柔性基层沥青路面结构设计研究

柔性基层沥青路面结构设计研究发表时间：2015-06-15T11:26:47.770Z 来源：《工程管理前沿》2015年第7期供稿作者：吴强[导读] 柔性基层沥青路面的结构特征在柔性基层沥青路面施工的过程中主要通过加厚基层的方式来对柔性基层进行实现。

吴强（中铁四局集团有限公司设计研究院安徽合肥 230023）摘要：柔性基层沥青路面是道路结构设计与施工的重要内容之一，同时也是安全隐患出现较多的一部分。

因此加强柔性路面结构设计工作的研究是非常有必要的，需要引起我们的重视，从而为后面的施工奠定基础，基于此本文分析了柔性基层沥青路面结构设计的相关方面。

关键词：柔性基层；沥青路面；结构设计1、柔性基层沥青路面的结构特征在柔性基层沥青路面施工的过程中主要通过加厚基层的方式来对柔性基层进行实现。

在具体的施工过程中其结构主要分为两个层次，第一层次为刚性基层，此部分基层的施工与传统施工方式类似，不同的是在基层厚度方面存在一定的差异；刚性基层主要分为三个层次，第一层次为土基，即道路施工过程中攫取土方之后的裸土，此基层在施工中需要注意平整度，其他材料与性质方面并没有特殊要求。

第二层次为垫层，此层级施工中与传统施工相同，采用砂砾为主要垫层材料，压实后要求其干密度在2.13－2.26g/cm3 之间。

第三个层级为底基层，此层级在施工时是主要区别于刚性基层的关键，在具体的工艺层面分为两个不同的部分，第一部分为5－10cm 的石灰水泥稳定土，采用少量水泥混合石灰与回填土搅拌的方式来进行，在首次铺垫之后进行逐层的压实，压实后密度要求在1．85g/cm3 之上。

第二部分为水泥稳定碎石，采用碎石搅拌干水泥的工艺进行供料处理。

此部分是保障基层具有较高的柔性的核心，铺设厚度在2－3cm 之间，如果铺设厚度较高则会造成成本过高，同时使得路面柔性过大，承载力不足。

柔性基层沥青路面的第二个层次为柔性基层，此部分基层铺设只要分为三个层次；首先，采用规范级碎石进行铺设，压实后密度为2.28－2.30g/cm3 之间；其次，采用断级碎石进行铺设，压实后密度在2.30-2.38g/cm3 之间；最后，表层基层采用连续级碎石进行铺设，压实后密度在2.36－2.45 之间。

不同层级之间的压实密度逐层递增，这使得柔性基层的柔性主要来源于基层深处的内在柔性指标，而非面层提供的单一柔性。

同时，此种施工工艺能够在一定程度上保障整体柔性的表达，在承载力方面更为突出，这主要是由于三层碎石基层的共同承载以及承载力传导所带来的积极效能。

在基层铺设完成之后，最外层进行沥青铺设，由于柔性基层的结构特点，在面层铺设的过程中多采用改性沥青(AC13，马歇尔)的方式进行面层施工。

此种施工方式在保障了基层柔性的基础上，以刚性表层为依托，加大的路面整体的磨损指标，对车辙等压痕具有显著的规避效果。

2、柔性基层沥青路面结构的价值2.1、自我修复能力。

随着道路运输压力的增加和道路使用年限的增加，路面有可能出现一些裂缝。

而柔性基层沥青路面结构的基层材料粘弹性强，它有自我修复能力，可以避免裂缝的扩大化，从而有效提高使用寿命。

2.2、经济效益和社会效益高。

从短期来看，柔性基层沥青路面结构的成本远高于半刚性基层沥青路面结构，但是，其使用寿命、耐久性、性能都比半刚性基层沥青路面要好，而且维修费用少，只要做好基本的日常维护管理工作就好。

所以说，从长远角度来看，柔性基层沥青路面结构将会创造更大的经济效益。

另外，柔性基层沥青路面结构节约了能源，因此，又能创造良好的社会效益和环境效益。

2.3、减少路面的损坏。

柔性基层沥青路面一般不会发生结构性损坏，而半刚性基层沥青路面的耐久性差，容易出毛病和故障，一旦出现问题就只能挖掉重建，进而就带来—大笔财政支出。

而柔性基层沥青路面不容易出现结构性损坏，其重建工程少，大大节约了成本，所以说，从长远来看具有良好的经济效益。

2.4、剪应力计算。

我们都知道，在停车场、车站、交通拥挤处、交叉口等地的路面容易出现车撤、坑槽等破坏现象。

车辆的水平力系数与其轮胎与路面的摩擦力有关，在正常行驶状态下，水平力系数小，而转弯、紧急停车等状态下，水平力系数大。

在进行剪应力计算时，为了确保路面结构的质量，我们一般选择最大水平力系数作为参考系数。

在沥青路面结构上，其路表、车轮边缘的剪应力较大路表下内的剪应力最大，因此，我们将这一点作为剪应力的验算是比较安全的。

3、柔性基层沥青路面结构设计原则沥青路面结构层次的合理选择和安排能发挥各结构层的最大效能，使整个路面结构经济合理的关键。

在路面结构组合设计中要遵循下列原则。

1）适应行车荷载作用的要求作用在路面上的行车荷载，通常包括垂直力和水平力。

路面在垂直力作用下，内部产生的应力和应变随深度向下递减。

水平力作用产生的应力、应变，随深度递减的速率更快。

路面表面还同时承受车轮的磨耗作用，因此，要求路面面层具有足够的强度和抗变形能力。

2）在各种自然因素作用下稳定性好如何保证沥青路面的水稳性，是路面结构层选择与组合需要解决的重要问题。

在潮湿和某些中湿路段上修筑沥青路面时，由于沥青层不透气，使路基和基层中水分不断向基层积聚，尤其是土的塑性指数较大时，遇水变软，强度和刚度急剧下降，结果导致路面开裂破坏。

