市政道路柔性基層瀝青路面結構研究

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摘要：柔性基層瀝青路面的研究與應用，使我國市政道路路面結構型式更加多樣性，適應我國地域遼闊、自然條件各異、各地經濟水平和交通量差別大的特點。柔性基層瀝青路面結構設計方法是柔性基層瀝青路面應用技術的一個重要組成部分，也是在我國推廣應用的關鍵技術之一。本文闡述了路面結構設計原則，分析了柔性基層路面的結構設計。

關鍵詞：市政道路；柔性基層；瀝青路面；結構

目前，半剛性基層瀝青路面的結構形式廣泛應用于市政道路中，為解決該路面結構出現的早期破壞問題，對柔性基層瀝青路面結構進行了研究，采用級配碎石、瀝青碎石等柔性材料作基層的瀝青路面結構，路面面層與基層之間應力、應變傳遞的協調過渡方面比較順利，同時結構材料為顆粒狀級配成型材料，排水暢通，致使路面結構不易受水損害。

一、路面結構設計原則

瀝青路面結構層次的選擇與安排工作具有十分重要的意義，它們直接影響了路面結構在正常使用之后的承受行車荷載情況。通過研究與長時間的實踐經驗，路面結構設計原則主要包括：

1.適應行車荷載作用的要求。一般情況下，人們將作用到路面中的行車荷載分為垂直力與水平力兩種。其中，路面受到垂直力后，內部將會產生與應變，長時間之后又將會隨深度逐漸向下遞減。而受到水平力力后形成的的應力與應變則會隨著深度的逐漸減小而提高速度。不僅如此，路面表面還會受到車輪的摩擦力，所以，路面結構設計首要遵循的原則就是大強度與抗變形。

2.考慮結構層的特性。路面結構層構成方式一般包括密實級配、形成板體與嵌擠等多種，所以選擇哪種方式來保證路面的強度與剛度，同時還保證結構層的穩定性是市政道路瀝青路面建設施工中需要特別關注的環節。所以要想進一步實現路面結構的整體性與結構層應力傳遞的連續性，則必須要盡可能的保證結構層間的結合緊密穩定性。路面設計過程中，必須要根據面層耐久與土基穩定兩大需求，同時從施工設計的實際出發，選用最合適的材料，最終做好圖紙設計工作。

二、柔性基層路面的結構設計

1.瀝青路面結構類型。瀝青路面結構層通常包括四大部分，即：面層、基層、墊層以及底基層等。經過多年的研究與實踐，人們習慣把瀝青路面結構分成半剛性基層瀝青路面結構、組合式工結構、組合式II結構、柔性基層瀝青路面結構以及全厚式瀝青路面結構5種類型。現今，我國大都采用組合式結構與柔性基層兩種路面結構。

2.路面結構組合設計

由上圖所示，路面結構按照不同的層位與功能通常包括面層、基層、底基層以及路基四方面內容。其中，面層還包括分成上面層與下面層。研究結果表明，輪胎對路面產生的摩擦力類似于長方形，而且當荷載增加時所形成的長方形也就愈加明顯。超載與交通量之間有著緊密的聯系，所以對于路面的設計必須要以超載的標準軸載次數為重要依據。我國規范路基土設計模量E0一般都保持在30到40兆帕之間。選用材料設計參數也是一項十分關鍵的環節，它與路面結構的強度存在了直接的關系。如果取值高，那么竣工后路面的結構可靠度將會大大減弱，最終造成路面使用年限大幅度減少。如果取值低，那么路面結構的可靠度就會有所增強，同時增加了一次性投資。

三、市政道路柔性基層瀝青路面結構案例研究

以某市的市政公路建設為例，介紹市政道路柔性基層瀝青路面結構。隨著交通量的增大，重型車輛的增加，已基本形成了2 cm 細粒式瀝青混凝土+4 cm 粗粒式瀝青混凝土+7 cm 黑色碎石+15 cm 粉煤灰石灰碎石（粉煤灰石灰鋼渣、粉煤灰石灰碎石）+l5 cm 石灰土（二灰土）+l5 cm石灰土（二灰土）的典型結構。近年來，隨著市政公路的進一步修建，對路面強度的要求進一步提高，于是上面層+中面層十下面層+水穩碎石基層+二灰碎石（二灰土）底基層+石灰土墊層路面成為路面的基本形式。

