上海市柔性基層瀝青路面典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

張麗潔

（上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司，上海市200437）

上海市柔性基層瀝青路面典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

張麗潔

（上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司，上海市200437）

近年來，出于加快施工進(jìn)度的考慮，上海市政系統(tǒng)在很多公路大中修或道路改建工程中，采用了柔性基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)。由于缺乏深入的研究，各家設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的此類路面結(jié)構(gòu)組合不盡統(tǒng)一。為此，在分析研究柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)一設(shè)計(jì)參數(shù)和材料參數(shù)的選取，經(jīng)過軟件計(jì)算，給出上海市柔性基層瀝青路面典型結(jié)構(gòu)組合，以方便設(shè)計(jì)人員選用，并對使用柔性基層提出了想法和建議。

瀝青路面；柔性基層；典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引言

近幾年，上海市政系統(tǒng)在公路和市政大中修工程中，部分采用了柔性基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)。柔性基層的瀝青路面成型養(yǎng)護(hù)時(shí)間短，施工速度快，對交通影響小，優(yōu)點(diǎn)顯著。但柔性基層價(jià)格較貴，應(yīng)用還是偏少些。由于對該結(jié)構(gòu)類型缺乏深入的研究，各家設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的此類路面結(jié)構(gòu)組合五花八門，不盡統(tǒng)一。因此，有必要通過統(tǒng)一設(shè)計(jì)參數(shù)和材料參數(shù)，計(jì)算歸納出類似于《上海市城市道路與公路設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》中典型路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的表格，供設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行柔性路面設(shè)計(jì)時(shí)參考和選用。

1 設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

通過查閱近年來上海市高等級(jí)公路和市政大中修工程的設(shè)計(jì)資料，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)工程采用以水泥穩(wěn)定碎石為主的半剛性基層的瀝青路面，但也有部分采用了柔性基層的瀝青路面結(jié)構(gòu)，如翻挖重建段、局部補(bǔ)強(qiáng)、重要交叉口等。由于價(jià)格偏高，應(yīng)用不多，各家設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的柔性路面在同等情況下厚度不一，有的單位設(shè)計(jì)的主、次干路結(jié)構(gòu)均采用二層式瀝青混凝土及40 cmATB-30，有的單位設(shè)計(jì)的次干路結(jié)構(gòu)采用30 cmATB-30，也有采用36 cmATB-30或15 cmATB-25的，還有單位直接采用老路基層的厚度。部分附有計(jì)算過程，但參數(shù)的選用五花八門，計(jì)算得到的彎沉值遠(yuǎn)小于路表設(shè)計(jì)彎沉值。尚未有單位對此進(jìn)行研究歸納。

目前上海采用的柔性基層材料主要是密級(jí)配瀝青碎石（ATB），也有考慮環(huán)保采用熱再生瀝青混合料、冷再生乳化瀝青混合料的。有些設(shè)計(jì)年限較短的結(jié)構(gòu)采用瀝青碎石作上基層、水泥穩(wěn)定碎石作為下基層。

2 柔性基層特點(diǎn)分析

基層是路面結(jié)構(gòu)中的承重部分，主要承受車輛荷載的豎向力，并把由面層傳下來的應(yīng)力擴(kuò)散到墊層或土基，故基層應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和擴(kuò)散應(yīng)力的能力。除此之外還應(yīng)有足夠的水穩(wěn)性、良好的抗沖刷能力及較小的收縮性、足夠的平整度，并與面層結(jié)合良好。

柔性基層的瀝青路面最大的優(yōu)點(diǎn)是施工靈活，對交通影響小，能快速開放交通。因此雖然價(jià)格偏高，但對于承受著很大壓力的上海交通，尤其是一些高速公路、城市干道和重要交叉口，在大中修、改建或養(yǎng)護(hù)時(shí)得到了廣泛的應(yīng)用。在一些必須利用夜間施工、白天開放交通的繁忙路段，也得到了各部門的偏愛。

按照規(guī)范，柔性基層一般指用熱拌或冷拌瀝青混合料、瀝青貫入碎石，以及不加任何結(jié)合料的粒料類材料鋪成的基層，包括級(jí)配碎石、級(jí)配礫石、符合級(jí)配的天然砂礫、部分礫石經(jīng)軋制摻配而成的級(jí)配碎、礫石，以及泥結(jié)碎石、泥灰結(jié)碎石、填隙碎石等材料結(jié)構(gòu)層。目前上海采用的柔性基層材料主要是密級(jí)配瀝青碎石（ATB）。

