沥青路面柔性基层道路改造探索

李建红

（徐州市市政设计院有限公司，江苏 徐州 221002）

0 前言

“七五”、“八五”后我国确立了“强基、薄面、稳土基”的半刚性沥青路面设计基本理念，由于半刚性基层整体强度高、板体性好，可以减薄沥青面层、节省工程造价，使沥青路面具有很高的承载力，在已建成的高速公路中，95%是以半刚性材料为基层，沥青混凝土为面层的路面。在长期的实践过程中，也发现了半刚性基层的通病：(1)由于半刚性基层干缩和温缩特性形成的沥青路面的反射裂缝；(2)半刚性基层材料压实后非常致密，几乎成为完全不透水层；(3)半刚性基层与沥青层之间的联结存在较大问题。大量采用半刚性基层沥青路面结构是由于我国国情决定的，反观国外半刚性路面基层使用相对较少，即使使用也是采用较厚的沥青层、较薄半刚性材料作底基层，近年来国内部分学者开始关注柔性基层道路的研究，其中《沥青稳定碎石与级配碎石结构设计与施工技术应用指南》（以下简称《指南》）作了较深入的阐述。

1 我国沥青路面柔性基层道路发展现状

2002年交通部课题“沥青稳定碎石与级配碎石结构设计指标”立项，多家单位联合对国内外柔性基层相关领域进行了深入研究。根据国内相关文献资料记载，上世纪70年代末、80年代初部分地区在低等级公路上铺筑了一定数量的沥青表面处治级配碎石基层路面，在使用过程中加铺沥青面层，由于初期交通量低，结构性大修较少，有的服务寿命达30 a。早期修建的CY高速公路采用5 cm沥青混凝土+7 cm沥青碎石+20 cm继配碎石+28～36 cm石灰稳定泥岩，截至2002年底，累计标准轴次达到780多万次，表面平整、粗糙，没有明显的车辙，没有严重的网裂[1]。课题组认为柔性基层可以明显减少沥青路面的开裂，特别是半刚性基层沥青路面的反射性裂缝问题，能够获得较好的效果。

2 徐州市沥青路面柔性基层道路概况

淮海西路为徐州市东西向重要城市主干道，建于上世纪五十年代，原有结构为3 cm沥青表处+10 cm泥结碎石+25 cm狗头石，不断加铺沥青面层至今。1999年进行了一次大的改造，车行道中间部分采用3 cm细粒式沥青+11 cm黑色碎石路面；道路两侧新建部分（现有非机动车道部分）采用3 cm细粒式沥青+8 cm黑色碎石+20 cm碎石灰土+30 cm石灰土基层，结构层厚度为61 cm。运营阶段机动车道部分保持常规性的挖补及次数、厚度不等的加罩，2010年初进行大修改造。

中山路为徐州市南北向重要城市主干道，据可追溯的资料显示，1983年修建时采用的路面结构为3 cm沥青+10 cm沥青碎石浅贯+20 cm碎石灰土+20 cm石灰土基层。2001年对二环北路到和平路段长3.75 km进行改扩建，车行道路面结构为3 cm细粒式沥青+粗粒式沥青混凝土找平层，路中部分粗粒式沥青按7 cm控制，由于原路拱横坡较大，部分达到了4%以上，改造后按1.5%控制，机动车道宽度为15 m，因此粗粒式沥青混凝土厚度在7～25 cm，中间薄，两侧厚。目前该道路整体情况良好，无明显的裂缝、坑槽、沉陷、车辙，平整度良好，车辆行驶平稳舒适。

3 淮海西路改造情况

3.1 路面现状病害

通过现状调查，淮海西路机动车道路表病害如下：

(1)车辙：主要在交叉口渠化部位、公交站台。其原因为早期的普通AC沥青路面高温稳定性较差，在车辆的反复作用下，永久变形的累积所导致。

(2)拥包：主要在陡坡路段、交叉口渠化部位、公交站台，使用过程中虽经多次修补，但个别路段还是产生一定的拥包，公交站台所在路段表现比较明显，个别处高出路面达10 cm左右。其原因为车轮碾压处路面产生较大的横向推挤力，沥青路面柔性基层抗剪切力强度较弱。

(3)泛油：由于交通荷载作用使混合料内集料不断挤紧、空隙率减小，最终将沥青挤压到路面。

(4)裂缝：集中在检查井周围，开挖后发现检查井锁口石为两块拼接而成（也有部分检查井锁口石断开），由于车辆轮胎的冲击力及锁口石基础不稳所形成；另外通过开挖断面发现原有的泥结碎石完好，黄泥色泽新鲜，狗头石咬合紧密。

