柔性基層瀝青路面文獻(xiàn)綜述

張兆征

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074）

0 前言

截至2015年末，我國高速公路里程已達(dá)到12萬公里[1]，其中大部分的高速公路的結(jié)構(gòu)形式是半剛性基層瀝青路面，這種瀝青路面雖然承載力高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)但隨著交通量的增加，高速公路瀝青路面的破壞也越來越嚴(yán)重使得高速公路的安全性以及使用壽命大大減小，半剛性基層的缺點(diǎn)也越來越凸顯出來。

我國在“七五”到“八五”期間，通過大量的實(shí)驗(yàn)研究，提出了半剛性基層的結(jié)構(gòu)形式、材料的組合設(shè)計(jì)以及施工方法和施工工藝，由于它的種種有點(diǎn)，使得它在我國迅速得到廣泛應(yīng)用，目前我國大部分的高等級公路都是這種結(jié)構(gòu)形式。

國內(nèi)的一些學(xué)者也對柔性基層瀝青路面進(jìn)行了一些初期探索并取得了一些成功的實(shí)例，比如京津唐高數(shù)公路采取的就是柔性基層瀝青路面，它的下面層采用的是12厘米厚的ATB-40。盡管如此由于我國對柔性基層缺乏系統(tǒng)的研究，對柔性基層瀝青路面的路面厚度、可適用條件以及設(shè)計(jì)指標(biāo)等相關(guān)的內(nèi)容缺乏相應(yīng)的研究，所以制約了柔性基層瀝青路面在我國的發(fā)展。與此相反，柔性基層瀝青路面在國外被大量采用，尤其是重型交通更多地采用柔性基層，而中輕交通采用的是我國常用的半剛性基層。大量的路況調(diào)查也表明柔性基層瀝青路面的使用狀況優(yōu)于半剛性基層瀝青路面。

1 國外柔性基層瀝青路面使用和研究現(xiàn)狀

從世界各國的范圍來看，最早使用瀝青路面的國家是美國。從二十世紀(jì)四十年代起，美、英各國就憑借足尺實(shí)驗(yàn)路等各種有效方法，對瀝青路面的各種類型的基層的性能特點(diǎn)進(jìn)行了測試研究，通過對比發(fā)現(xiàn)柔性基層瀝青路面的各方面性能要優(yōu)于其他類型的瀝青路面，故將柔性基層瀝青路面作為高等級路面的主要結(jié)構(gòu)形式。美國LTTP通過對不同的路面基層、底基層的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明柔性路基瀝青路面是瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)形式。

七十年代后，日本的高速公路絕大部分采用的是瀝青厚度較大的路青路面，也就是10厘米的瀝青混凝土面層以及8到15厘米的瀝青穩(wěn)定碎石基層并且在瀝青穩(wěn)定碎石基層。

德國現(xiàn)在的瀝青路面結(jié)構(gòu)一般以柔性結(jié)構(gòu)為主，瀝青路面一般都采用適量厚度的瀝青穩(wěn)定碎石基層并且瀝青層較厚。路面結(jié)構(gòu)的基層不允許使用半剛性材料，半剛性材料只能統(tǒng)一作為厚度15厘米的底基層。

俄羅斯的底基層一般采用半剛性材料例如級配碎石，基層很少采用半剛性材料。俄羅斯的路面結(jié)構(gòu)一般為5厘米的細(xì)粒式混凝土、10厘米的粗粒式混凝土、50到90厘米的級配碎石以及25厘米的高爐廢棄礦渣。

總而言之，從世界各國的高等級公路的路面結(jié)構(gòu)來看，主要以柔性基層瀝青路面為主，高等級路面對基層的要求較高，故一般使用瀝青穩(wěn)定碎石作上基層。從國外的使用經(jīng)驗(yàn)來看，柔性基層瀝青路面的使用效果要好很多。根據(jù) LTTP DPS-6 （FHWA-RD-00-165）的數(shù)據(jù)來看，絕大部分的柔性基層瀝青路面都能夠使用15以上才需要去維修并且很多柔性基層瀝青路面過了20多年才出現(xiàn)損壞。這與我國的瀝青路面形成強(qiáng)烈地對比。

大概的講，國外瀝青路面的設(shè)計(jì)方法可以概括為兩大設(shè)計(jì)方法，其中一種為古典法-經(jīng)驗(yàn)法另外一種為力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法

