柔性基層瀝青路面文獻(xiàn)綜述

張兆征

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

0 前言

截至2015年末，我國(guó)高速公路里程已達(dá)到12萬(wàn)公里[1]，其中大部分的高速公路的結(jié)構(gòu)形式是半剛性基層瀝青路面，這種瀝青路面雖然承載力高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)但隨著交通量的增加，高速公路瀝青路面的破壞也越來(lái)越嚴(yán)重使得高速公路的安全性以及使用壽命大大減小，半剛性基層的缺點(diǎn)也越來(lái)越凸顯出來(lái)。

我國(guó)在“七五”到“八五”期間，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，提出了半剛性基層的結(jié)構(gòu)形式、材料的組合設(shè)計(jì)以及施工方法和施工工藝，由于它的種種有點(diǎn)，使得它在我國(guó)迅速得到廣泛應(yīng)用，目前我國(guó)大部分的高等級(jí)公路都是這種結(jié)構(gòu)形式。

國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者也對(duì)柔性基層瀝青路面進(jìn)行了一些初期探索并取得了一些成功的實(shí)例，比如京津唐高數(shù)公路采取的就是柔性基層瀝青路面，它的下面層采用的是12厘米厚的ATB-40。盡管如此由于我國(guó)對(duì)柔性基層缺乏系統(tǒng)的研究，對(duì)柔性基層瀝青路面的路面厚度、可適用條件以及設(shè)計(jì)指標(biāo)等相關(guān)的內(nèi)容缺乏相應(yīng)的研究，所以制約了柔性基層瀝青路面在我國(guó)的發(fā)展。與此相反，柔性基層瀝青路面在國(guó)外被大量采用，尤其是重型交通更多地采用柔性基層，而中輕交通采用的是我國(guó)常用的半剛性基層。大量的路況調(diào)查也表明柔性基層瀝青路面的使用狀況優(yōu)于半剛性基層瀝青路面。

1 國(guó)外柔性基層瀝青路面使用和研究現(xiàn)狀

從世界各國(guó)的范圍來(lái)看，最早使用瀝青路面的國(guó)家是美國(guó)。從二十世紀(jì)四十年代起，美、英各國(guó)就憑借足尺實(shí)驗(yàn)路等各種有效方法，對(duì)瀝青路面的各種類(lèi)型的基層的性能特點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試研究，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)柔性基層瀝青路面的各方面性能要優(yōu)于其他類(lèi)型的瀝青路面，故將柔性基層瀝青路面作為高等級(jí)路面的主要結(jié)構(gòu)形式。美國(guó)LTTP通過(guò)對(duì)不同的路面基層、底基層的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明柔性路基瀝青路面是瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)形式。

七十年代后，日本的高速公路絕大部分采用的是瀝青厚度較大的路青路面，也就是10厘米的瀝青混凝土面層以及8到15厘米的瀝青穩(wěn)定碎石基層并且在瀝青穩(wěn)定碎石基層。

德國(guó)現(xiàn)在的瀝青路面結(jié)構(gòu)一般以柔性結(jié)構(gòu)為主，瀝青路面一般都采用適量厚度的瀝青穩(wěn)定碎石基層并且瀝青層較厚。路面結(jié)構(gòu)的基層不允許使用半剛性材料，半剛性材料只能統(tǒng)一作為厚度15厘米的底基層。

俄羅斯的底基層一般采用半剛性材料例如級(jí)配碎石，基層很少采用半剛性材料。俄羅斯的路面結(jié)構(gòu)一般為5厘米的細(xì)粒式混凝土、10厘米的粗粒式混凝土、50到90厘米的級(jí)配碎石以及25厘米的高爐廢棄礦渣。

總而言之，從世界各國(guó)的高等級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要以柔性基層瀝青路面為主，高等級(jí)路面對(duì)基層的要求較高，故一般使用瀝青穩(wěn)定碎石作上基層。從國(guó)外的使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，柔性基層瀝青路面的使用效果要好很多。根據(jù) LTTP DPS-6 （FHWA-RD-00-165）的數(shù)據(jù)來(lái)看，絕大部分的柔性基層瀝青路面都能夠使用15以上才需要去維修并且很多柔性基層瀝青路面過(guò)了20多年才出現(xiàn)損壞。這與我國(guó)的瀝青路面形成強(qiáng)烈地對(duì)比。

大概的講，國(guó)外瀝青路面的設(shè)計(jì)方法可以概括為兩大設(shè)計(jì)方法，其中一種為古典法-經(jīng)驗(yàn)法另外一種為力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法

