柔性路面結構設計探討

董祥峰

江蘇華新城市規劃市政設計研究院有限公司 江蘇省連云港市 222000

摘要：為了杜絕瀝青路面的各種病害，從柔性路面結構合理設計的角度入手，在柔性路面結構的設計目標及過程中，提出結構層的四種組合，得出設計中應考慮的幾點因素。

關鍵詞：柔性路面結構；設計目標；設計過程；結構設計；組合設計

0前言

柔性路面主要指各類瀝青路面，俗稱黑色路面。由于柔性路面強度高、剛度好、彈性好，路面無接縫，行車舒適性強的優點，在我國的公路和城市道路建設中得到了廣泛的應用。

但是，柔性路面結構的強度是一個由上而下逐漸減弱的層次體系，在荷載作用下彎沉變形較大，土基和基層的強度對路面結構的整體強度影響較大。因此，路面結構的病害有擁包、滑移、龜裂、坑槽、泛油等多種表現形式。這些病害產生的原因十分復雜，涉及到設計、施工、交通量、氣候等各種客觀、主觀因素，本文通過筆者多年的設計經驗，試圖從路面結構合理設計的角度入手，杜絕瀝青路面的各種病害。

1設計目標與設計程序

1.1設計目標

瀝青路面設計應根據道路的等級（承載能力）、耐久性、舒適性及安全性的使用要求及當地氣候、水文、土質等自然條件，同時考慮到路基路面之間的聯系性與相關性，結合當地工程經驗，設計出經濟合理的路面結構，滿足在設計使用年限內的功能性要求。也就是說，瀝青路面設計應從適應行車荷載、自然因素及結構層本身的特點三方面來考慮。在進行路面設計時，要按照面層耐久、基層堅實、土基穩定的要求，貫徹因地則宜、合理選材、方便施工、利于養護的原則以及上述結構組合原則.結合當地經驗擬定幾種路面結構方案、進行分析比較，并優先選用便于機械化施工和質量管理的方案，做到技術先進，經濟合理。

綜合來說，就是說設計出路面應有良好的耐久性，路基應有較好的穩定性。

1.2設計程序

（1）依據設計任務書的規定，確定路面等級和路面類型，計算容許彎沉值；

（2）將全線按照路基土組及干濕類型，測點彎沉值接近劃分段落，確定各路段計算彎沉值（由于市政道路路線較短，一般全線僅需要確定一個路基土組及干濕類型）；

（3）按照設計目標，擬定幾個結構類型，并且確定各層的參數；

（4）計算路面厚度（可采用路面結構計算程序，如HPDS2011），按照需要（層底彎拉應力和防凍層厚度）進行驗算；

（5）進行技術經濟比較，最終確定采用的路面結構。

2結構組合設計

路面結構一般是由面層、基層、土基等層次所組成，路面的結構設計包括各組成層的結構設計與各層的組合設計。

路面結構各組成層的結構設計，是按照層位的作用，選擇合適的結的類型、材料組成、施工要求等。各層的組合設計是按照行車和自然因素對不同層位的要求，結合各類結構層本身的性能進行合理的安排。在進行結構設計時，除了按照設計目標與設計程序進行設計外，還需要注意以下四點：

（1）強度組合

路面表面由于直接承受車輛荷載的水平力和垂直力，同時還要承受車輪的磨耗作用，因此，要求路面面層具有足夠的強度和抗變形能力，在其下各層的強度和抗變形能力可自上而F逐漸減小：這樣，在進行路面結構組合時，各結構層應按強度和剛度自上而下遞減的規律安排，以使各結構層材料的效能得到充分發揮。

因此，在結構設計時，應該注意各結構層的強度對比，不能相差太大，又利于滿足相應結構層采用較低造價的要求。各層的強度比即是模量比，瀝青路面相鄰結構層材料的模量比對路面結構的應力分布有顯著影響，是合理確定結構層層數，選定適宜結構層材料的重要考慮因素。根據分析和經驗，基層與面層的模量比應不小于0.3，土基與基層或底基層的模量比宜為0.08-0.40。如全國普遍采用的半剛性基層瀝青路面，就是強度組合（各層模量比）較好的結果。若土基處理與未處理以及采用何種方式處理，土基的模量值均不盡相同，就可能產生不同的路面結構組合。如連云港地區大部分位于濱海軟土地區，地下水位低，地基處理的最簡便經濟的方法就是采用山場碎石土換填。換填厚度根據軟土的含水量及經驗確定。

（2）層間組合

依據路面在車輪荷載作用下的應力分布逐層遞減的規律，結構居的層數愈多愈能體現強度和剛度沿深度遞減的規律。但就施工工藝、材料規格和強度形成原理而言，層數又不宜過多，這樣才能保證結構的整體性和應力傳布的連續性，在組合時，要考慮相鄰層的相互影響，相互制約，并采取適當措施，消除或者限制不利影響。如二灰碎石基層、水泥穩定碎石基層頂面設置下封層，瀝青表面層、瀝青中面層、瀝青下面層之間鋪撒粘層油，可以極大的增強層間粘結力，減少擁包、滑移的產生。

（3）厚度組合

在厚度組合設計時，應充分考慮材料的性能、采用的實機械等選定各結構厚度。如，水泥穩定土結構層要求最小采用12t以上的壓路機碾壓，石灰土每層最小壓實厚度為10厘米，若采用20t以上的大型震動壓路機碾壓水泥穩定中粒土或者粗粒土時，每層壓實厚度甚至可達到25厘米。同時，在季節性冰凍地區，總體厚度還應滿足抗凍性要求。

（4）整體組合

結構組合設計時，還應該考慮各地區的氣候、溫度特點及道路使用功能的特性。如連云港地區處于中溫帶，普通柔性路面采用90號瀝青，若考慮道路處于經濟開發區的工業園，重載車輛較多，宜采用較干硬的70號瀝青。若道路設計速度較高，則對面層抗滑性應進行特殊設計。如采用抗滑表層，表面層碎石采用硬質耐磨石料，適當采用改性瀝青或者進口優質石油瀝青等。

3結語

依據以上論述，柔性路面結構設計時應考慮以下幾點：

（1）依據道路所處地區的氣候溫度等自然條件的狀況，確定路基干濕類型，決定路基的模量取值，是否需要處理，如何處理，處理后的模量等。

（2）依據道路所處位置及道路等級、道路使用功能等要求確定路面等級類型。

（3）依據就地取材、因地制宜的原則，考慮施工單位資質、技術、機械等因素，選則各結構層類型及材料組成。

（4）按照應力分布規律及結構性能的要求，確定各結構層的組合。

但是，必須注意到，現行《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）采用彎沉這個幾乎一統天下的設計指標（彎拉應力指標在實際中應用很少），甚至成為施工質量檢驗的指標，并不能有效地反映不同路面結構的承載能力，而國際上都采用瀝青層的彎拉應變和土基模量作為設計指標，有關這方面的理論與實踐如何結合的問題尚待進一步研究。

參考文獻：

[1]《城市道路設計規范》（CJJ37-2012，中國建筑工業出版社，2012））

[2]《城鎮道路路面設計規范》（CJJ 169-2012 中國建筑工業出版社，2012）

[3]《城市道路路基設計規范》（CJJ 194-2013 中國建筑工業出版社，2013）

[4]《公路瀝青混凝土路面設計規范》（JTG D50-2006 人民交通出版社，2006）

[5]《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004人民交通出版社，2004）

[6]《路基路面工程》（第二版）（鄧學鈞 人民交通出版社，2005）

[7]《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034-2000人民交通出版社，2000）