(5)沥青层脱离：在部分开挖路段发现沥青层有比较明显的脱离现象，多层沥青犹如几层薄饼叠加在一起。

非机动车道由于车辆作用比较少，整体较好，主要病害为裂缝，除检查井周围处产生与机动车道相同的裂缝外，在检查井较少的路段也产生了一定数量的横向裂缝。淮海西路由于机动车道与非机动车道路面结构类型不同、车辆荷载不同，所产生的病害差异较大，其破坏形式符合目前相关的理论及工程实例所证实的结果。

3.2 旧路面强度影响因素

对全路段机动车道按20 m一个断面，每个断面四个车道，每车道左、右轮进行弯沉检测，其检测结果见表1，全路段弯沉柱状图分车道统计见图1。

根据弯沉结果及现场开挖情况经总结分析后得出以下规律：

(1)车辆荷载:内侧车道弯沉值小于46的比例分别为70.2%、58.7%，外侧车道分别为36.0%、15.3%；内侧车道弯沉值小于56的比例分别为84.3%、71.5%，外侧车道分别为50.4%、18.6%。内侧车道基本上为小汽车，外侧车道公交车比例远大于小汽车，可以看出车辆轴次对路表弯沉起决定性的因素。

图1 淮海西路全路段弯沉柱状图

(2)路基强度：K1+110～K1+330长220m路段，内侧车道弯沉值较大，其中北内侧车道基本在50～80之间，开挖后发现该段路基为软弹土。K1+670～K1+830长160 m路段位于西安路交叉口渠化段内，内侧两个车道实测弯沉值较小，特别是南内侧车道基本在46以内，根据现场开挖情况该路段沥青（包括沥青碎石）厚度在22 cm以内，部分点在17 cm左右，该段路基较好，重型压路机碾压无轮迹。

3.3 路面结构改造方案的拟定

(1)改造标准的确定

《公路技术状况评定标准》(JTG H20-2007)6.2.1条规定“路面结构强度为抽样评定指标，单独计算与评定，评定范围根据路面大中修养护需求、路基的地质条件等自行确定。”；《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ 073.2-2001)4.5.3条中采用路面强度指数SSI（路面设计弯沉值/路段代表弯沉值）进行评价，但未指明基层类型。《城镇道路养护技术规范》(CJJ 36-2006)评价标准为路表回弹弯沉值，4.5.4条根据交通量等级将路面结构强度分为足够、临界和不足三个等级，见表2，其弯沉控制跨度比较大。

表1 淮海西路路段弯沉点数统计表

表2 沥青路面柔性基层结构强度评价标准（弯沉值以轴重100 kN为标准）（0.01mm）

淮海路改造时甲方、设计、施工、监理以及相关单位代表对改造标准争论不休，有的主张应全部挖除新建，有的从节省工程造价、缩短工期减少对交通干扰出发考虑进行表面处理即可。后经协商按《城镇道路养护技术规范》标准执行，当单点弯沉值大于46时挖除新建，竣工验收时弯沉值按45控制，内部控制指标为40，根据图1分析结果，淮海路内侧车道挖除面积为35.54%，考虑现场挖补的完整性按40%控制。

(2)路面结构的确定

机动车道路面结构分新建与挖除两部分考虑，改建部分采用5 cm热再生沥青混凝土（细粒式AC-13C型）；新建部分采用4 cm细粒式沥青混凝土AC-13C型+粘层+6 cm中粒式沥青混凝土AC-20C型+0.5 cm下封层+透层+50 cm二灰碎石，总厚度60.5 cm，其中新建部分表层4 cm细粒式沥青混凝土与改建部分一起采用热再生。施工过程中开挖后发现部分路基为淤泥质粘土，结构层以下80 cm左右出现明水且路床范围内管线纵横，继续下挖难度大，工期长，施工现场中改为15 cm碎石垫层+30 cm素混凝土垫层+20 cm二灰碎石+10 cm沥青面层，素混凝土施工时按一层施工，振捣密实，纵横切缝。淮海路改造过程中受各种条件限制，挖除新建部分受传统理念、施工工艺等因素制约采用了半刚性基层，软弹土路段采用刚性基层，与老路部分的柔性基层并存。

(3)路面热再生

在沥青上面层的施工过程中采用了英达热再生工艺，针对原路面沥青材料取样测定沥青性能及含量、混合料级配等，沥青为改性沥青，添加集料为玄武岩，沥青面层厚度比原有老路面高出1.5 cm。其优点如下：

a.施工工艺简单，迅速方便快捷，对交通干扰较少，无环境污染；b.实现100%旧路面沥青材料的重新使用，符合资源循环利用的原则；c.沥青面层之间为热粘结，使之成为一个整体，提高了路面维修质量，施工接缝为热接缝，避免了冷接缝由于雨水渗入而发生的路面破坏；d.施工工艺科学合理，能够较好地调整旧路面沥青混合料的级配，改善旧沥青混合料的物理结构，恢复其中老化沥青的性能，恢复旧路面沥青混合料良好的路用性能；e.对于车辙部分充分利用了其压实功能；f.常规再生机组破碎设备为齿轮破碎旧路面集料，再生混合料级配难以控制，英达再生机组中的破碎设备为梳齿，旧路面集料加热后级配易于控制。

