上海市柔性基層瀝青路面典型結構設計初探

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構設計初探

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，出于加快施工進度的考慮，上海市政系統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構。由于缺乏深入的研究，各家設計單位設計的此類路面結構組合不盡統一。為此，在分析研究柔性基層瀝青路面結構設計現狀的基礎上，通過統一設計參數和材料參數的選取，經過軟件計算，給出上海市柔性基層瀝青路面典型結構組合，以方便設計人員選用，并對使用柔性基層提出了想法和建議。

瀝青路面；柔性基層；典型結構設計

0 引言

近幾年，上海市政系統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構。柔性基層的瀝青路面成型養護時間短，施工速度快，對交通影響小，優點顯著。但柔性基層價格較貴，應用還是偏少些。由于對該結構類型缺乏深入的研究，各家設計單位設計的此類路面結構組合五花八門，不盡統一。因此，有必要通過統一設計參數和材料參數，計算歸納出類似于《上海市城市道路與公路設計指導意見》中典型路面結構組合設計的表格，供設計人員在進行柔性路面設計時參考和選用。

1 設計現狀分析

通過查閱近年來上海市高等級公路和市政大中修工程的設計資料，發現大多數工程采用以水泥穩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構，如翻挖重建段、局部補強、重要交叉口等。由于價格偏高，應用不多，各家設計單位設計的柔性路面在同等情況下厚度不一，有的單位設計的主、次干路結構均采用二層式瀝青混凝土及40 cmATB-30，有的單位設計的次干路結構采用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。部分附有計算過程，但參數的選用五花八門，計算得到的彎沉值遠小于路表設計彎沉值。尚未有單位對此進行研究歸納。

目前上海采用的柔性基層材料主要是密級配瀝青碎石（ATB），也有考慮環保采用熱再生瀝青混合料、冷再生乳化瀝青混合料的。有些設計年限較短的結構采用瀝青碎石作上基層、水泥穩定碎石作為下基層。

2 柔性基層特點分析

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

柔性基層的瀝青路面最大的優點是施工靈活，對交通影響小，能快速開放交通。因此雖然價格偏高，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、改建或養護時得到了廣泛的應用。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，以及不加任何結合料的粒料類材料鋪成的基層，包括級配碎石、級配礫石、符合級配的天然砂礫、部分礫石經軋制摻配而成的級配碎、礫石，以及泥結碎石、泥灰結碎石、填隙碎石等材料結構層。目前上海采用的柔性基層材料主要是密級配瀝青碎石（ATB）。

柔性基層具有較高的抗剪強度、抗彎拉強度和耐疲勞特征，面層剪切應力小，能克服層間粘結不好、反射裂縫、基層唧漿等半剛性基層的缺點，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20 a，遠大于國內目前的半剛性基層。

柔性基層的主要弱點是車轍。但國外的研究表明：路面往下10～15 c m為高壓力區，車轍的產生主要在這一厚度范圍內，因此加厚的瀝青層不會產生結構性變形。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的設計年限內不發生結構性破壞，只需每15～20 a對瀝青面層進行維護。國外研究認為，耐久性瀝青路面的最小瀝青層厚度為21.5 c m，最厚可達35 c m[1]。在我國，率先使用柔性基層的高等級公路是成渝高速公路。建設的為數不多的瀝青層較厚的高等級公路中京津塘（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，但使用至今路面結構狀況仍較好，僅對瀝青面層進行過維修。上海地區也有多條重載交通道路大中修時局部路段采用柔性基層，已經證明該路面良好的結構強度、剛度，能滿足道路使用的要求。

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

3 柔性基層瀝青路面設計指標的選取

按照規范，瀝青路面結構設計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，采用路表設計彎沉值、容許彎拉應力及容許剪應力三項設計指標。按照相關規范公式進行計算，瀝青混合料、基層、底基層材料設計參數（抗壓模量、劈裂強度等）按公路瀝青路面設計規范附錄E選取（一般取中值，采用改性瀝青S B S或抗車轍劑作適當提高）。土基回彈模量按各自公路或道路等級規范要求取值。

其中路表設計彎沉值根據公路或道路等級、設計年限內累計標準當量軸次、面層和基層類型計算確定，公式如下：

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式中：Ld為設計彎沉值，0.01 mm；Ne為設計年限內一個車道累計當量軸次，次/車道；Ac為公路或道路等級系數，高速公路、一級公路、快速路、主干路為1.0，二級公路、次干路為1.1，三、四級公路、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為路面結構類型系數，柔性基層和粒料基層為1.6。

