柔性基层沥青路面结构分析

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总382、383、384期
2016年第04、05、06期（2月合刊）
道路工程
收稿日期：2016-01-28
作者简介：满长波（1980—），男，助理工程师，主要从事公路设计及管理方面的工作。

柔性基层沥青路面结构分析
满长波
（保定市保通公路勘测设计有限责任公司，河北 保定 071000）
摘要：柔性基层沥青路面具有较强的抗疲劳和抗剪切强度，能有效克服半刚性基层沥青路面容易出现裂缝的情况。

介绍柔性基层的特点，对柔性基层沥青路面结构进行受力分析，提出柔性基层与半刚性基层沥青路面的优化组合方式，在高速公路施工中应用的可行性，从而有效减少沥青路面病害的出现，延长公路的使用寿命。

关键词：柔性基层；沥青路面；受力；破坏中图分类号：U416.2
文献标识码：B
0 引言
目前，半刚性基层沥青路面由于具有材料来源广泛、施工便捷、成本低廉等优点，所以依旧是我国大多数高等级公路所采用的路面结构类型。

近年来，随着交通运输业的迅猛发展，道路路面的车载量与日俱增，大多数的半刚性基层沥青路面的破坏问题日益严峻，甚至部分高等级公路已经处于大修期阶段，直接影响了道路行车的安全性和稳定性。

而柔性基层沥青路面的出现则弥补了上述路面形式的缺点和不足，对其进行分析和探究具有重要的意义。

1 半刚性基层特点分析
有关数据表明，当前我国高等级公路路面中，沥青路面所占有比例高达80%～90%，且其中很大一部分采用了半刚性基层类型。

通常半刚性基层具有刚度大、强度高、板体性强，并且取材便捷、成本低等特点，但是在使用的过程中也存在一定的缺陷和不足，具体主要表现为因温度或者干缩所引发的裂缝问题，并且裂缝的发展速率比较快，而一旦渗入雨水，就会使公路基层的顶面出现软化，进而可能在裂缝周边出现坑槽或者龟裂问题。

2 柔性基层的特点
柔性基层沥青路面在我国的应用处于起步阶段，目前已逐渐成为我国国内研究的重点和热点内容。

沥青稳定碎石等公路柔性基层都具有较强的抗疲劳和抗剪切强度，并且韧性和自愈能力比较好，有利于克服半刚性基层所存在的各种缺点，比如层间结合度不好，或者基层出现反射裂缝以及唧浆等问题
[1][2]。

比如沥青稳定碎石作为一种重要的
柔性基层结构材料，与半刚性基层材料相比，具有较强的抗疲劳性和抗剪强度，所以裂缝不太容易出现，同时其与沥青面层所共同构成的全厚式沥青路面的厚度可达20cm 以上，所以整体沥青路面层的结构比较均匀，施工时间短，
维修比较简便，使用年限也比较长。

就具体的内容而言，其主要包括以下几个方面：
⑴相比于半刚性基层结构，沥青稳定碎石基层结构类型的公路，其基层施工对交通产生的影响比较小，有利于缩短工期，增强运营的经济效益。

一般来说，公路的面层结构铺设可以在沥青稳定碎石基层施工完毕后的一天时间后来进行，而其他类型的公路基层则需要比较长的时间进行合理的养护，所以工期会较长[3]。

⑵相比于半刚性基层结构，沥青碎石稳定基层结构类型具有更好的使用性能。

不仅可以确保公路面层结构的平整度，为行车人员提供一个安全、稳定的使用环境，还可以增强公路路面的耐久性和舒适度，尤其有利于消除半刚性基层所存在的早期损坏问题。

⑶相比于半刚性基层结构，沥青稳定碎石基层结构类型具有保护环境的特性。

这种全厚式沥青路面结构除了具有均匀性外，还有利于改建和维修已经出现质量问题的路面，同时也可以全面重复利用公路基层和面层的各种施工材料，节省后续的维修费用以及资源，污染性比较小，所以是一种典型的环保基层结构。

3 柔性基层沥青路面弯沉及拉应力分析
3.1 路表弯沉分析
弯沉作为反映路面总体刚度的一个重要表征指标，在相同荷载和相同土基支承的条件下，弯沉值越小，表明总体刚度越大、抗变形能力也越强。

相关研究表明：在轴载逐步增长的背景下，无论是半刚性基层沥青路面还是柔性基层沥青路面，其对应的路面弯沉值均会相应的增大，这实际上也反映了路表弯沉对车辆轴载变化具有很强的敏感性，但是半刚性路面的弯沉增长率要远小于柔性基层沥青路面，所以柔性基层沥青路面的路表弯沉对于车辆轴载变化更加敏感[4]。

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基于路基路面本身来说，土基模量在影响路表回弹弯沉方面具有重要的作用，主要表现为：在荷载的作用下，土基承担80%以上的竖向弹性位移。