所以，沥青路面的基层一般应选择水稳性好的材料。

3）考虑结构层的特性路面结构层通常是用密实级配、嵌挤以及形成板体等方式构成的，因而如何构成具有要求强度和刚度并且稳定的结构层是设计施工都必须注意的问题。

因此，为了保证路面结构的整体性和结构层之间应力传递的连续性，应尽量使结构层之间结合紧密稳定。

在进行路面设计时，要按照面层耐久、基层监视、土基稳定的要求，贯彻因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则以及上述结构组合原则，拟定结构方案，做到技术先进，经济合理。

4、柔性基层路面的结构设计4.1、不同结构层的极限标准1）路基的永久变形为了避免路基发生剪切破坏或沉陷，路基的永久变形应控制在一定的范围内，以避免路面发生沉陷、车辙甚至整体性损坏，保证路面具有良好的使用性能，使用的指标有：路基表面的垂直应变或应力，路基表面的活动剪应力。

2）整体性基层和沥青面层底部的拉裂为保证水泥或石灰等稳定材料构成的整体性基层和沥青混合料面层在重复荷载作用下不出现疲劳开裂，采用沥青面层或基层底面的拉应变或拉应力为设计指标。

3）路表面综合弯沉用该指标表征路面各层抵抗垂直变形的综合能力，反映路基路面结构整体的刚度，用于控制沉陷和变形。

4.2、柔性基层路面的结构设计1）沥青路面结构类型。

沥青路面结构层通常包括四大部分，即：面层、基层、垫层以及底基层等。

经过多年的研究与实践，人们习惯把沥青路面结构分成半刚性基层沥青路面结构、组合式工结构、组合式II 结构、柔性基层沥青路面结构以及全厚式沥青路面结构5 种类型。

现今，我国大都采用组合式结构与柔性基层两种路面结构。

2）路面结构组合设计由上图1 所示，路面结构按照不同的层位与功能通常包括面层、基层、底基层以及路基四方面内容。

其中，面层还包括分成上面层与下面层。

研究结果表明，轮胎对路面产生的摩擦力类似于长方形，而且当荷载增加时所形成的长方形也就愈加明显。

超载与交通量之间有着紧密的联系，所以对于路面的设计必须要以超载的标准轴载次数为重要依据。

我国规范路基土设计模量E0 一般都保持在30 到40 兆帕之间。

选用材料设计参数也是一项十分关键的环节，它与路面结构的强度存在了直接的关系。

如果取值高，那么竣工后路面的结构可靠度将会大大减弱，最终造成路面使用年限大幅度减少。

如果取值低，那么路面结构的可靠度就会有所增强，同时增加了一次性投资。

3）路面结构剪应力设计。

道路中的车流量比较大，而且车辆的变速与制动发生频率十分高，因此，路面往往会承受非常大的剪切作用。

所以，要想避免路面在使用过程中出现剪切损坏，还需要深入研究与分析剪应力。

研究以JTGD50-2006《公路沥青路面设计规范》和CJJ37-90《城市道路设计规范》为重要依据。

路面结构设计通常会选择双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论来完成计算，路面荷载与计算点如下图2 所示。

图2 弹性层状体系算图式计算坐标点为A（0，0.1598），B（0，0.1065），G（0，0.0533），D（O，0.2663），E（-0.0959，0.1598），F（0.0959，0.1598）、0（0，0）。

沥青混凝土路面的最大剪应力Tm 按JTGD50-2006 及CJJ37-90的电算程序或诺漠图计算。

容许剪应力Tm=0.25Mpa。

路面水平力往往会受到行车状态的影响，而且具体的大小则取决于轮胎和路面间的摩擦阻力。

所以，对于停车场、交义口等车辆行驶速度比较低的位置，路面出现车辙的几率比较高。

正常行驶时，水平力系数通常比较小，人们习惯取0.3。

但紧急制动或转弯时，水平力系数便增至0.5 左右，所以，剪应力计算过程中水平力系数应按取0.5。

5、结语总之，采用柔性基层能够较好地避免沥青路面过早开裂，这对于延长沥青路面的使用寿命，提高沥青路面的使用质量具有极为重要的现实意义。

因此加强对其的设计非常有必要，需要引起我们的重视。

参考文献[1]刘义如.柔性基层沥青路面结构设计研究[D].河北工业大学，2007.[2]朱洪洲.柔性基层沥青路面疲劳性能及设计方法研究[D].东南大学，2005.[3]汪欢.柔性基层沥青路面结构力学特性分析[D].武汉理工大学，2010.。