城市道路柔性路面結構的應用

李強

摘 要：由于新疆氣候和地理位置特殊，部分盆地區域土地鹽堿化和凍脹程度較嚴重。早先市政道路工程設計采用了半剛性基層，道路在結構使用年限早期就出現了因鹽脹、凍脹引起的路面壅包、裂縫等病害；后來設計采用的柔性路面結構在很大程度上緩解了因鹽脹而引發的路面病害，取得了良好的效果，且路面的使用年限大大增加。通過對柔性路面結構層的設計理論、服役年限規定和竣工驗收以后的路況質量進行分析，針對設計理論的技術問題提出了對柔性路面結構層的優化改進措施。

關鍵詞：城市道路；柔性路面；結構層；優化設計

中圖分類號：U416.222 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.085

柔性路面因其結構層由不同的材料構成，并且道路下方土體（路基）自身性質十分復雜，在外部荷載作用下，其應力-變形關系一般呈非線性，其力學性質是非線性的彈-粘-塑性體。柔性路面結構和半剛性路面結構有各自的特點——柔性路面結構的特點是彎沉變形大、抗彎強度小，破壞形式取決于極限垂直變形和彎拉應變；半剛性路面結構具有一定的板體性，剛度、擴散應力大，但滲水性差，易收縮開裂。因此，對鹽堿化嚴重的地區進行路面結構層設計理論的定量分析、材料性能和強度的計算，分析柔性路面結構的優勢、柔性路面結構計算的缺陷，達到設計理論與竣工后的道路使用功能相統一的目的，滿足技術效果的高質量和最低的項目成本的經濟指標。

1 柔性基層瀝青路面的優點

柔性基層包括瀝青穩定碎石、級配碎石、級配礫石等。與半剛性基層相比，柔性基層因溫度變化而產生的應力影響較大，受濕度變化的影響較小，因此出現反射裂縫問題的可能性較小。從結構層受力的角度來看，顯然柔性基層對面層的設計適應性更強。柔性基層模量是按照一定的比例降低的，模量變異性不大，不易產生車轍；半剛性基層的后期強度比瀝青面層要大，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，并且容易產生車轍，不利于面層的穩定。此外，柔性基層的抗疲勞能力要強一些。

2 柔性基層瀝青路面對鹽脹地區的適用性

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。含水土體凍結時，土體中的水受冷膨脹變成冰體，其體積膨脹受到約束而產生凍脹力。鹽脹時，土壤中的SO42-和Cl-含量超出設計的規定要求，當溫度降到一定數值時，含鹽濃度大于土壤中鹽的溶解度，便開始了結晶過程。在結晶過程中，土壤的形態發生變化，表面松散形成硬鹽殼或鹽盤的形狀，體積膨脹，體積密度下降。

由于柔性路面結構普遍采用瀝青穩定碎石、級配碎石、級配礫石作為基層，材料本身的孔隙率較大，鹽脹或凍脹發生時，由鹽類結晶或水體結冰引起的體積膨脹能在此類基層的孔隙中釋放，因此，不會造成路面反射裂縫。如果基層為半剛性材料，由于鹽脹或凍脹產生的體積膨脹無釋放空間，因此會造成基層裂縫，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，且低溫環境下出現的部分細微裂縫在高溫環境下也能自愈。

3 結構層設計理論與方法存在的問題

3.1 路表彎沉值設計指標

彎沉值Ld表示的是由設計年限累計交通量確定的路面設計及軸載當量圓受力半徑。進行路面厚度計算時，以車輪間隙中心路表的實際彎沉Ls為依據，并且要求Ld>Ls.路表彎沉計算如圖1所示。

路面設計彎沉值Ld理論的觀點是設計基準期內一個車道上預計通過的累積當量軸次、道路等級、面層和基層類型而確定的路表彎沉值，即設計彎沉值的計算公式為：

Ld=600Ne-0.2AcAsAb. （1）

式（1）中：Ac為道路等級系數，快速路、主干路為1.0，次干路為1.1，支路為1.2；As為面層類型系數，瀝青混凝土面層為1.0，熱拌、溫拌、冷拌瀝青碎石或瀝青貫入式碎石為1.1；Ab為基層類型系數，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：只是籠統地將半剛性基層類型系數定為1.0，柔性基層類型系數定為1.6；瀝青穩定碎石、級配碎石、級配礫石均為柔性基層，回彈模量和7 d無側限強度均不同，各種土質的路基回填模量也不同；整體路面結構的剛度不能僅按照兩個數字劃分，采用柔性基層1.6的系數所計算的路面結構層厚度往往偏大。

3.2 柔性基層瀝青層層底拉應力設計指標

柔性基層瀝青層層底的最大拉應力小于或等于材料的容許拉應力，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；εt為柔性基層瀝青層層底的最大拉應力，與標準軸載下的輪胎接地壓強、各層材料動態抗壓回彈模量、路基動態抗壓回彈模量有關；[εR]為瀝青層材料的容許拉應力，與瀝青混合料的孔隙率、有效瀝青含量、20oc動態回彈模量有關。

該公式的理論缺陷在于：如果道路超載現象較嚴重，則標準軸載下的輪胎接地壓強可以達到1 MPa，計算的路面結構較薄；動態模量的測定較復雜、條件較為苛刻，一般地質勘查單位很難計算出準確的結果，現階段多處于理論研究階段。因此，按照此理論計算路面結構的軟件也尚未開發。

4 結束語

柔性路面結構的設計必須要根據周圍路況的具體條件和使用要求設計各結構層次和，然后再選擇材料的組成。我國在柔性瀝青路面的應用方面較為落后，在分析、探討適合我國交通特性的柔性瀝青路面結構的力學模型、設計指標和材料參數等方面還需要展開進一步的試驗和理論研究。

參考文獻

[1]程磊.半柔性路面用混合料性能及其設計方法研究[D].西安：長安大學，2002.

[2]王偉明.冷拌半柔性路面材料試驗研究[D].廣州：廣州大學，2013.

〔編輯：劉曉芳〕