组合式基层沥青路面在我国的应用探讨

发布时间：2022-10-05 10:07 热度：

　　摘要：柔性基层沥青路面与组合式基层沥青路面是欧美国家常用的两类沥青路面结构型式，且在国外的应用已较为成熟。组合式基层沥青路面兼具刚柔、受力合理、造价适中等优势。鉴于我国对半刚性基层有丰富的应用经验，当前应该优先发展组合式基层沥青路面。
　　关键词：半刚性基层；柔性基层；组合式基层
　　0.引言
　　传统的半刚性基层沥青路面由于材料温缩和干缩的特性，不可避免地要产生反射裂缝，导致路面的结构性破坏，维修养护较为困难。基于此，我国沥青路面结构形式正由单一的半刚性路面朝多样化方向发展，流行于欧美国家的柔性基层沥青路面及组合式基层沥青路面亦开始引入国内，并被逐渐应用于工程实践中。目前这两类沥青路面在我国的应用尚不成熟，为了加快其在我国的推广力度，使之尽可能与我国的国情相适应，本文总结国内对这两类路面的实体工程经验，从结构组合形式、结构特点及适用性等方面对柔性基层沥青路面与组合式基层沥青路面进行全面的对比及分析，以期为我国路面结构形式的探索提供借鉴及参考。
　　1.半刚性路面特点
　　半刚性基层路面因具有较高的强度和承载力，良好的整体稳定性和耐久性以及经济性的特点，在一段时期内成为高等级公路的主要路面结构形式。但从近些年半刚性基层路面的使用状况以及跟踪观测来看，它存在两个致命的弱点：
　　（1）半刚性基层温缩和干缩裂缝较为严重，导致沥青面层开裂，容易产生反射裂缝；
　　（2）半刚性基层属于致密性结构，基本不透水或者渗水性很差。若由于种种原因，半刚性基层受到水的侵蚀，界面接触条件将发生改变，导致面层与基层处于半连续半滑动状态甚至滑动状态，板体结构遭破坏，造成路面弯沉增大等。
　　鉴于半刚性路面的致命弱点，认清柔性路面及组合式路面的各自特点并合理应用尤为重要。
　　2.柔性路面与组合式路面综合对比
　　2.1结构组合
　　柔性基层沥青路面是指用沥青混凝土作面层，沥青稳定碎石或级配碎石作为基层的结构型式。组合式基层路面就是用沥青混凝土作面层，沥青稳定碎石作基层，无机结合料稳定集料作底基层的结构型式，也可以在半刚性基层上加铺级配碎石过渡层的型式。
　　2.2结构特点
　　(1)柔性基层沥青路面
　　①具有较高的抗剪强度、抗弯拉强度和耐疲劳性，与半刚性基层相比，不易产生收缩开裂；
　　②柔性基层由于其力学特性与沥青面层一样均属于柔性结构，因此在应力、应变传递的协调过渡方面比较顺利，同时由于结构材料均为颗粒状材料级配成型，所以结构排水畅通，路面结构不易受水损害；
　　③基层本身刚度较低，因此沥青面层将承受较多的荷载弯矩，在同样的交通荷载作用之下，沥青面层应采用较厚的结构层；
　　④与半刚性基层沥青路面及组合式基层沥青路面相比，柔性基层沥青路面的弯拉应力与弯拉应变水平最低，但面层范围的剪应力水平在三类结构中最高；
　　⑤路面结构的破坏并不是由于基层发生疲劳破坏而引起的自下而上的损坏，而是主要由于面层的抗剪强度不足及层间存在的大量剪切应力所致，其破坏模式是自上而下的，这与国外的长寿命沥青路面的设计思想相吻合；
　　⑥修筑时间短、路面结构受水与冰冻影响较小，维修费用低和使用寿命大大延长，但造价相对较高。
　　(2)组合式基层沥青路面
　　现今组合式基层沥青路面主要分为以下两类：
　　1）沥青稳定碎石为上基层，无机结合料稳定集料作底基层的结构
　　该类结构的特点如下：①由于沥青混合料面层与沥青稳定碎石基层的变形相容性较好，模量比适中，混合式基层沥青路面结构层的水平应力（除上面层外）均小于半刚性基层沥青路面相应位置的水平应力，因此混合式基层沥青路面的疲劳寿命将较半刚性基层沥青路面显著增加，并且由于沥青稳定碎石材料的特性与面层沥青混合料性质基本相同，可使其与面层拥有较好的粘结，使得路面结构的整体性不致衰减过快，有利于路面结构长期性能。