柔性基層具有較高的抗剪強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和耐疲勞特征，面層剪切應(yīng)力小，能克服層間粘結(jié)不好、反射裂縫、基層唧漿等半剛性基層的缺點(diǎn)，有效防止反射裂縫，抵抗彎拉疲勞破壞，減少路面的疲勞開裂，高溫性能、低溫抗裂性能和抗水損害能力較好，使用壽命一般可達(dá)20 a，遠(yuǎn)大于國內(nèi)目前的半剛性基層。

柔性基層的主要弱點(diǎn)是車轍。但國外的研究表明：路面往下10～15 c m為高壓力區(qū)，車轍的產(chǎn)生主要在這一厚度范圍內(nèi)，因此加厚的瀝青層不會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性變形。因此，國外把采用較厚瀝青層的柔性路面稱為永久性瀝青路面，即指40～50 a的設(shè)計(jì)年限內(nèi)不發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，只需每15～20 a對瀝青面層進(jìn)行維護(hù)。國外研究認(rèn)為，耐久性瀝青路面的最小瀝青層厚度為21.5 c m，最厚可達(dá)35 c m[1]。在我國，率先使用柔性基層的高等級(jí)公路是成渝高速公路。建設(shè)的為數(shù)不多的瀝青層較厚的高等級(jí)公路中京津塘（23 c m）、廣深高速（32 c m）是典范，這兩條公路的交通量非常大，但使用至今路面結(jié)構(gòu)狀況仍較好，僅對瀝青面層進(jìn)行過維修。上海地區(qū)也有多條重載交通道路大中修時(shí)局部路段采用柔性基層，已經(jīng)證明該路面良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度，能滿足道路使用的要求。

柔性基層的瀝青路面缺點(diǎn)是單價(jià)相對較高，一定程度上限制了其推廣應(yīng)用，并且施工中施工單位往往忽視對瀝青穩(wěn)定碎石的分層碾壓，建成后運(yùn)營期間在車輛荷載反復(fù)作用下瀝青碎石被補(bǔ)充壓實(shí)，路面容易出現(xiàn)車轍、局部沉陷、波浪等病害。但由于柔性基層路面修筑時(shí)間短、路面結(jié)構(gòu)均勻、受水和冰凍影響較小、維修費(fèi)用低、修復(fù)快，不需像半剛性基層那樣出現(xiàn)疲勞開裂后要全部翻挖、路面材料能夠全部被重復(fù)利用、使用壽命延長等優(yōu)點(diǎn)，在歐美得到廣泛應(yīng)用，在中國也逐步得到推廣。

3 柔性基層瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)的選取

按照規(guī)范，瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用以雙圓均布垂直和水平荷載作用下的三層彈性理論為基礎(chǔ)，采用路表設(shè)計(jì)彎沉值、容許彎拉應(yīng)力及容許剪應(yīng)力三項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)。按照相關(guān)規(guī)范公式進(jìn)行計(jì)算，瀝青混合料、基層、底基層材料設(shè)計(jì)參數(shù)（抗壓模量、劈裂強(qiáng)度等）按公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范附錄E選?。ㄒ话闳≈兄担捎酶男詾r青S B S或抗車轍劑作適當(dāng)提高）。土基回彈模量按各自公路或道路等級(jí)規(guī)范要求取值。

其中路表設(shè)計(jì)彎沉值根據(jù)公路或道路等級(jí)、設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次、面層和基層類型計(jì)算確定，公式如下：

系統(tǒng)設(shè)置有靜態(tài)化管理模塊,可以將網(wǎng)站首頁靜態(tài)化、網(wǎng)站詳細(xì)頁靜態(tài)化、網(wǎng)站列表頁靜態(tài)化、網(wǎng)站說明欄目靜態(tài)化、網(wǎng)站導(dǎo)航菜單靜態(tài)化，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)站前臺(tái)的全部靜態(tài)化。靜態(tài)化管理,有效的提高了網(wǎng)站系統(tǒng)的性能,大大減輕了服務(wù)器的負(fù)載，并且提高了各大搜索引擎對網(wǎng)站內(nèi)容的收錄率。