柔性基层沥青路面所传递到公路路基上的应力要大于半刚性基层沥青路面中所对应传递的应力值，在选择填料或者控制填料压实度时要进行严格的把控，结合土基的具体情况采用合理的手段提高土基模量，减小路表弯沉。

3.2 沥青路面层底拉应力分析
柔性基层沥青路面的层底所受的水平应力均为正值。

在车辆荷载的作用下，其下面层始终处于受弯拉状态，当车辆出现严重的超载问题时，就会导致沥青公路面层因过大的拉力而产生裂缝问题。

但是半刚性基层沥青路面的下面层底所承受的水平应力值却恰好相反，即便在车辆出现超载问题时，也不会出现类似于柔性基层沥青路面存在的裂缝问题。

理论上来讲，沥青稳定基层厚度是影响沥青底层拉应力指标的最大因素，而土基模量的影响量则最小，所以可以借助沥青层厚度的增加来达到减小沥青层底拉应力的目的，同时该方式也有助于延长沥青公路路面的使用年限。

但是，在基层厚度值超出15cm后，如果继续增加厚度值，减小底层拉应力的作用也会逐渐减弱。

因此，从经济角度来讲，沥青稳定基层的厚度不是越厚越好，通常控制在15cm左右即可。

3.3 基层和底基层层底受力分析
随着荷载的增加，柔性基层沥青路面与半刚性基层沥青路面基层、底基层层底的最大拉应力都在增大，变化趋势大致相同。

半刚性基层沥青路面的基层和底基层地面所承受拉应力的最大值要大于对应的柔性基层沥青路面所存在的拉应力值，并且随着轴载的逐步增加，相应的拉应力也针对性地增加。

而车辆的超载问题会使半刚性基层沥青路面的上述两个位置的抗拉强度出现不足的问题，首先在层底出现拉裂破坏，进而会致使面层反射裂缝的出现。

另外，结构的疲劳寿命主要取决于结构的拉应力，所以在频繁的超载作用下，半刚性基层沥青路面会较容易出现疲劳破坏而对其使用性能和寿命产生影响[5]。

但是与其相比，柔性基层的板体性较差、强度低，故其最大拉应力随轴载增加的变化较小。

4 柔性基层沥青路面的破坏模式
面层是柔性基层路面破坏的开始，这种初期的破坏会随着时间的推移而逐渐以从上而下的顺序进行发展和延伸，这种破坏隶属于功能性破坏类型。

就面层破坏的具体形式而言，主要包括自上而下的裂缝、自下而上的裂缝以及车辙等。

首先，车辙是这三种破坏中最为严重的破坏类型。

所谓的车辙实际上就是公路路面结构在反复剪切应力作用下所出现的塑性蠕变的逐步积累。

自上而下的裂缝主要是由于水平荷载对公路路面产生的推拉作用或者因温度差异而使路面表面的负弯矩出现反复作用。

一般主要出现在那些厚度超过36cm的沥青层中；而自下而上的裂缝则是
由于沥青层厚度的增加，沥青层底部位置处出现比较大的
拉应力，并且在反复荷载的作用下在底层位置处形成反射
裂缝[6]。

针对柔性基层路面内部存在的各种微裂缝而言，沥
青材料本身所具有的黏弹性可以使其随着时间的推移而逐
步“自愈”，而半刚性基层材料却会进一步加大裂缝的扩展。

因此，柔性基层沥青路面的该种类型破坏隶属于功能
性破坏，可以采取预防性养护措施或者补救措施来加以防
治处理。

5 柔性基层沥青路面的性能要求
根据柔性基层的破坏机理，柔性基层所具备的性能要
求主要体现在以下两点：⑴抗变形能力。

相对于半刚性基
层的变形可以忽略不计，柔性基层的变形则不可忽略，必
须通过合理的设计混合料来加以预防。

⑵耐久性主要表现
为抗疲劳等性能。

另外要确保公路承重层具有很强的抗车
辙能力。

在当前的交通中，车流量不断增加，同时轴载也
相应地逐渐增大，为了在规定的年限内完成预定的性能要求，必须要确保路面材料具有更高的抗疲劳性能，比如合
理确定沥青用量或者设计合适的基层厚度等。

6 结语
由于半刚性基层沥青路面在我国应用已经有很长一段
时间，所以其设计理论以及相关的施工经验均比较成熟，
但是柔性基层方面的研究还比较少，没有成熟的设计和施
工经验，所以当前在我国还没有得到广泛的推广、普及和
应用。

本文基于我国已有的研究成果，对柔性基层所具有
的结构特点和力学特性等进行了分析和探究。

柔性基层与
半刚性基层两者进行优化组合，可以充分发挥两者各自的
优势，对提高路面的质量，改善公路的使用性能具有重要
的意义。

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（编辑：刘学文）
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