1.某市的市政公路瀝青路面面層材料選擇。對瀝青路面各種面層進行研究，以對比各種面層的使用效果，各類面層使用效果如下。

（1）上面層。瀝青路面以其連續性好、行車平穩舒適、抗震性好、噪音小以及維修方便等優點得到了廣泛的應用，但是由于高速公路大多采用密級配的瀝青混凝土路面，隨著交通量的不斷增長和軸載的明顯增大以及高等級公路交通車輛的渠化作用，瀝青混凝土路面面臨著新的嚴峻的考驗，傳統的懸浮密實型連續級配不再能承擔日益增長的交通要求。其中，車轍已經成為高等級公路瀝青路面早期破壞的主要形式之一，嚴重地影響了路面的使用功能和壽命，重載瀝青路面可采用以下上面層。一是通過合適的方法提高瀝青混合料的高溫穩定性，改善瀝青混合料抗車轍性能，以降低瀝青路面對車輛荷載變化的敏感性。為了有效地防止路面車轍的產生，目前常用的技術有使用改性瀝青、調整瀝青混合料的礦料級配、摻加外摻劑等。二是可以采用細粒式密級配瀝青混凝土（AC），瀝青馬蹄脂碎石（SMA）及多碎石瀝青混凝土（SAC）。三是可以使用SBS 改性瀝青、LDPE 改性瀝青、環氧樹脂改性瀝青、粒化聚合物作為混合料外加劑等，均可重點解決瀝青路面的高溫抗車轍能力。四是可以使用纖維、土工格柵、橡膠類等添加劑提高瀝青高溫穩定性、低溫抗裂等強度。

（2）中面層。中面層瀝青混合料主要考慮其抗永久變形能力，即提高瀝青的高溫穩定性。從市政公路瀝青路面的使用情況來看，由于礦料級配中碎石含量較少，瀝青稠度較小，致使中面層空隙率較大，雨水常常通過孔隙滲入基層，引起路面的過早損壞，加之這些中面層的高溫穩定性也較差，路面病害嚴重。為避免中面層設計不當而引起路面的損壞，對市政公路瀝青混凝土中面層提出如下要求。一是采用改性瀝青作為結合料，可以改善道路高溫穩定性能、低溫抗裂性能、疲勞性能、水穩定性以及耐老化性能等。二是中面層采用瀝青混凝土，推薦采用中粒式瀝青混凝土（AC）。三是為了提高瀝青混合料高溫穩定性、抗車轍等性能常用的技術有使用改性瀝青、采用聚合物改性瀝青作為結合料、摻加外摻劑（如纖維、土工格柵、橡膠類等）。

（3）下面層。由于瀝青混凝土路面普遍存在路面反射裂縫，從而導致路面抗車轍能力不足和耐久性差，影響了瀝青混凝土路面的使用壽命。為了減少此種病害的發生，延緩基層裂縫向中、上面層反射及提高路面抗車轍能力的作用，使路面鋪筑之后具有良好的骨架結構，且具有防水、高溫穩定、低溫抗裂等特性，對市政公路瀝青混凝土下面層提出以下要求。一是采用粗粒式瀝青混凝土（AC）。二是使用改性瀝青作為結合料，可以提高路面高溫穩定性、低溫抗裂等性能。

2. 某市的市政公路瀝青路面基層材料的選擇

對瀝青路面各種基層和底基層進行研究，以對比各種基層的使用效果，各類基層或底基層使用效果如下。

（1）密級配瀝青碎石ATB。瀝青穩定碎石具有較強的抗剪、抗彎、耐疲勞性，很少產生干縮裂縫，其剛度較小。與傳統的用于面層的瀝青混凝土相比，它是針對于基層用的，粒徑偏大，級配偏粗，瀝青用量偏少，對原材料的要求相對于面層要低；與瀝青碎石相比，有較多的細集料和填料，級配和原材料要求相對較高。

（2）二灰（石灰粉煤灰）穩定碎石類口。用這類材料作基層的瀝青路面狀況良好，近幾年修建的高等級公路，許多路段采用此種材料。用二灰穩定碎石，具有強度高、板體性強、水穩定性和凍穩定性好等優點，可顯著減少面層的彎沉，改善面層的受力狀態，同時二灰穩定碎石的隔溫性能及抗開裂性也比較好，可作為瀝青路面的一種基層。但二灰碎石也有初期強度不高，強度形成需一定的完成期，同時在動水壓力作用下，抗沖刷能力不及水泥穩定碎石材料的不足。

（3）水泥穩定類。水泥穩定類基層具有強度高、板體性好、水穩定性好及抗凍性強等多種優點，且可根據當地材料供應情況，采用水泥穩定碎石粉煤灰石屑基層、水泥穩定碎石開山料基層、水泥穩定砂礫石屑基層、水泥穩定鋼渣基層等多種形式，既滿足了要求，也節省了工程造價，正是由于水泥穩定結構有著良好的力學性能和板體性，能適用不同的氣候水文條件、交通條件，因此具有廣泛的運用。

柔性路面具有可以連續施工無接縫、平整度高、施工期短、養護維修簡便等優點，但是受瀝青本身材料特性局限，較剛性路面強度和剛度都比較小，尤其在通車后期，容易出現裂縫、車轍、坑槽等病害，直接影響行車速度和行車安全，雖然初始投入小，但是后期維修成本高。因此，推廣受到一定阻礙。

參考文獻：

[1] 張起森.結構層組合對路面裂縫擴展的影響[J].中國公路學報.2013（04）：48-49

[2] 張起森.高等級路面結構設計理論與方法[M].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 李福普.瀝青穩定碎石與級配碎石結構設計與施工技術應用指南[M].北京：人民交通出版社，2012.