路表計算彎沉Ls應小于或等于路表設計彎沉值Ld，以保證路面結構整體剛度。應符合下式要求：

其中：γa為瀝青路面可靠度系數，參考《路面設計規范》（D G/T J08-2131-2013，J12442-2013）中，表3.1.5可靠度系數。

本文所列的各表計算出的柔性基層厚度已考慮可靠度系數。

二級及以上公路、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變作為設計指標。

三級、四級公路和支路可僅采用路表彎沉值為設計指標。

4 柔性基層瀝青路面典型結構計算

參照《上海市城市道路與公路設計指導意見》培訓材料第三篇第四章中典型路面結構組合設計的表格形式，根據各交通等級道路的車道累計軸次及各設計參數，采用東南大學公路瀝青混凝土路面設計系統軟件，計算得到上海市常用柔性基層瀝青路面典型結構如表1～表5所列。計算時對土基回彈模量的選取，按《上海市城市道路與公路設計指導意見》，高速公路、一級公路、城市快速路、承受重交通荷載的二級公路不小于40 MPa；一般二級公路、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。列表時根據不同土基回彈模量的選取調整了表格名稱和適用范圍。

表1 特重交通典型路面結構一覽表

表3 一般二級公路、城市主干路、承受重交通荷載的城市次干路典型路面結構一覽表

表4 城市次干路、承受重交通荷載的城市支路典型路面結構一覽表

表5 三（四）級公路、支路典型路面結構一覽表

表中各等級道路的面層結構組合不變，墊層材料和厚度不變。設計結果為新建或翻挖重建結構。瀝青路面設計使用年限采用15 a。柔性基層統一采用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計參數重新進行計算。另外，表中結構未列入稀漿封層材料，瀝青層之間的常規粘層材料也未列出，具體設計時應加入結構組合。

5 對柔性基層設計的一點想法和建議

（1）土基回彈模量對于路表回彈彎沉的影響最為顯著。在同樣的累計軸載作用次數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增加8 c m。東南大學朱洪洲研究發現：當瀝青層厚度在25 c m以內時，增加瀝青層厚度可以減少瀝青層底拉應力，延長瀝青路面疲勞壽命[2]。因此必須重視并加強土基的處理，盡量提高土基模量，注重處理措施的效果，確保達到規范相應的重型擊實標準。

（2）根據有關資料，現狀道路交通貨運車超載比較嚴重，有些地處工業區或碼頭、物流中心，重載車比例較高，超載率達到80%，超載重量甚至達到規定載重的200%以上。

根據研究，不同類型貨車，超載相同幅度，其軸載換算系數差別較大；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，其軸載作用次數呈幾何級數增長；超載幅度達到100%時，大型貨車軸載換算系數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標準軸載次數的影響十分重大。對于承受重載的道路，如事先不考慮重載的作用，將會極大地縮減道路預定的設計年限。設計時必須面對這一嚴峻的客觀現實，充分考慮超載對路面結構的不利影響，根據所在地區貨運車的實際運營情況進行取值計算，避免路面結構過早破壞。

（3）計算結果表明采用柔性基層能減少路面結構總厚度，比目前各家單位的設計厚度要薄些。因此在正確計算軸載作用次數和采用設計參數的前提下，柔性基層瀝青路面的造價較當前設計要小些，尤其采用ATB瀝青碎石作基層，材料粒徑較大、級配較粗、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。上海地區宜用ATB-30。同時應加強該層的分層碾壓工作。

（4）在大中修工程項目中，采用承載板法對老路面回彈模量進行測試，并結合開挖的樣洞實際結構組合進行反算，結構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生破碎，則該部分厚度應按粒料進行計算。這樣計算出的路面結構組合更合理更有針對性。

對于設計使用年限5～8 a的中修項目，柔性基層還可與水泥穩定碎石一并使用，即采用ATB-30作為上基層，水泥穩定碎石作為下基層，以在滿足荷載計算要求的前提下，充分利用舊料，達到環保的目的。

（5）需要注意的是，由于柔性基層瀝青路面結構造價偏高，目前應用還不普遍，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，建議對部分實施柔性基層的已建大中修項目，切實做好歸檔工作，以免未來路面發生病害進行評估時發生錯判，造成浪費和過度設計。

6 結論

本文對新建或翻挖重建的柔性基層瀝青路面結構組合設計進行了計算和歸納，供上海地區類似項目設計人員參考。對大中修工程項目，可對具體項目具體分析，計算結果可與本文計算成果比較選用。

由于柔性基層路面結構修筑時間短、結構受力均勻、受水和冰凍影響較小、不用因疲勞開裂而全部翻挖、維修費用低、路面材料能夠全部被重復利用、使用壽命延長等優點，綜合造價還是有優勢的。建議結合工程試鋪試驗段，積累經驗逐步推廣。

[1]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[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構設計參數分析[J].重慶交通大學學報（自然科學版），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計研究[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，從事道路工程設計工作。