　　②组合式基层沥青路面的各结构层的剪应力要小于半刚性基层沥青路面同结构层的剪应力，设置沥青稳定碎石基层不致使面层结构因侧向剪应力过大而出现严重的混合料侧向流动，混合式基层沥青路面不会出现较大的车辙。
　　2）级配碎石为上基层，无机结合料稳定集料作底基层的结构
　　该类结构的特点如下：①碎石材料属于散粒体，密实的碎石基层具有较高的抗压特性却不能承受拉力，故不传递下卧层的拉应力与拉应变；②由于有刚度强大的半刚性基层下卧于级配碎石层之下,限制了后者的竖向位移使之更具有整体性；③级配碎石不仅具有良好的应力扩散效应,能消除反射裂缝顶端的应力集中现象，而且改善了半刚性层所处的温度条件和干湿条件,能有效地减少半刚性层在使用过程中所发生的收缩裂缝;同时,级配碎石中间层减少了裂缝两侧的弯沉差，因而结构能大大减少和延缓半刚性基层沥青路面反射裂缝的产生；④级配碎石减轻半刚性结构层的车辆荷载应力，提高了半刚性基层的抗疲劳能力，相对地延缓了疲劳裂缝产生；同时，结构中的级配碎石适应变形能力较大，在半刚性基层产生收缩裂缝后，级配碎石层起到吸收半刚性基层开裂所释放的能量的作用，借助行车作用，细集料颗粒间能重新分布，填充裂缝，防止了半刚性基层缩裂和疲劳裂缝反射到面层，使得路面表层能长久保持完好，确保路面水无法浸入半刚性基层。由于没有动水作用，半刚性基层缩裂稳定后依然保持较高的强度，从而达到了路面结构层整体长期保持稳定、防止沥青路面早期损坏的目的。
　　此外，以上两类组合式基层沥青路面具有以下共同特点：
　　①路面各项力学响应量均介于柔性基层沥青路面与半刚性基层沥青路面之间，因此，此类路面即不会发生如半刚性路面中由于基层疲劳开裂引起的自下而上的结构性破坏，也缓解了面层的剪应力水平，整体受力状态大为改善。
　　②此类结构一方面利用较厚沥青层抗疲劳性能好的特点，另一方面可充分发挥半刚性基层板体性强、分散荷载能力强、减小土基应力的特点。根据国外的经验和研究表明，较厚的沥青结构层有利于降低沥青结构层底的拉应变，从而降低其疲劳开裂的可能性，其疲劳寿命大大高于半刚性基层沥青路面。
　　③路面的损坏过程不同于半刚性基层沥青路面，即其破坏模式是自上而下的，路面损坏始于沥青面层。
　　2.3适用性
　　参考国外长寿命沥青路面经验，当面层厚度较厚时，柔性基层沥青路面同样适用于高等级公路，且使用寿命较长，有着良好的发展前景；当面层厚度较薄时，柔性基层沥青路面适用于交通等级较低的公路。
　　当面层厚度适中时，组合式基层沥青路面的整体刚度不亚于半刚性基层沥青路面，完全可适用于高等级公路；若受条件限制，可适当减薄结构层厚度，用于二级公路。
　　3.小结
　　本文从三大方面对国外常见的柔性基层沥青路面及组合式基层沥青路面进行了较为全面的对比，详细说明了两类沥青路面各自的特点。综上分析：
　　由级配碎石或沥青稳定碎石和其下卧半刚性基层组成的“组合基层”由于下卧层刚度大，碎石上基层因此易于获得高压实度和较高的刚度，组合作用使路面兼具刚柔，受力上较为合理。鉴于我国对半刚性基层有丰富的应用经验，当前应该先发展组合式基层沥青路面，即以沥青混凝土作面层，沥青稳定碎石或级配碎石作上基层，半刚性材料作底基层这种结构形式。
　　参考文献：
　　【1】《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006).人民交通出版社，2007.01
　　【2】王书延.混合式基层沥青路面材料与力学性能研究[D].重庆交通大学，2008
　　【3】吴善周，钟梦武.倒装结构在高速公路上的应用研究.湖南省交通科学研究院，2008
　　【4】袁美俊.半刚性基层与柔性基层沥青路面受力特点分析.中国科技论文在线。
　　【5】郝东强.沥青路面半刚性基层结构研究.武汉：武汉理工大学，2004