城市道路柔性路面结构的应用

李强

摘 要：由于新疆气候和地理位置特殊，部分盆地区域土地盐碱化和冻胀程度较严重。早先市政道路工程设计采用了半刚性基层，道路在结构使用年限早期就出现了因盐胀、冻胀引起的路面壅包、裂缝等病害；后来设计采用的柔性路面结构在很大程度上缓解了因盐胀而引发的路面病害，取得了良好的效果，且路面的使用年限大大增加。通过对柔性路面结构层的设计理论、服役年限规定和竣工验收以后的路况质量进行分析，针对设计理论的技术问题提出了对柔性路面结构层的优化改进措施。

关键词：城市道路；柔性路面；结构层；优化设计

中图分类号：U416.222 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.085

柔性路面因其结构层由不同的材料构成，并且道路下方土体（路基）自身性质十分复杂，在外部荷载作用下，其应力-变形关系一般呈非线性，其力学性质是非线性的弹-粘-塑性体。柔性路面结构和半刚性路面结构有各自的特点——柔性路面结构的特点是弯沉变形大、抗弯强度小，破坏形式取决于极限垂直变形和弯拉应变；半刚性路面结构具有一定的板体性，刚度、扩散应力大，但渗水性差，易收缩开裂。因此，对盐碱化严重的地区进行路面结构层设计理论的定量分析、材料性能和强度的计算，分析柔性路面结构的优势、柔性路面结构计算的缺陷，达到设计理论与竣工后的道路使用功能相统一的目的，满足技术效果的高质量和最低的项目成本的经济指标。

1 柔性基层沥青路面的优点

柔性基层包括沥青稳定碎石、级配碎石、级配砾石等。与半刚性基层相比，柔性基层因温度变化而产生的应力影响较大，受湿度变化的影响较小，因此出现反射裂缝问题的可能性较小。从结构层受力的角度来看，显然柔性基层对面层的设计适应性更强。柔性基层模量是按照一定的比例降低的，模量变异性不大，不易产生车辙；半刚性基层的后期强度比沥青面层要大，且前者刚度大于后者。这种情况容易造成路面层上面软、下面硬，并且容易产生车辙，不利于面层的稳定。此外，柔性基层的抗疲劳能力要强一些。

2 柔性基层沥青路面对盐胀地区的适用性

土壤的盐胀、冻胀受多种因素的影响，例如土壤温度、土壤湿度、含水量、压力和土壤粒径等。含水土体冻结时，土体中的水受冷膨胀变成冰体，其体积膨胀受到约束而产生冻胀力。盐胀时，土壤中的SO42-和Cl-含量超出设计的规定要求，当温度降到一定数值时，含盐浓度大于土壤中盐的溶解度，便开始了结晶过程。在结晶过程中，土壤的形态发生变化，表面松散形成硬盐壳或盐盘的形状，体积膨胀，体积密度下降。

由于柔性路面结构普遍采用沥青稳定碎石、级配碎石、级配砾石作为基层，材料本身的孔隙率较大，盐胀或冻胀发生时，由盐类结晶或水体结冰引起的体积膨胀能在此类基层的孔隙中释放，因此，不会造成路面反射裂缝。如果基层为半刚性材料，由于盐胀或冻胀产生的体积膨胀无释放空间，因此会造成基层裂缝，并反映到面层顶部的反射裂缝。柔性路面本身就具有一定的低温抗裂性能，且低温环境下出现的部分细微裂缝在高温环境下也能自愈。

3 结构层设计理论与方法存在的问题

3.1 路表弯沉值设计指标

弯沉值Ld表示的是由设计年限累计交通量确定的路面设计及轴载当量圆受力半径。进行路面厚度计算时，以车轮间隙中心路表的实际弯沉Ls为依据，并且要求Ld>Ls.路表弯沉计算如图1所示。

路面设计弯沉值Ld理论的观点是设计基准期内一个车道上预计通过的累积当量轴次、道路等级、面层和基层类型而确定的路表弯沉值，即设计弯沉值的计算公式为：

Ld=600Ne-0.2AcAsAb. （1）

式（1）中：Ac为道路等级系数，快速路、主干路为1.0，次干路为1.1，支路为1.2；As为面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌、温拌、冷拌沥青碎石或沥青贯入式碎石为1.1；Ab为基层类型系数，半刚性基层为1.0，柔性基层为1.6.

该公式的理论缺陷在于：只是笼统地将半刚性基层类型系数定为1.0，柔性基层类型系数定为1.6；沥青稳定碎石、级配碎石、级配砾石均为柔性基层，回弹模量和7 d无侧限强度均不同，各种土质的路基回填模量也不同；整体路面结构的刚度不能仅按照两个数字划分，采用柔性基层1.6的系数所计算的路面结构层厚度往往偏大。

3.2 柔性基层沥青层层底拉应力设计指标

柔性基层沥青层层底的最大拉应力小于或等于材料的容许拉应力，且满足以下条件：

γaεt≤[εR]. （2）

式（2）中：γa为沥青路面的可靠度系数；εt为柔性基层沥青层层底的最大拉应力，与标准轴载下的轮胎接地压强、各层材料动态抗压回弹模量、路基动态抗压回弹模量有关；[εR]为沥青层材料的容许拉应力，与沥青混合料的孔隙率、有效沥青含量、20oc动态回弹模量有关。

该公式的理论缺陷在于：如果道路超载现象较严重，则标准轴载下的轮胎接地压强可以达到1 MPa，计算的路面结构较薄；动态模量的测定较复杂、条件较为苛刻，一般地质勘查单位很难计算出准确的结果，现阶段多处于理论研究阶段。因此，按照此理论计算路面结构的软件也尚未开发。

4 结束语

柔性路面结构的设计必须要根据周围路况的具体条件和使用要求设计各结构层次和，然后再选择材料的组成。我国在柔性沥青路面的应用方面较为落后，在分析、探讨适合我国交通特性的柔性沥青路面结构的力学模型、设计指标和材料参数等方面还需要展开进一步的试验和理论研究。

参考文献

[1]程磊.半柔性路面用混合料性能及其设计方法研究[D].西安：长安大学，2002.

[2]王伟明.冷拌半柔性路面材料试验研究[D].广州：广州大学，2013.

〔编辑：刘晓芳〕