施工后检测效果不错，反映沥青热再生对于柔性基层沥青路面改造（特别是薄沥青面层下为沥青碎石或级配碎石）有比较好的适应性，若采用常规的铣刨旧沥青面层加铺新面层时容易造成下面层的松动，造成层间结合薄弱。

4 沥青路面柔性基层改造探索

(1)全柔式沥青路面：徐州市淮海路1999年改造后的路面结构为3 cm沥青+11 cm黑色碎石+3 cm沥青表处+10 cm泥结碎石+25 cm狗头石，由于狗头石的板体性达不到半刚性的要求，可以认为该路面结构基本上为全柔式沥青路面，接近于全厚式沥青路面结构，完成了长达半个多世纪的历史使命。路基回弹模量E0分别取30 MPa、60 MPa计算，采用公路路面设计程序系统（HPDS2006）计算后，其承受的轴次分别为500万次、929万次，仅为中等交通的低值、中值，而实际运行过程的轴次达到了特重交通标准。因此，采用86沥青路面规范以来的双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论不符合全柔式沥青路面结构的计算。

(2)组合式路面结构：中山路2001年改造后的路面结构为3 cm沥青+10～18 cm沥青+10 cm沥青稳定碎石+20 cm碎石灰土+20 cm石灰土基层,符合《指南》中推荐的组合式路面结构。经计算路基回弹模量E0取40 MPa，当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时，一个车道上的累计当量轴次为1 200万次，达到重交通级别，改造后的道路运营10 a路面状况良好，实际情况与现行理论计算结果较为吻合。

(3)沥青层厚度对轴次的影响：不论是中山路的组合式结构还是淮海路的全柔式结构，当增加一层粗粒式沥青面层时，其轴次几乎提高一个数量级，见表3。增加沥青层后，半刚性基层位置下移，随深度的增加其底部弯拉应力减小明显，路面结构较容易的获得半刚性基层沥青路面难以达到的亿次以上特重交通量。

(4)路基顶面回弹模量对轴次的影响：组合式路面结构3 cm沥青+9 cm沥青+14 cm沥青碎石+20 cm二灰碎石+20 cm二灰土，当路基顶面回弹模量从40 MPa到60 MPa时按现行规范理论计算，其轴次见图2，可以看出当回弹模量大于50 MPa时其轴次变化较小。4 cm沥青+6 cm沥青+10 cm沥青+10 cm沥青碎石+20 cm石灰碎石土+20 cm石灰土，当路基顶面回弹模量从30 MPa到80 MPa时其轴次计算见图3，可以看出当回弹模量大于40 MPa时随着回弹模量的增长轴次几乎成直线增长，且其轴次理论上可达到2亿次左右，洛杉矶Ⅰ-710州际道路使用40 a其标准轴次为1～2亿次[1]。无论图2还是图3均要求回弹模量较高，也与日美国家规范标准要求类似。

表3 增加沥青厚度后轴次计算

图2 路基回弹模量对轴次的影响

5 结语

目前，沥青路面柔性基层已经引起大家的重视，随着经济水平的发展，部分地区开始追求高品质的路面，沥青路面柔性基层无结构性损坏、长寿命、适应重交通、管养方便、环保节能等优点将逐步体现出来，也会越来越多的应用于工程实践，目前尚存在问题：

(1)理论体系及规范标准的完善

图3 路基回弹模量对轴次的影响

2006版沥青路面设计规范中高级沥青路面以路表回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标易执行。从实际情况来看，组合式路面结构与06规范比较吻合，但全厚式沥青路面不能单纯的以路表回弹弯沉值作为控制指标，其路面结构设计与轴次关系不明朗，路面结构设计方法、影响因素、验收控制指标需明确，其中柔性基层沥青路面的改造需加快研究和制定改造标准（《城镇道路养护技术规范》(CJJ 36-2006)中虽有规定，仍比较模糊），以便更好的指导工程实践，减少工程中的争执。

(2)柔性基层材料力学性能的研究

柔性基层沥青路面无结构性的损坏，其破坏深度仅在沥青混凝土表层，其最大的病害为车辙，而车辙与沥青面层的厚度，柔性基层材料的力学性能相关，目前我国在沥青碎石、级配碎石等柔性基层的级配、设计指标和参数、施工工艺、施工质量检验指标等方面研究较少。

徐州市淮海路及中山路的改造为学者研究提供了工程实例，其中城市软弹路基地段碎石垫层+素混凝土垫层+薄二灰碎石（20 cm）+薄沥青面层的相关工程实例报道较少，其原理及使用效果有待进一步研究。

［1］李福普,严二虎,等.沥青稳定碎石与级配碎石结构设计与施工技术应用指南[M].北京:人民交通出版社,2009.