝青混合料的孔隙率、有效瀝青含量、20oc動(dòng)態(tài)回彈模量有關(guān)。

該公式的理論缺陷在于：如果道路超載現(xiàn)象較嚴(yán)重，則標(biāo)準(zhǔn)軸載下的輪胎接地壓強(qiáng)可以達(dá)到1 MPa，計(jì)算的路面結(jié)構(gòu)較??；動(dòng)態(tài)模量的測(cè)定較復(fù)雜、條件較為苛刻，一般地質(zhì)勘查單位很難計(jì)算出準(zhǔn)確的結(jié)果，現(xiàn)階段多處于理論研究階段。因此，按照此理論計(jì)算路面結(jié)構(gòu)的軟件也尚未開(kāi)發(fā)。

4 結(jié)束語(yǔ)

柔性路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須要根據(jù)周?chē)窙r的具體條件和使用要求設(shè)計(jì)各結(jié)構(gòu)層次和，然后再選擇材料的組成。我國(guó)在柔性瀝青路面的應(yīng)用方面較為落后，在分析、探討適合我國(guó)交通特性的柔性瀝青路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型、設(shè)計(jì)指標(biāo)和材料參數(shù)等方面還需要展開(kāi)進(jìn)一步的試驗(yàn)和理論研究。

參考文獻(xiàn)

[1]程磊.半柔性路面用混合料性能及其設(shè)計(jì)方法研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2002.

[2]王偉明.冷拌半柔性路面材料試驗(yàn)研究[D].廣州：廣州大學(xué)，2013.

〔編輯：劉曉芳〕