摘要：本文在對(duì)天津市路基等級(jí)、交通量等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，通過(guò)瀝青路面材料和半剛性基層材料的選擇，對(duì)薄層式瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了典型結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞： 薄層瀝青砼路面 結(jié)構(gòu)組合 設(shè)計(jì)

根據(jù)我國(guó)半剛性路面結(jié)構(gòu)特性和各結(jié)構(gòu)層的功能分工，擬決定采用薄層式瀝青混凝土面層的方法降低道路建設(shè)成本，即沿用我國(guó)公路建設(shè)的強(qiáng)基薄面的設(shè)計(jì)宗旨。為此，我們提出了幾種薄層式瀝青混凝土路面典型結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的交通量、交通軸載、地質(zhì)狀況及路網(wǎng)配置要求，同時(shí)考慮不同地區(qū)道路建材的供應(yīng)狀況。

1 路基等級(jí)的劃分

路基是影響瀝青路面承載能力、厚度和使用性的重要因素，土基強(qiáng)弱直接影響路彎沉的大小和路面使用壽命的長(zhǎng)短。

路基土的回彈模量除了隨作用壓力大小而變化外，顯然還取決于路基土本身的類(lèi)型和濕密狀態(tài)。由此可見(jiàn)，回彈模量是反映路基土強(qiáng)度的綜合性指標(biāo)，它可以因路基土土質(zhì)以及濕密狀態(tài)而異，因此路基土強(qiáng)度可以采用回彈模量進(jìn)行描述。

結(jié)合對(duì)路基的干濕類(lèi)型和壓實(shí)度的要求，將路基按回彈模量分為25 MPa、30 MPa、40 MPa、50 MPa、65 MPa五個(gè)等級(jí)。

2 交通量等級(jí)的劃分

交通參數(shù)是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要設(shè)計(jì)參數(shù)之一，它包括：標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載換算，累計(jì)當(dāng)量軸次和交通量增長(zhǎng)率等。

交通量等級(jí)劃分時(shí)，選取典型結(jié)構(gòu)來(lái)考察分析在不同的累計(jì)當(dāng)量軸次下，對(duì)上基層或底基層產(chǎn)生大致相同的效應(yīng)為依據(jù)。根據(jù)設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)交通量等級(jí)對(duì)基層厚度分別產(chǎn)生4 ～ 5cm左右的影響為宜。因此主要依據(jù)累計(jì)當(dāng)量軸次的變化對(duì)路面上基層厚度變化的影響程度來(lái)劃分交通量等級(jí)。

根據(jù)天津市低等級(jí)道路的實(shí)際情況，綜合上述分析結(jié)果，進(jìn)行理論計(jì)算之后，劃分交通量等級(jí)如下表所示：

3 瀝青路面材料的選擇

路面的行駛質(zhì)量或使用性能主要取決于瀝青面層。瀝青面層應(yīng)具有良好的技術(shù)性質(zhì)：夏季高溫下應(yīng)有足夠的抗變形能力；冬季低溫時(shí)應(yīng)有足夠的抗裂性能；耐疲勞作用；耐久性和抗滑性。以此保證瀝青面層裂縫少、車(chē)轍輕、平整、抗滑性能好且經(jīng)久耐用。瀝青面層能否達(dá)到這些要求，與所用瀝青、瀝青混合料的類(lèi)型和性質(zhì)以及瀝青面層的厚度有密切的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)各種瀝青混合料的特性來(lái)選擇合適的面層結(jié)構(gòu)。

根據(jù)以上原則，選擇結(jié)果為瀝青：標(biāo)號(hào)為AH-90。

瀝青混合料：為AC-13或AC-16型。

瀝青面層厚度：控制在4 ~ 5 cm。

4 半剛性基層材料的選擇和合適厚度

4.1 基層材料的選擇

上基層材料應(yīng)采用收縮性小，抗沖刷能力強(qiáng)的水泥穩(wěn)定粒料和石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料，其中二灰穩(wěn)定粒料宜采用粒料占80% ~ 85%的密實(shí)型結(jié)構(gòu)，而用做水泥穩(wěn)定的粒料，其顆粒組成應(yīng)符合一定的級(jí)配要求。

