柔性路面结构设计探讨

董祥峰

江苏华新城市规划市政设计研究院有限公司 江苏省连云港市 222000

摘要：为了杜绝沥青路面的各种病害，从柔性路面结构合理设计的角度入手，在柔性路面结构的设计目标及过程中，提出结构层的四种组合，得出设计中应考虑的几点因素。

关键词：柔性路面结构；设计目标；设计过程；结构设计；组合设计

0前言

柔性路面主要指各类沥青路面，俗称黑色路面。由于柔性路面强度高、刚度好、弹性好，路面无接缝，行车舒适性强的优点，在我国的公路和城市道路建设中得到了广泛的应用。

但是，柔性路面结构的强度是一个由上而下逐渐减弱的层次体系，在荷载作用下弯沉变形较大，土基和基层的强度对路面结构的整体强度影响较大。因此，路面结构的病害有拥包、滑移、龟裂、坑槽、泛油等多种表现形式。这些病害产生的原因十分复杂，涉及到设计、施工、交通量、气候等各种客观、主观因素，本文通过笔者多年的设计经验，试图从路面结构合理设计的角度入手，杜绝沥青路面的各种病害。

1设计目标与设计程序

1.1设计目标

沥青路面设计应根据道路的等级（承载能力）、耐久性、舒适性及安全性的使用要求及当地气候、水文、土质等自然条件，同时考虑到路基路面之间的联系性与相关性，结合当地工程经验，设计出经济合理的路面结构，满足在设计使用年限内的功能性要求。也就是说，沥青路面设计应从适应行车荷载、自然因素及结构层本身的特点三方面来考虑。在进行路面设计时，要按照面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求，贯彻因地则宜、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.结合当地经验拟定几种路面结构方案、进行分析比较，并优先选用便于机械化施工和质量管理的方案，做到技术先进，经济合理。

综合来说，就是说设计出路面应有良好的耐久性，路基应有较好的稳定性。

1.2设计程序

（1）依据设计任务书的规定，确定路面等级和路面类型，计算容许弯沉值；

（2）将全线按照路基土组及干湿类型，测点弯沉值接近划分段落，确定各路段计算弯沉值（由于市政道路路线较短，一般全线仅需要确定一个路基土组及干湿类型）；

（3）按照设计目标，拟定几个结构类型，并且确定各层的参数；

（4）计算路面厚度（可采用路面结构计算程序，如HPDS2011），按照需要（层底弯拉应力和防冻层厚度）进行验算；

（5）进行技术经济比较，最终确定采用的路面结构。

2结构组合设计

路面结构一般是由面层、基层、土基等层次所组成，路面的结构设计包括各组成层的结构设计与各层的组合设计。

路面结构各组成层的结构设计，是按照层位的作用，选择合适的结的类型、材料组成、施工要求等。各层的组合设计是按照行车和自然因素对不同层位的要求，结合各类结构层本身的性能进行合理的安排。在进行结构设计时，除了按照设计目标与设计程序进行设计外，还需要注意以下四点：

（1）强度组合

路面表面由于直接承受车辆荷载的水平力和垂直力，同时还要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，在其下各层的强度和抗变形能力可自上而F逐渐减小：这样，在进行路面结构组合时，各结构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排，以使各结构层材料的效能得到充分发挥。

因此，在结构设计时，应该注意各结构层的強度对比，不能相差太大，又利于满足相应结构层采用较低造价的要求。各层的强度比即是模量比，沥青路面相邻结构层材料的模量比对路面结构的应力分布有显著影响，是合理确定结构层层数，选定适宜结构层材料的重要考虑因素。根据分析和经验，基层与面层的模量比应不小于0.3，土基与基层或底基层的模量比宜为0.08-0.40。如全国普遍采用的半刚性基层沥青路面，就是强度组合（各层模量比）较好的结果。若土基处理与未处理以及采用何种方式处理，土基的模量值均不尽相同，就可能产生不同的路面结构组合。如连云港地区大部分位于滨海软土地区，地下水位低，地基处理的最简便经济的方法就是采用山场碎石土换填。换填厚度根据软土的含水量及经验确定。

（2）层间组合

依据路面在车轮荷载作用下的应力分布逐层递减的规律，结构居的层数愈多愈能体现强度和刚度沿深度递减的规律。但就施工工艺、材料规格和强度形成原理而言，层数又不宜过多，这样才能保证结构的整体性和应力传布的连续性，在组合时，要考虑相邻层的相互影响，相互制约，并采取适当措施，消除或者限制不利影响。如二灰碎石基层、水泥稳定碎石基层顶面设置下封层，沥青表面层、沥青中面层、沥青下面层之间铺撒粘层油，可以极大的增强层间粘结力，减少拥包、滑移的产生。

（3）厚度组合

在厚度组合设计时，应充分考虑材料的性能、采用的实机械等选定各结构厚度。如，水泥稳定土结构层要求最小采用12t以上的压路机碾压，石灰土每层最小压实厚度为10厘米，若采用20t以上的大型震动压路机碾压水泥稳定中粒土或者粗粒土时，每层压实厚度甚至可达到25厘米。同时，在季节性冰冻地区，总体厚度还应满足抗冻性要求。

（4）整体组合

结构组合设计时，还应该考虑各地区的气候、温度特点及道路使用功能的特性。如连云港地区处于中温带，普通柔性路面采用90号沥青，若考虑道路处于经济开发区的工业园，重载车辆较多，宜采用较干硬的70号沥青。若道路设计速度较高，则对面层抗滑性应进行特殊设计。如采用抗滑表层，表面层碎石采用硬质耐磨石料，适当采用改性沥青或者进口优质石油沥青等。

3结语

依据以上论述，柔性路面结构设计时应考虑以下几点：

（1）依据道路所处地区的气候温度等自然条件的状况，确定路基干湿类型，决定路基的模量取值，是否需要处理，如何处理，处理后的模量等。

（2）依据道路所处位置及道路等级、道路使用功能等要求确定路面等级类型。

（3）依据就地取材、因地制宜的原则，考虑施工单位资质、技术、机械等因素，选则各结构层类型及材料组成。

（4）按照应力分布规律及结构性能的要求，确定各结构层的组合。

但是，必须注意到，现行《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）采用弯沉这个几乎一统天下的设计指标（弯拉应力指标在实际中应用很少），甚至成为施工质量检验的指标，并不能有效地反映不同路面结构的承载能力，而国际上都采用沥青层的弯拉应变和土基模量作为设计指标，有关这方面的理论与实践如何结合的问题尚待进一步研究。

参考文献：

[1]《城市道路设计规范》（CJJ37-2012，中国建筑工业出版社，2012））

[2]《城镇道路路面设计规范》（CJJ 169-2012 中国建筑工业出版社，2012）

[3]《城市道路路基设计规范》（CJJ 194-2013 中国建筑工业出版社，2013）

[4]《公路沥青混凝土路面设计规范》（JTG D50-2006 人民交通出版社，2006）

[5]《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004人民交通出版社，2004）

[6]《路基路面工程》（第二版）（邓学钧 人民交通出版社，2005）

[7]《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000人民交通出版社，2000）