經(jīng)驗(yàn)法是指通過(guò)大量的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行科學(xué)的系統(tǒng)的綜合分析，它在實(shí)質(zhì)上是屬于歸納法這一范疇。AASHTO可以說(shuō)是經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)的典型代表，通過(guò)科學(xué)的方法建立了路面的情況和PSI之間的關(guān)系[8]。力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法當(dāng)中的主要參數(shù)來(lái)自力學(xué)的計(jì)算，而計(jì)算的核心方程來(lái)自于大量的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)的分析。在同時(shí)期的基于力學(xué)分析的各種方法中，Shell和AI設(shè)計(jì)法使其中的典型代表。Shell法的設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，比較容易操作，但它做的模型假設(shè)與實(shí)際情況不符并且這種方法依賴(lài)于力學(xué)的發(fā)展。

2 國(guó)內(nèi)柔性基層瀝青路面使用和研究現(xiàn)狀

由于我國(guó)的高等級(jí)公路大多采用半剛性基層，通過(guò)對(duì)半剛性基層瀝青路面的破壞情況進(jìn)行分析后，我國(guó)的研究人員重新意識(shí)到柔性基層的優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)采用柔性基層的道路比較少，但從這些道路的使用情況來(lái)看，采用柔性基層的道路經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用人能保持良好的通行狀況。這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為我國(guó)解決有半剛性基層瀝青路面帶來(lái)的問(wèn)題提供了有力的解決方案。

我國(guó)現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)是將各種各樣不同的軸載按照公式標(biāo)準(zhǔn)軸載（100KN），但是再進(jìn)行換算以及分析時(shí)，考慮的因素不全面故而換算的結(jié)果依舊不準(zhǔn)確[3]。

我國(guó)雖然起步較晚，但也對(duì)柔性基層材料有相應(yīng)的研究，主要的研究?jī)?nèi)容是瀝青碎石類(lèi)材料，由于國(guó)內(nèi)外氣溫、交通量等實(shí)際情況不同，所以不能照抄，我國(guó)在外國(guó)的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行研究并取得了成果。東南大學(xué)的楊群教授提出了瀝青穩(wěn)定基層的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其影響的各方面因素進(jìn)行了討論與研究，提出了瀝青穩(wěn)定基層混合料的設(shè)計(jì)方法。長(zhǎng)安大學(xué)的袁宏偉教授提出了瀝青穩(wěn)定基層的設(shè)計(jì)方法以及施工方法，并且通過(guò)實(shí)踐證明了瀝青穩(wěn)定基層的低溫抗裂性要優(yōu)于半剛性基層。

最近幾年來(lái)，柔性基層的重要性越來(lái)越凸顯出來(lái)，而級(jí)配碎石作為柔性基層的常用材料，其相關(guān)研究也在進(jìn)行著。我國(guó)的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范之中的關(guān)于級(jí)配碎石的相關(guān)參數(shù)由于是基于低等級(jí)道路和工藝的總結(jié)，所以該參數(shù)并不準(zhǔn)確，因此制約了我國(guó)路面結(jié)構(gòu)的發(fā)展。我國(guó)在使用級(jí)配碎石時(shí)，大多是將其使用于半剛性基層，于底基層的相關(guān)研究知之甚少。以后這方面可能會(huì)加大力度去研究。

綜上所述，我國(guó)關(guān)于柔性基層的研究成果還相對(duì)較少，需要廣大研究人員結(jié)合實(shí)際逐步加深我國(guó)柔性基層瀝青路面的研究。

3 柔性瀝青路面設(shè)計(jì)中存在的為題

我國(guó)國(guó)內(nèi)常用的瀝青公路設(shè)計(jì)方法是以彎沉值來(lái)作為指標(biāo)的，這種單一性的指標(biāo)只能反映瀝青路面的部分特性，不能反應(yīng)出瀝青路面的結(jié)構(gòu)上的多樣性。尤其是對(duì)于柔性基層來(lái)說(shuō)，荷載疲勞是其出現(xiàn)裂縫的的原因，而彎沉值不能反映出柔性基層瀝青路面抗疲勞的能力。目前我國(guó)對(duì)瀝青混合料疲勞的能力的影響因素及規(guī)律尚缺乏完善的研究，而瀝青混合料的性能有直接影響著柔性基層瀝青路面的使用壽命。故而應(yīng)著手于瀝青的抗疲勞能力進(jìn)行研究。

目前，我國(guó)大量使用半剛性基層瀝青路面已經(jīng)凸顯出許多問(wèn)題，希望可以通過(guò)對(duì)柔性基層瀝青路面的研究，為解決我國(guó)這一方面的問(wèn)題提供一種思路與方向。

[1] 蔣建明,張立文,羅雪坤.基于彎沉等效的柔性基層瀝青路面軸載換算原則[J].山西建筑. 2013(01)

[2]AASHTO. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures.Washington,1993

[3] 楊群.高速公路瀝青穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法研究[D].南京：東南大學(xué)，2001