柔性基層路面在西藏地區的應用分析

次仁吉宗

（西藏自治區交通勘察設計研究院，西藏 拉薩 850001）

調查結果表明西藏地區現役瀝青路面的結構形式主要為半剛性基層[1-4]，也有多條老路如318國道等曾經使用手擺片石作為路面基層或底基層[5]。前者采用水泥穩定級配碎石（或為水泥穩定級配砂礫）作為基層，承載能力高，剛度大，后者溫濕穩定性好，但隨著西藏地區交通狀況的發展變化，在路面結構上是否有更為合理的結構值得思考。本文將針對西藏地區的交通狀況、氣候狀況和路面結構與使用狀況做具體的分析，評估柔性基層路面在西藏部分地區的適用性。

1 西藏地區交通狀況

西藏地區面積大，各地區經濟發展水平及戰略地位也不盡相同。由于政治、經濟和社會發展水平存在差異，導致各地交通量和荷載條件存在較大差異。有些地區交通量很小，荷載也不突出，重載車也不多；有些地區交通量可能不大，但是重載車較多（如部隊的軍車、戰車、物資運輸車輛等），這些車輛的通行具有特點，那就是通行時間相對集中，對路面造成的破壞往往是非常嚴重的，而且是一次性的。如表1所示，不同公路交通量差別較大，但總體上都屬于輕型交通。

表1 西藏地區部分公路交通量調查結果

2 西藏地區氣候狀況

2.1 施工工序

西藏自治區位于青藏高原西南部，全區面積122.84萬m2，約占全國總面積的1/8。西藏地區受喜馬拉雅山脈、昆侖山脈和唐古拉山脈的影響，地形地貌與氣候條件復雜多樣。大體上可以分為四大區域：

a）藏北高原地帶，即夾于昆侖山脈、唐古拉山脈和岡底斯-念青唐古拉山脈之間的廣闊地域；b）藏東高山峽谷地帶，由藏東南橫斷山脈和三江流域構成，這一區域山勢陡峭，海拔差異大，氣候變化非常顯著；c）沿雅魯藏布江及其支流流經的藏南河谷谷地，此區域海拔較高，一般在3 500 m左右；d）喜馬拉雅山地，平均海拔6 000 m左右，由幾條東西走向的山脈構成，該地帶西部地區氣候干燥寒冷，東部氣候溫和多雨。

西藏地區氣候獨特多變，總體上具有西北嚴寒、東南溫暖濕潤的特點。以溫度和降雨量為主要指標，可將西藏地區劃分為以下9種不同的氣候區，分別為：北羌塘高原亞寒帶干旱氣候區；南羌塘高原亞寒帶半干旱氣候區；藏東北高原亞溫帶濕潤氣候區；阿里南部高原溫帶干旱氣候區；喜馬拉雅山脈北麓高原溫帶半干旱氣候區；雅魯藏布江流域高原溫帶半濕潤半干旱氣候區；三江高原溫暖半濕潤氣候區；波密、林芝高原溫暖濕潤氣候區和藏東南亞熱帶山地濕潤氣候區。如此復雜的地形地貌和氣候狀況為公路線形設計和路面結構形式選擇提出了嚴峻的考驗。

3 西藏地區主要路面病害

3.1 常用路面結構

當前，西藏地區公路路面結構一般按經驗法進行設計，結構型式較為單一，路面結構基本設計為3層：底基層為15～30 cm的天然砂礫（也有的為手擺片石）、基層基本固定采用20 cm的水泥穩定砂礫（碎石）基層、面層為4～5 cm的瀝青混凝土或瀝青碎石混凝土。表1、表2為西藏自治區有代表性的一些工程項目的路面結構型式。從表2、表3可以看出，西藏地區公路路面結構相對單一，多為瀝青路面，面層厚度多為4～5 cm AC，基層幾乎都是采用20 cm的水泥穩定砂礫，底基層采用15～30 cm天然砂礫或手擺片石。從路面結構型式上沒有體現出地區差異，顯然在最初路面結構設計時，沒有考慮各地區氣候條件、交通荷載條件、地形地貌、路基土質等因素的差異。

