半剛性基層瀝青路面結構及其可靠性分析

劉毅

（貴州橋梁建設集團有限責任公司 貴州貴陽 550000）

伴隨著經濟發展，交通量也隨之增加，多地高速路實際的交通量遠超預期的交通量，而且由于超載和重載情況比較嚴重，使高速路現況堪憂，出現很多路面病害。半剛性基層瀝青路面是我國高速路的主要路面結構形式，很好地推動了沿線經濟發展。但半剛性基層瀝青路面出現了各種程度的裂縫、坑槽、波浪或者脫皮等現象，使道路無法使用，從而制約了各地的經濟。文章通過分析半剛性基層瀝青路面結構及其可靠性的分析，為未來優化路面結構和提高路面穩定性提供理論依據。

1 半剛性基層結構簡介

半剛性基層是指使用無機結合料穩定土鋪筑的能結成板體，是具有一定的抗彎強度的基層。

其優點是：①具有比較高的剛度，抗拉，抗疲勞；②具有比較強的荷載擴散應力；③有較好的水穩定能力；④路面受力性能較好；⑤保證路面基層穩定性。

缺點：①因其不耐磨，所以不可做面層；②因其收縮開裂導致瀝青面層反射性裂縫很多；③因其致密性，導致基層滲水性差；④因環境或者反復荷載，導致半剛性基層的整體性逐漸衰減；⑤重載和超載車對其路面損傷比柔性基層大得多；⑥其被損壞后無法自愈，且不能修補，無法對其修復養護。

2 常見的半剛性基層瀝青路面結構

經查閱總結，半剛性基層瀝青路面結構的常見形式組合見表1。

表1 半剛性基層瀝青路面結構常見形式組合

表1中：AC-瀝青混合料；SM-水泥、石灰、粉煤灰穩定粒料。

半剛性基層瀝青路面結構對環境的要求較高，在一些高溫地區，半剛性基層瀝青路面容易遇到車轍的損壞，需要對瀝青的性能和混合料進行更優化的調整，可以通過增加瀝青碎石的過渡層，來提高路面的整體抗車轍能力；在一些多雨地區，半剛性基層瀝青路面容易遇到松散或坑洞等水破壞，需要對半剛性基層材料進行更優化的升級，來提高基層的強度或者改善其排水能力，或可以用大孔隙開級加配瀝青的磨耗層，以提高路面的整體水穩定性。

3 半剛性基層瀝青路面結構的可靠性分析

一般路面結構的可靠性分析涵義是針對路面設計需要在預定的期限內完成，而在多種因素的促使下，如交通荷載作用和周邊環境因素，需充分考慮其使用性能在路面設計中是否可以滿足，是否可以達到標準范圍內的概率。

國內外對瀝青路面的結構設計都有其可靠性分析的應用。

文章首先根據目標路面的部分可靠性指標以及運行中可發生的變量，且套用可靠度的計算公式得出結構抗力的數值，以便更好地對路面結構進行設計。

路面的結構承載能力的極限狀態設計表達公式見式（1）。

式（1）中：rr-路面結構的可靠度系數；SQik-路面結構第i個可變作用標準值的效應；fk-材料和巖土性能標準值；ak-結構構件的幾何參數標準值；R（·）-結構構件的抗力函數。

一般情況下，半剛性基層瀝青混合料的路面在設計結構時，會以車輛載荷能力的情況而定性，通常為標準車輛載荷，其主要作用于路面形成的最大彎沉數值，以及路層底最大彎拉應力所達到的最高值。而其中極限狀態下的路面設計表達的計算方法，可以采用半剛性基層瀝青路面的設計中所形成的有效數值和具體的實施方法；通過以上方法可得出路面結構的彎沉值和層地彎拉應力可靠度系數，主要以公式中的可靠指標和參數變量統計計算出該數值[1]。

通過對現場勘察、檢測以及室內采取的實驗，加上標準范圍內給出的瀝青路面結構層的設計數值，交通量所給出的變異系數范圍值和變異概率的分布類型。文章對我國一些地區的高速路半剛性基層瀝青路面結構進行了施工期跟蹤觀察勘測和室內外的各種試驗，在收集高速公路路面結構的檢測結果的基礎上，研究人員通過minitab15統計軟件對采集的樣本進行檢測，并進行數據統計和有效的分析，其次還需研究樣本中各參數的分布類型和數據的差異性，得出半剛性基層瀝青路面結構的設計參數的分布類型和變異系數。

半剛性基層瀝青路面結構的可靠性系數的確定方法如下：①確定路面結構的可靠系數的方法：該數據通過路面結構的可靠度指標的演算方法得出其計算公式，并根據其計算方法可從中得出其結構抗力R和作用效應S的正態分布數據，演算的可靠度系數是結構可靠指標、結構抗力變異系數和作用效應的函數值。從而根據本篇章的實驗調查數據統計，加上不同公路等級、參數差異性水平數值可求得。如在計算中路面設計需要的可靠度已給出，設計時只需要計算出半剛性基層瀝青路面的結構的抗力和綜合效應的變異系數，也就能計算出目標路面結構的可靠度系數。②結構抗力變異系數：由于半剛性基層瀝青路面結構的抗力表達式較為簡單，可以用一次二階矩中心點法計算得到彎沉和彎拉應力的變異系數。

文章參照所查閱文獻對半剛性基層瀝青路面結構的可靠性進行了簡單研究。得出在有限元路面結構的基礎上的可靠度的計算模型，分析了半剛性基層瀝青路面結構的可靠性。采用蒙特卡洛抽樣的模擬方法，同時提出了在可靠度的基礎上半剛性基層瀝青路面結構的設計方法，希望在一定程度上為我國公路和高速路面在工程實施過程中得到有效的解決方案，并重點解決路表彎沉驗收工作。在解決問題時，應以路表彎沉是否可以滿足目標路面可靠度為基礎，如可滿足要求，那么路面各個結構層拉應力就可以達到基本目標，其次也可以證明彎沉作為設計基礎的一些半剛性基層瀝青路面設計的理論體系，層底的拉應力基本不起作用[2]。

4 結束語

綜上所述，從文章調查結果可知，由于半剛性基層瀝青路面結構狀況比較差，我國大部分高速公路的路面狀況無法滿足現有的交通通行的要求。公路的病害主要是一些龜裂、車轍、坑陷和裂縫等，我國因為修補裂縫不及時，或者甚至部分地區公路路面根本不進行修補，因此應盡快對我國廣泛使用的半剛性基層瀝青路面結構進行分析研究，并深入分析其可靠性，以便對我國公路的路面工程進行改造和重新針對不同區域環境和不同交通量等級進行設計，更好地滿足交通通行的需求。關于半剛性基層瀝青路面結構的可靠性分析方案施工或設計前，應當對路面的土基和基層等結構狀況進行詳細勘察報告和檢測，由于部分地區路面的面層和基層需要優化或者取代，所以更為期待對后期的研究。

[1]徐燁超.瀝青路面結構可靠性評價方法[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2017.

[2]敖祥.舊瀝青路面加鋪及可靠性研究[D].重慶：重慶交通大學，2014.