上海市柔性基层沥青路面典型结构设计初探

张丽洁

（上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司，上海市200437）

上海市柔性基层沥青路面典型结构设计初探

张丽洁

（上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司，上海市200437）

近年来，出于加快施工进度的考虑，上海市政系统在很多公路大中修或道路改建工程中，采用了柔性基层的沥青路面结构。由于缺乏深入的研究，各家设计单位设计的此类路面结构组合不尽统一。为此，在分析研究柔性基层沥青路面结构设计现状的基础上，通过统一设计参数和材料参数的选取，经过软件计算，给出上海市柔性基层沥青路面典型结构组合，以方便设计人员选用，并对使用柔性基层提出了想法和建议。

沥青路面；柔性基层；典型结构设计

0 引言

近几年，上海市政系统在公路和市政大中修工程中，部分采用了柔性基层的沥青路面结构。柔性基层的沥青路面成型养护时间短，施工速度快，对交通影响小，优点显著。但柔性基层价格较贵，应用还是偏少些。由于对该结构类型缺乏深入的研究，各家设计单位设计的此类路面结构组合五花八门，不尽统一。因此，有必要通过统一设计参数和材料参数，计算归纳出类似于《上海市城市道路与公路设计指导意见》中典型路面结构组合设计的表格，供设计人员在进行柔性路面设计时参考和选用。

1 设计现状分析

通过查阅近年来上海市高等级公路和市政大中修工程的设计资料，发现大多数工程采用以水泥稳定碎石为主的半刚性基层的沥青路面，但也有部分采用了柔性基层的沥青路面结构，如翻挖重建段、局部补强、重要交叉口等。由于价格偏高，应用不多，各家设计单位设计的柔性路面在同等情况下厚度不一，有的单位设计的主、次干路结构均采用二层式沥青混凝土及40 cmATB-30，有的单位设计的次干路结构采用30 cmATB-30，也有采用36 cmATB-30或15 cmATB-25的，还有单位直接采用老路基层的厚度。部分附有计算过程，但参数的选用五花八门，计算得到的弯沉值远小于路表设计弯沉值。尚未有单位对此进行研究归纳。

目前上海采用的柔性基层材料主要是密级配沥青碎石（ATB），也有考虑环保采用热再生沥青混合料、冷再生乳化沥青混合料的。有些设计年限较短的结构采用沥青碎石作上基层、水泥稳定碎石作为下基层。

2 柔性基层特点分析

基层是路面结构中的承重部分，主要承受车辆荷载的竖向力，并把由面层传下来的应力扩散到垫层或土基，故基层应具有足够的强度和扩散应力的能力。除此之外还应有足够的水稳性、良好的抗冲刷能力及较小的收缩性、足够的平整度，并与面层结合良好。

柔性基层的沥青路面最大的优点是施工灵活，对交通影响小，能快速开放交通。因此虽然价格偏高，但对于承受着很大压力的上海交通，尤其是一些高速公路、城市干道和重要交叉口，在大中修、改建或养护时得到了广泛的应用。在一些必须利用夜间施工、白天开放交通的繁忙路段，也得到了各部门的偏爱。

按照规范，柔性基层一般指用热拌或冷拌沥青混合料、沥青贯入碎石，以及不加任何结合料的粒料类材料铺成的基层，包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的级配碎、砾石，以及泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等材料结构层。目前上海采用的柔性基层材料主要是密级配沥青碎石（ATB）。

柔性基层具有较高的抗剪强度、抗弯拉强度和耐疲劳特征，面层剪切应力小，能克服层间粘结不好、反射裂缝、基层唧浆等半刚性基层的缺点，有效防止反射裂缝，抵抗弯拉疲劳破坏，减少路面的疲劳开裂，高温性能、低温抗裂性能和抗水损害能力较好，使用寿命一般可达20 a，远大于国内目前的半刚性基层。