經(jīng)驗(yàn)法是指通過大量的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行科學(xué)的系統(tǒng)的綜合分析，它在實(shí)質(zhì)上是屬于歸納法這一范疇。AASHTO可以說是經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)的典型代表，通過科學(xué)的方法建立了路面的情況和PSI之間的關(guān)系[8]。力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法當(dāng)中的主要參數(shù)來自力學(xué)的計(jì)算，而計(jì)算的核心方程來自于大量的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)的分析。在同時(shí)期的基于力學(xué)分析的各種方法中，Shell和AI設(shè)計(jì)法使其中的典型代表。Shell法的設(shè)計(jì)過程相對簡單，比較容易操作，但它做的模型假設(shè)與實(shí)際情況不符并且這種方法依賴于力學(xué)的發(fā)展。

2 國內(nèi)柔性基層瀝青路面使用和研究現(xiàn)狀

由于我國的高等級公路大多采用半剛性基層，通過對半剛性基層瀝青路面的破壞情況進(jìn)行分析后，我國的研究人員重新意識到柔性基層的優(yōu)勢。

我國采用柔性基層的道路比較少，但從這些道路的使用情況來看，采用柔性基層的道路經(jīng)過長時(shí)間的使用人能保持良好的通行狀況。這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為我國解決有半剛性基層瀝青路面帶來的問題提供了有力的解決方案。

我國現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)是將各種各樣不同的軸載按照公式標(biāo)準(zhǔn)軸載（100KN），但是再進(jìn)行換算以及分析時(shí)，考慮的因素不全面故而換算的結(jié)果依舊不準(zhǔn)確[3]。

我國雖然起步較晚，但也對柔性基層材料有相應(yīng)的研究，主要的研究內(nèi)容是瀝青碎石類材料，由于國內(nèi)外氣溫、交通量等實(shí)際情況不同，所以不能照抄，我國在外國的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行研究并取得了成果。東南大學(xué)的楊群教授提出了瀝青穩(wěn)定基層的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)，并對其影響的各方面因素進(jìn)行了討論與研究，提出了瀝青穩(wěn)定基層混合料的設(shè)計(jì)方法。長安大學(xué)的袁宏偉教授提出了瀝青穩(wěn)定基層的設(shè)計(jì)方法以及施工方法，并且通過實(shí)踐證明了瀝青穩(wěn)定基層的低溫抗裂性要優(yōu)于半剛性基層。

最近幾年來，柔性基層的重要性越來越凸顯出來，而級配碎石作為柔性基層的常用材料，其相關(guān)研究也在進(jìn)行著。我國的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范之中的關(guān)于級配碎石的相關(guān)參數(shù)由于是基于低等級道路和工藝的總結(jié)，所以該參數(shù)并不準(zhǔn)確，因此制約了我國路面結(jié)構(gòu)的發(fā)展。我國在使用級配碎石時(shí)，大多是將其使用于半剛性基層，于底基層的相關(guān)研究知之甚少。以后這方面可能會加大力度去研究。

綜上所述，我國關(guān)于柔性基層的研究成果還相對較少，需要廣大研究人員結(jié)合實(shí)際逐步加深我國柔性基層瀝青路面的研究。

3 柔性瀝青路面設(shè)計(jì)中存在的為題

我國國內(nèi)常用的瀝青公路設(shè)計(jì)方法是以彎沉值來作為指標(biāo)的，這種單一性的指標(biāo)只能反映瀝青路面的部分特性，不能反應(yīng)出瀝青路面的結(jié)構(gòu)上的多樣性。尤其是對于柔性基層來說，荷載疲勞是其出現(xiàn)裂縫的的原因，而彎沉值不能反映出柔性基層瀝青路面抗疲勞的能力。目前我國對瀝青混合料疲勞的能力的影響因素及規(guī)律尚缺乏完善的研究，而瀝青混合料的性能有直接影響著柔性基層瀝青路面的使用壽命。故而應(yīng)著手于瀝青的抗疲勞能力進(jìn)行研究。

目前，我國大量使用半剛性基層瀝青路面已經(jīng)凸顯出許多問題，希望可以通過對柔性基層瀝青路面的研究，為解決我國這一方面的問題提供一種思路與方向。

[1] 蔣建明,張立文,羅雪坤.基于彎沉等效的柔性基層瀝青路面軸載換算原則[J].山西建筑. 2013(01)

[2]AASHTO. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures.Washington,1993

[3] 楊群.高速公路瀝青穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方法研究[D].南京：東南大學(xué)，2001