表2 中尼公路路面結構形式

表3 其他幾段公路路面結構形式

3.2 主要路面病害

通過對西藏地區幾條典型公路路面使用路況的調查，發現西藏地區公路路面主要存在以下問題：

a）西藏地區瀝青路面破損嚴重，特別是結構性開裂占了相當大的比重，縱裂和龜裂損壞明顯。以澤錯路和川藏公路米拉山段為例，其交通量本身并不大，可以判斷基層和路基質量較差，面層整體結構強度低是導致病害出現的主要原因。而西藏地區仍有多條老路如318國道等曾經使用手擺片石作為路面基層或底基層，調查結果表明該基層形式不僅承載能力隨著使用壽命越來越好，而且能夠有效解決凍脹問題和路面排水問題，具有非常多的優點。

b）西藏地區公路路面的功能性損壞主要表現為表層開裂和松散，其中低溫開裂（青藏公路唐古拉山段調查路段出現了大量有規律的橫向裂縫）是西藏高原地區瀝青路面最主要的損壞形式；除此之外，水損壞（如坑槽和松散）也是主要病害之一（唐古拉山段和澤錯路），這可能與季節性凍土區路基土中的水分長期侵蝕瀝青面層有關。

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c）路面原材料品質差，個別關鍵性能指標不合格，也是導致路面早期損壞的重要原因之一。幾乎所有路段的細集料全部采用天然砂礫，部分路段（如川藏公路米拉山段）面層粗集料使用了未破碎的卵石或礫石，這些材料的使用對混合料的路用性能會產生致命的傷害。

d）瀝青混合料級配的不合理性也是造成路面破壞的原因之一，主要表現為級配隨意性大、級配結構不合理。

4 柔性基層路面在西藏地區的應用分析

4.1 柔性基層的優勢

柔性基層通常包括瀝青穩定碎石、瀝青混凝土和級配碎（礫）石。相對于板體性強、易溫縮、干縮開裂的半剛性基層，柔性基層存在以下優點[6-7]：

a）柔性基層由于其強大的變形適應能力，不僅能夠對下臥層不均勻沉降變形或凍脹進行調節，而且柔性基層能夠削減下臥層裂縫的尖端應力和應變，進而減少和延緩反射裂縫的產生。

b）柔性基層特別是級配碎礫石基層具有非常好的溫度調節和排水功能，在潮濕多雨地區能夠有效改善公路路基水溫狀況。

c）將級配碎石基層設置于半剛性基層上層能夠發揮級配碎石層的隔溫性能和排水性能，進而調節半剛性基層內的溫度和濕度狀況，使得半剛性基層的溫縮干縮應力保持在較低水平內，延長路面壽命。

4.2 柔性基層路面的主要破壞模式

柔性基層其缺點在于承載能力較低，因此一般柔性基層路面主要承載層位于面層，破壞也一般由面層開始，向下部擴展和延伸。最常見的病害即由反復剪切應力作用導致的車轍變形，一般出現的深度位于表面以下5～10 cm。

對于重載及超載工況，剪應力在柔性基層瀝青路面中的影響深度更深，可以達到表層以下15 cm。

4.3 西藏交通氣候狀況對路面結構的要求

通過第2節和第3節的分析可以看出西藏地區總體交通荷載量為輕交通，路面設計應主要考慮環境條件的影響。嚴寒地區需要重點解決凍脹問題，濕暖地區需要重點解決路面排水問題。兩者均可通過設置一定厚度的級配碎石柔性基層予以解決。對于部分交通量較大或者軸重超限的路段，可以通過設置上柔下剛的路面結構，發揮半剛性基層的承載能力，在提高路面結構承載能力的同時發揮柔性基層的應力吸收能力以延緩反射裂縫的出現時間。

綜上，高寒地區半剛性基層瀝青路面常見的凍脹波浪現象和反射裂縫問題均可以通過設置柔性基層予以改善，這也能夠解釋調查結果中手擺片石基層瀝青路面的路用性能一般較好的現象。

5 結語

本文調查和分析了西藏地區的交通狀況、氣候狀況、路面結構使用狀況和病害情況，指出西藏地區主要交通量為輕型交通，氣候總體上可以分為西北嚴寒區和東南溫暖濕潤區。也指出現有半剛性基層瀝青路面出現較多結構病害。在此基礎上評價了級配碎石柔性基層路面結構在西藏地區的適用性，建議在西藏地區進一步推廣柔性基層路面結構。