式中：Ld為設(shè)計(jì)彎沉值，0.01 mm；Ne為設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量軸次，次/車道；Ac為公路或道路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路、快速路、主干路為1.0，二級(jí)公路、次干路為1.1，三、四級(jí)公路、支路為1.2；As為面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0，熱拌和溫拌或冷拌瀝青碎石、瀝青貫入式路面（含上拌下貫式路面）、瀝青表面處治為1.1；Ab為路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，柔性基層和粒料基層為1.6。

路表計(jì)算彎沉Ls應(yīng)小于或等于路表設(shè)計(jì)彎沉值Ld，以保證路面結(jié)構(gòu)整體剛度。應(yīng)符合下式要求：

其中：γa為瀝青路面可靠度系數(shù)，參考《路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（D G/T J08-2131-2013，J12442-2013）中，表3.1.5可靠度系數(shù)。

本文所列的各表計(jì)算出的柔性基層厚度已考慮可靠度系數(shù)。

二級(jí)及以上公路、快速路、主干路和次干路采用路表彎沉值、柔性基層瀝青層層底拉應(yīng)變作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。

三級(jí)、四級(jí)公路和支路可僅采用路表彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4 柔性基層瀝青路面典型結(jié)構(gòu)計(jì)算

參照《上海市城市道路與公路設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》培訓(xùn)材料第三篇第四章中典型路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的表格形式，根據(jù)各交通等級(jí)道路的車道累計(jì)軸次及各設(shè)計(jì)參數(shù)，采用東南大學(xué)公路瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，計(jì)算得到上海市常用柔性基層瀝青路面典型結(jié)構(gòu)如表1～表5所列。計(jì)算時(shí)對土基回彈模量的選取，按《上海市城市道路與公路設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》，高速公路、一級(jí)公路、城市快速路、承受重交通荷載的二級(jí)公路不小于40 MPa；一般二級(jí)公路、城市主干路、承受重交通荷載的城市次干路不小于30 MPa；其余類型道路不小于25 MPa。列表時(shí)根據(jù)不同土基回彈模量的選取調(diào)整了表格名稱和適用范圍。

表1 特重交通典型路面結(jié)構(gòu)一覽表

表3 一般二級(jí)公路、城市主干路、承受重交通荷載的城市次干路典型路面結(jié)構(gòu)一覽表

表4 城市次干路、承受重交通荷載的城市支路典型路面結(jié)構(gòu)一覽表

表5 三（四）級(jí)公路、支路典型路面結(jié)構(gòu)一覽表

表中各等級(jí)道路的面層結(jié)構(gòu)組合不變，墊層材料和厚度不變。設(shè)計(jì)結(jié)果為新建或翻挖重建結(jié)構(gòu)。瀝青路面設(shè)計(jì)使用年限采用15 a。柔性基層統(tǒng)一采用ATB-30。若采用其他柔性基層材料（如就地冷再生等），可輸入該層材料的設(shè)計(jì)參數(shù)重新進(jìn)行計(jì)算。另外，表中結(jié)構(gòu)未列入稀漿封層材料，瀝青層之間的常規(guī)粘層材料也未列出，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加入結(jié)構(gòu)組合。

5 對柔性基層設(shè)計(jì)的一點(diǎn)想法和建議

（1）土基回彈模量對于路表回彈彎沉的影響最為顯著。在同樣的累計(jì)軸載作用次數(shù)Ne條件下，如果將表2的土基回彈模量降低10M P a至30M P a，柔性基層的厚度最大應(yīng)增加8 c m。東南大學(xué)朱洪洲研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)瀝青層厚度在25 c m以內(nèi)時(shí)，增加瀝青層厚度可以減少瀝青層底拉應(yīng)力，延長瀝青路面疲勞壽命[2]。因此必須重視并加強(qiáng)土基的處理，盡量提高土基模量，注重處理措施的效果，確保達(dá)到規(guī)范相應(yīng)的重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）根據(jù)有關(guān)資料，現(xiàn)狀道路交通貨運(yùn)車超載比較嚴(yán)重，有些地處工業(yè)區(qū)或碼頭、物流中心，重載車比例較高，超載率達(dá)到80%，超載重量甚至達(dá)到規(guī)定載重的200%以上。