柔性基层的主要弱点是车辙。但国外的研究表明：路面往下10～15 c m为高压力区，车辙的产生主要在这一厚度范围内，因此加厚的沥青层不会产生结构性变形。因此，国外把采用较厚沥青层的柔性路面称为永久性沥青路面，即指40～50 a的设计年限内不发生结构性破坏，只需每15～20 a对沥青面层进行维护。国外研究认为，耐久性沥青路面的最小沥青层厚度为21.5 c m，最厚可达35 c m[1]。在我国，率先使用柔性基层的高等级公路是成渝高速公路。建设的为数不多的沥青层较厚的高等级公路中京津塘（23 c m）、广深高速（32 c m）是典范，这两条公路的交通量非常大，但使用至今路面结构状况仍较好，仅对沥青面层进行过维修。上海地区也有多条重载交通道路大中修时局部路段采用柔性基层，已经证明该路面良好的结构强度、刚度，能满足道路使用的要求。

柔性基层的沥青路面缺点是单价相对较高，一定程度上限制了其推广应用，并且施工中施工单位往往忽视对沥青稳定碎石的分层碾压，建成后运营期间在车辆荷载反复作用下沥青碎石被补充压实，路面容易出现车辙、局部沉陷、波浪等病害。但由于柔性基层路面修筑时间短、路面结构均匀、受水和冰冻影响较小、维修费用低、修复快，不需像半刚性基层那样出现疲劳开裂后要全部翻挖、路面材料能够全部被重复利用、使用寿命延长等优点，在欧美得到广泛应用，在中国也逐步得到推广。

3 柔性基层沥青路面设计指标的选取

按照规范，沥青路面结构设计采用以双圆均布垂直和水平荷载作用下的三层弹性理论为基础，采用路表设计弯沉值、容许弯拉应力及容许剪应力三项设计指标。按照相关规范公式进行计算，沥青混合料、基层、底基层材料设计参数（抗压模量、劈裂强度等）按公路沥青路面设计规范附录E选取（一般取中值，采用改性沥青S B S或抗车辙剂作适当提高）。土基回弹模量按各自公路或道路等级规范要求取值。

其中路表设计弯沉值根据公路或道路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型计算确定，公式如下：

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式中：Ld为设计弯沉值，0.01 mm；Ne为设计年限内一个车道累计当量轴次，次/车道；Ac为公路或道路等级系数，高速公路、一级公路、快速路、主干路为1.0，二级公路、次干路为1.1，三、四级公路、支路为1.2；As为面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌和温拌或冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面（含上拌下贯式路面）、沥青表面处治为1.1；Ab为路面结构类型系数，柔性基层和粒料基层为1.6。

路表计算弯沉Ls应小于或等于路表设计弯沉值Ld，以保证路面结构整体刚度。应符合下式要求：

其中：γa为沥青路面可靠度系数，参考《路面设计规范》（D G/T J08-2131-2013，J12442-2013）中，表3.1.5可靠度系数。

本文所列的各表计算出的柔性基层厚度已考虑可靠度系数。

二级及以上公路、快速路、主干路和次干路采用路表弯沉值、柔性基层沥青层层底拉应变作为设计指标。

三级、四级公路和支路可仅采用路表弯沉值为设计指标。

4 柔性基层沥青路面典型结构计算

参照《上海市城市道路与公路设计指导意见》培训材料第三篇第四章中典型路面结构组合设计的表格形式，根据各交通等级道路的车道累计轴次及各设计参数，采用东南大学公路沥青混凝土路面设计系统软件，计算得到上海市常用柔性基层沥青路面典型结构如表1～表5所列。计算时对土基回弹模量的选取，按《上海市城市道路与公路设计指导意见》，高速公路、一级公路、城市快速路、承受重交通荷载的二级公路不小于40 MPa；一般二级公路、城市主干路、承受重交通荷载的城市次干路不小于30 MPa；其余类型道路不小于25 MPa。列表时根据不同土基回弹模量的选取调整了表格名称和适用范围。

表1 特重交通典型路面结构一览表

表3 一般二级公路、城市主干路、承受重交通荷载的城市次干路典型路面结构一览表

表4 城市次干路、承受重交通荷载的城市支路典型路面结构一览表

表5 三（四）级公路、支路典型路面结构一览表

表中各等级道路的面层结构组合不变，垫层材料和厚度不变。设计结果为新建或翻挖重建结构。沥青路面设计使用年限采用15 a。柔性基层统一采用ATB-30。若采用其他柔性基层材料（如就地冷再生等），可输入该层材料的设计参数重新进行计算。另外，表中结构未列入稀浆封层材料，沥青层之间的常规粘层材料也未列出，具体设计时应加入结构组合。