石灰土、皂化渣穩(wěn)定土、皂化渣粉煤灰穩(wěn)定土等結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度，但其收縮率較大，彎拉模量與抗拉強(qiáng)度之比也大，即彎拉應(yīng)變小，而抗拉強(qiáng)度不高。用做半剛性基層宜有較大的抗拉強(qiáng)度，而彎拉模量又不過(guò)大，達(dá)到剛而不脆的目的，同時(shí)希望脹縮系數(shù)小。所以，上述結(jié)構(gòu)用于上基層是不利的，而用于底基層則是可行的。

作為半剛性基層的底基層宜采用半剛性材料，在粒料豐富的地區(qū)，底基層宜采用與上基層相同的半剛性材料，也可以采用穩(wěn)定細(xì)粒土做底基層，在有粉煤灰的地區(qū)宜采用二灰土做底基層。

在采用級(jí)配粒料作底基層時(shí)，粒料中的細(xì)土含量及塑性指數(shù)必須符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

在選用冷再生混合料作基層或底基層時(shí)，應(yīng)對(duì)可利用的舊路混合料進(jìn)行土質(zhì)分析，以確定添加劑的種類(lèi)。可參照下表進(jìn)行添加劑種類(lèi)的選擇。

添加劑種類(lèi)的選擇

4.2 半剛性基層的厚度

據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的各類(lèi)結(jié)構(gòu)層的適宜厚度，水泥穩(wěn)定類(lèi)、石灰穩(wěn)定類(lèi)和石灰工業(yè)廢渣類(lèi)均為16～20cm。

根據(jù)有關(guān)資料表明，從消除半剛性基層表層軟化來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定粒料層不需要有多大厚度；從盡可能消除沖刷唧漿現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，就穩(wěn)定粒料基層而言，主要是混合料本身的抗沖刷能力。但穩(wěn)定粒料上基層的厚度對(duì)其下穩(wěn)定細(xì)粒土底基層的沖刷現(xiàn)象有影響，穩(wěn)定粒料上基層越薄，穩(wěn)定細(xì)粒土底基層越接近表面。表面水透入后，行車(chē)荷載產(chǎn)生的動(dòng)水壓力就越大，底基層混合料形成沖刷的可能性也就增加。因此，建議路面結(jié)構(gòu)中采用穩(wěn)定粒料上基層最小厚度18cm。

根據(jù)一些多年的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)半剛性材料層達(dá)到一定厚度后，繼續(xù)增加其厚度，將不會(huì)明顯提高路面的承載能力，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，半剛性材料層應(yīng)有一個(gè)合適厚度。

路面力學(xué)計(jì)算也表明，當(dāng)半剛性材料層達(dá)到40cm ~ 50cm厚度后，繼續(xù)增加其厚度對(duì)路面的承載能力已無(wú)明顯影響。因此，在正常路段，強(qiáng)度大的半剛性材料層的總厚度可控制在45cm － 50cm，對(duì)低等級(jí)公路，厚度還可適當(dāng)放寬。

5 薄層式路面典型結(jié)構(gòu)的可行性

適當(dāng)減薄半剛性基層瀝青路面瀝青面層是可行的，原因如下：

（1）半剛性基層厚度、強(qiáng)度相同，瀝青面層厚度有差異時(shí)，路面彎沉值無(wú)明顯差異。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)分析表明，半剛性基層的強(qiáng)度很高，很多地方修建的半剛性基層瀝青路面其基層的模量已超過(guò)了瀝青面層的模量。半剛性基層的模量一般為800 ~ 1000MPa，有的實(shí)際模量已經(jīng)達(dá)到1300 ~ 1400MPa。瀝青面層的平均模量一般為1200MPa左右，從而形成了“倒裝結(jié)構(gòu)”或“平裝結(jié)構(gòu)”。眾所周知，路面厚度設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)之一是各結(jié)構(gòu)層的合理強(qiáng)度應(yīng)從上到下遞減，為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，上下層之間的模量比一般要保持0.2 ~ 0.5的級(jí)差，而“倒裝層”的出現(xiàn)，說(shuō)明半剛性基層的強(qiáng)度已能滿(mǎn)足汽車(chē)的行駛而不破壞。另外，瀝青面層在正常情況下不作為強(qiáng)度層，只起功能性作用。就是說(shuō)，瀝青面層只起保證路面平整、舒適、抗滑，并保護(hù)基層與延長(zhǎng)基層使用壽命的作用。