根據(jù)研究，不同類型貨車，超載相同幅度，其軸載換算系數(shù)差別較大；貨車軸載越大，隨著超載幅度的加大，特別是大型貨車和拖掛車，其軸載作用次數(shù)呈幾何級(jí)數(shù)增長；超載幅度達(dá)到100%時(shí)，大型貨車軸載換算系數(shù)與不超載相比增加了近23倍，拖掛車增加了近24倍[3]。因此重載汽車對于累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)的影響十分重大。對于承受重載的道路，如事先不考慮重載的作用，將會(huì)極大地縮減道路預(yù)定的設(shè)計(jì)年限。設(shè)計(jì)時(shí)必須面對這一嚴(yán)峻的客觀現(xiàn)實(shí)，充分考慮超載對路面結(jié)構(gòu)的不利影響，根據(jù)所在地區(qū)貨運(yùn)車的實(shí)際運(yùn)營情況進(jìn)行取值計(jì)算，避免路面結(jié)構(gòu)過早破壞。

（3）計(jì)算結(jié)果表明采用柔性基層能減少路面結(jié)構(gòu)總厚度，比目前各家單位的設(shè)計(jì)厚度要薄些。因此在正確計(jì)算軸載作用次數(shù)和采用設(shè)計(jì)參數(shù)的前提下，柔性基層瀝青路面的造價(jià)較當(dāng)前設(shè)計(jì)要小些，尤其采用ATB瀝青碎石作基層，材料粒徑較大、級(jí)配較粗、瀝青用量較小，對原材料的要求相對面層要低，更可以摻加使用再生瀝青材料。

由于柔性基層的主要病害是車轍，建議ATB層采用粗些的粒徑。上海地區(qū)宜用ATB-30。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)該層的分層碾壓工作。

（4）在大中修工程項(xiàng)目中，采用承載板法對老路面回彈模量進(jìn)行測試，并結(jié)合開挖的樣洞實(shí)際結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行反算，結(jié)構(gòu)層利用到哪一層就反算至哪一層。半剛性基層如果下部已產(chǎn)生破碎，則該部分厚度應(yīng)按粒料進(jìn)行計(jì)算。這樣計(jì)算出的路面結(jié)構(gòu)組合更合理更有針對性。

對于設(shè)計(jì)使用年限5～8 a的中修項(xiàng)目，柔性基層還可與水泥穩(wěn)定碎石一并使用，即采用ATB-30作為上基層，水泥穩(wěn)定碎石作為下基層，以在滿足荷載計(jì)算要求的前提下，充分利用舊料，達(dá)到環(huán)保的目的。

（5）需要注意的是，由于柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)造價(jià)偏高，目前應(yīng)用還不普遍，往往是一條車道，或處于不同的路段及交叉口，大多與半剛性基層瀝青路面共存。由于兩者彎沉值差距較大，建議對部分實(shí)施柔性基層的已建大中修項(xiàng)目，切實(shí)做好歸檔工作，以免未來路面發(fā)生病害進(jìn)行評估時(shí)發(fā)生錯(cuò)判，造成浪費(fèi)和過度設(shè)計(jì)。

6 結(jié)論

本文對新建或翻挖重建的柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算和歸納，供上海地區(qū)類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員參考。對大中修工程項(xiàng)目，可對具體項(xiàng)目具體分析，計(jì)算結(jié)果可與本文計(jì)算成果比較選用。

由于柔性基層路面結(jié)構(gòu)修筑時(shí)間短、結(jié)構(gòu)受力均勻、受水和冰凍影響較小、不用因疲勞開裂而全部翻挖、維修費(fèi)用低、路面材料能夠全部被重復(fù)利用、使用壽命延長等優(yōu)點(diǎn)，綜合造價(jià)還是有優(yōu)勢的。建議結(jié)合工程試鋪試驗(yàn)段，積累經(jīng)驗(yàn)逐步推廣。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京：人民交通出版社.

[2]朱洪州，唐伯明，劉伯瑩.柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），V o 1,28N o.6.

[3]蔡氧.G1501上海繞城高速公路大修工程路基路面設(shè)計(jì)研究[J].上海公路，2016，（4）.

U416.217

B

1009-7716（2017）06-0064-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.018

2017-03-02

張麗潔（1977-），女，上海人，碩士，工程師，從事道路工程設(shè)計(jì)工作。