半刚性基层沥青路面结构及其可靠性分析

刘毅

（贵州桥梁建设集团有限责任公司 贵州贵阳 550000）

伴随着经济发展，交通量也随之增加，多地高速路实际的交通量远超预期的交通量，而且由于超载和重载情况比较严重，使高速路现况堪忧，出现很多路面病害。半刚性基层沥青路面是我国高速路的主要路面结构形式，很好地推动了沿线经济发展。但半刚性基层沥青路面出现了各种程度的裂缝、坑槽、波浪或者脱皮等现象，使道路无法使用，从而制约了各地的经济。文章通过分析半刚性基层沥青路面结构及其可靠性的分析，为未来优化路面结构和提高路面稳定性提供理论依据。

1 半刚性基层结构简介

半刚性基层是指使用无机结合料稳定土铺筑的能结成板体，是具有一定的抗弯强度的基层。

其优点是：①具有比较高的刚度，抗拉，抗疲劳；②具有比较强的荷载扩散应力；③有较好的水稳定能力；④路面受力性能较好；⑤保证路面基层稳定性。

缺点：①因其不耐磨，所以不可做面层；②因其收缩开裂导致沥青面层反射性裂缝很多；③因其致密性，导致基层渗水性差；④因环境或者反复荷载，导致半刚性基层的整体性逐渐衰减；⑤重载和超载车对其路面损伤比柔性基层大得多；⑥其被损坏后无法自愈，且不能修补，无法对其修复养护。

2 常见的半刚性基层沥青路面结构

经查阅总结，半刚性基层沥青路面结构的常见形式组合见表1。

表1 半刚性基层沥青路面结构常见形式组合

表1中：AC-沥青混合料；SM-水泥、石灰、粉煤灰稳定粒料。

半刚性基层沥青路面结构对环境的要求较高，在一些高温地区，半刚性基层沥青路面容易遇到车辙的损坏，需要对沥青的性能和混合料进行更优化的调整，可以通过增加沥青碎石的过渡层，来提高路面的整体抗车辙能力；在一些多雨地区，半刚性基层沥青路面容易遇到松散或坑洞等水破坏，需要对半刚性基层材料进行更优化的升级，来提高基层的强度或者改善其排水能力，或可以用大孔隙开级加配沥青的磨耗层，以提高路面的整体水稳定性。

3 半刚性基层沥青路面结构的可靠性分析

一般路面结构的可靠性分析涵义是针对路面设计需要在预定的期限内完成，而在多种因素的促使下，如交通荷载作用和周边环境因素，需充分考虑其使用性能在路面设计中是否可以满足，是否可以达到标准范围内的概率。

国内外对沥青路面的结构设计都有其可靠性分析的应用。

文章首先根据目标路面的部分可靠性指标以及运行中可发生的变量，且套用可靠度的计算公式得出结构抗力的数值，以便更好地对路面结构进行设计。

路面的结构承载能力的极限状态设计表达公式见式（1）。

式（1）中：rr-路面结构的可靠度系数；SQik-路面结构第i个可变作用标准值的效应；fk-材料和岩土性能标准值；ak-结构构件的几何参数标准值；R（·）-结构构件的抗力函数。

一般情况下，半刚性基层沥青混合料的路面在设计结构时，会以车辆载荷能力的情况而定性，通常为标准车辆载荷，其主要作用于路面形成的最大弯沉数值，以及路层底最大弯拉应力所达到的最高值。而其中极限状态下的路面设计表达的计算方法，可以采用半刚性基层沥青路面的设计中所形成的有效数值和具体的实施方法；通过以上方法可得出路面结构的弯沉值和层地弯拉应力可靠度系数，主要以公式中的可靠指标和参数变量统计计算出该数值[1]。

通过对现场勘察、检测以及室内采取的实验，加上标准范围内给出的沥青路面结构层的设计数值，交通量所给出的变异系数范围值和变异概率的分布类型。文章对我国一些地区的高速路半刚性基层沥青路面结构进行了施工期跟踪观察勘测和室内外的各种试验，在收集高速公路路面结构的检测结果的基础上，研究人员通过minitab15统计软件对采集的样本进行检测，并进行数据统计和有效的分析，其次还需研究样本中各参数的分布类型和数据的差异性，得出半刚性基层沥青路面结构的设计参数的分布类型和变异系数。

半刚性基层沥青路面结构的可靠性系数的确定方法如下：①确定路面结构的可靠系数的方法：该数据通过路面结构的可靠度指标的演算方法得出其计算公式，并根据其计算方法可从中得出其结构抗力R和作用效应S的正态分布数据，演算的可靠度系数是结构可靠指标、结构抗力变异系数和作用效应的函数值。从而根据本篇章的实验调查数据统计，加上不同公路等级、参数差异性水平数值可求得。如在计算中路面设计需要的可靠度已给出，设计时只需要计算出半刚性基层沥青路面的结构的抗力和综合效应的变异系数，也就能计算出目标路面结构的可靠度系数。②结构抗力变异系数：由于半刚性基层沥青路面结构的抗力表达式较为简单，可以用一次二阶矩中心点法计算得到弯沉和弯拉应力的变异系数。

文章参照所查阅文献对半刚性基层沥青路面结构的可靠性进行了简单研究。得出在有限元路面结构的基础上的可靠度的计算模型，分析了半刚性基层沥青路面结构的可靠性。采用蒙特卡洛抽样的模拟方法，同时提出了在可靠度的基础上半刚性基层沥青路面结构的设计方法，希望在一定程度上为我国公路和高速路面在工程实施过程中得到有效的解决方案，并重点解决路表弯沉验收工作。在解决问题时，应以路表弯沉是否可以满足目标路面可靠度为基础，如可满足要求，那么路面各个结构层拉应力就可以达到基本目标，其次也可以证明弯沉作为设计基础的一些半刚性基层沥青路面设计的理论体系，层底的拉应力基本不起作用[2]。

4 结束语

综上所述，从文章调查结果可知，由于半刚性基层沥青路面结构状况比较差，我国大部分高速公路的路面状况无法满足现有的交通通行的要求。公路的病害主要是一些龟裂、车辙、坑陷和裂缝等，我国因为修补裂缝不及时，或者甚至部分地区公路路面根本不进行修补，因此应尽快对我国广泛使用的半刚性基层沥青路面结构进行分析研究，并深入分析其可靠性，以便对我国公路的路面工程进行改造和重新针对不同区域环境和不同交通量等级进行设计，更好地满足交通通行的需求。关于半刚性基层沥青路面结构的可靠性分析方案施工或设计前，应当对路面的土基和基层等结构状况进行详细勘察报告和检测，由于部分地区路面的面层和基层需要优化或者取代，所以更为期待对后期的研究。

[1]徐烨超.沥青路面结构可靠性评价方法[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

[2]敖祥.旧沥青路面加铺及可靠性研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.