（2）適當(dāng)減薄瀝青面層厚度，路面的抗彎拉強(qiáng)度仍能滿(mǎn)足要求。

綜合分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料及計(jì)算可知，瀝青面層底面一直處于壓應(yīng)力狀態(tài)或低壓應(yīng)力狀態(tài)，因而在半剛性基層的情況下，只要底基層與基層的綜合抗彎拉強(qiáng)度足夠，則瀝青面層的抗彎拉強(qiáng)度就可以基本不做考慮，更何況還有一定厚度的瀝青面層應(yīng)參與抗彎拉作用。因此，如果半剛性基層與底基層有足夠的抗彎拉強(qiáng)度，半剛性基層上的薄瀝青面層的抗彎拉強(qiáng)度是能滿(mǎn)足其使用要求的。大量經(jīng)驗(yàn)也表明，在半剛性基層的情況下，瀝青路面抗彎拉強(qiáng)度一般總能達(dá)到規(guī)范要求。

（3）適當(dāng)減薄瀝青面層厚度不會(huì)引起裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展。

半剛性基層瀝青路面的裂縫主要是低溫收縮裂縫，從有關(guān)資料來(lái)看，由于低溫作用，致使瀝青面層產(chǎn)生溫度收縮而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生幾乎是不可避免的。因此，瀝青面層的收縮性裂縫可視為功能性裂縫，適當(dāng)減薄瀝青面層厚度不會(huì)引起裂縫的發(fā)展。要減少路面裂縫數(shù)量，主要依靠使用優(yōu)質(zhì)瀝青及高質(zhì)量的瀝青混合料。另外，提高施工質(zhì)量也是防止裂縫產(chǎn)生的一個(gè)重要措施。

（4）適當(dāng)減薄瀝青路面瀝青面層的厚度，能明顯增強(qiáng)面層的抗車(chē)轍能力。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，瀝青混凝土路面的車(chē)轍將隨著瀝青面層厚度的增大而有所增加。

（5）適當(dāng)減薄瀝青路面瀝青面層的厚度不會(huì)引起面層推擠現(xiàn)象。

瀝青面層的推擠主要是在路面水平推力或水平剪應(yīng)力下發(fā)生的，瀝青面層的最大水平剪應(yīng)力發(fā)生在表面，向下隨層厚逐漸減小。計(jì)算表明，在正常溫度下，瀝青面層表面的實(shí)際水平剪應(yīng)力只為它的容許值的0.94倍，這說(shuō)明面層的水平抗剪應(yīng)力已能抵御面層的實(shí)際剪應(yīng)力，面層以下各層的材料水平抗剪應(yīng)力自然也能達(dá)到要求。因此，采用薄瀝青面層不會(huì)引起瀝青面層的推擠或擁包現(xiàn)象產(chǎn)生。

從經(jīng)濟(jì)角度考慮，適當(dāng)減薄半剛性基層瀝青路面的面層厚度，可以帶來(lái)非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，適當(dāng)減薄瀝青面層厚度，是可行的，也是必要的。因此，提出的薄層式瀝青面層是一個(gè)可貴的嘗試，有很重要的意義。

根據(jù)前面的研究分析，下面提出天津市薄層式瀝青混凝土路面的典型結(jié)構(gòu)的形式。

6 薄層式瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)前面的研究分析，下面提出天津市薄層式瀝青混凝土路面的典型結(jié)構(gòu)的形式。

如果是道路改建工程，路面結(jié)構(gòu)在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮舊路面層材料的再生利用，推薦選用以下結(jié)構(gòu)：

利用冷再生技術(shù)的路面結(jié)構(gòu)形式

7 結(jié)論

利用該優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)在躍進(jìn)路、津赤公路、武落路、馬平路等道路上進(jìn)行了應(yīng)用，節(jié)省了工程造價(jià)，取得了一定的效果。如果交通量超出了該典型結(jié)構(gòu)提出的范圍，將進(jìn)一步有待完善。