5 对柔性基层设计的一点想法和建议

（1）土基回弹模量对于路表回弹弯沉的影响最为显著。在同样的累计轴载作用次数Ne条件下，如果将表2的土基回弹模量降低10M P a至30M P a，柔性基层的厚度最大应增加8 c m。东南大学朱洪洲研究发现：当沥青层厚度在25 c m以内时，增加沥青层厚度可以减少沥青层底拉应力，延长沥青路面疲劳寿命[2]。因此必须重视并加强土基的处理，尽量提高土基模量，注重处理措施的效果，确保达到规范相应的重型击实标准。

（2）根据有关资料，现状道路交通货运车超载比较严重，有些地处工业区或码头、物流中心，重载车比例较高，超载率达到80%，超载重量甚至达到规定载重的200%以上。

根据研究，不同类型货车，超载相同幅度，其轴载换算系数差别较大；货车轴载越大，随着超载幅度的加大，特别是大型货车和拖挂车，其轴载作用次数呈几何级数增长；超载幅度达到100%时，大型货车轴载换算系数与不超载相比增加了近23倍，拖挂车增加了近24倍[3]。因此重载汽车对于累计标准轴载次数的影响十分重大。对于承受重载的道路，如事先不考虑重载的作用，将会极大地缩减道路预定的设计年限。设计时必须面对这一严峻的客观现实，充分考虑超载对路面结构的不利影响，根据所在地区货运车的实际运营情况进行取值计算，避免路面结构过早破坏。

（3）计算结果表明采用柔性基层能减少路面结构总厚度，比目前各家单位的设计厚度要薄些。因此在正确计算轴载作用次数和采用设计参数的前提下，柔性基层沥青路面的造价较当前设计要小些，尤其采用ATB沥青碎石作基层，材料粒径较大、级配较粗、沥青用量较小，对原材料的要求相对面层要低，更可以掺加使用再生沥青材料。

由于柔性基层的主要病害是车辙，建议ATB层采用粗些的粒径。上海地区宜用ATB-30。同时应加强该层的分层碾压工作。

（4）在大中修工程项目中，采用承载板法对老路面回弹模量进行测试，并结合开挖的样洞实际结构组合进行反算，结构层利用到哪一层就反算至哪一层。半刚性基层如果下部已产生破碎，则该部分厚度应按粒料进行计算。这样计算出的路面结构组合更合理更有针对性。

对于设计使用年限5～8 a的中修项目，柔性基层还可与水泥稳定碎石一并使用，即采用ATB-30作为上基层，水泥稳定碎石作为下基层，以在满足荷载计算要求的前提下，充分利用旧料，达到环保的目的。

（5）需要注意的是，由于柔性基层沥青路面结构造价偏高，目前应用还不普遍，往往是一条车道，或处于不同的路段及交叉口，大多与半刚性基层沥青路面共存。由于两者弯沉值差距较大，建议对部分实施柔性基层的已建大中修项目，切实做好归档工作，以免未来路面发生病害进行评估时发生错判，造成浪费和过度设计。

6 结论

本文对新建或翻挖重建的柔性基层沥青路面结构组合设计进行了计算和归纳，供上海地区类似项目设计人员参考。对大中修工程项目，可对具体项目具体分析，计算结果可与本文计算成果比较选用。

由于柔性基层路面结构修筑时间短、结构受力均匀、受水和冰冻影响较小、不用因疲劳开裂而全部翻挖、维修费用低、路面材料能够全部被重复利用、使用寿命延长等优点，综合造价还是有优势的。建议结合工程试铺试验段，积累经验逐步推广。

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社.

[2]朱洪州，唐伯明，刘伯莹.柔性基层沥青路面结构设计参数分析[J].重庆交通大学学报（自然科学版），V o 1,28N o.6.

[3]蔡氧.G1501上海绕城高速公路大修工程路基路面设计研究[J].上海公路，2016，（4）.

U416.217

B

1009-7716（2017）06-0064-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.018

2017-03-02

张丽洁（1977-），女，上海人，硕士，工程师，从事道路工程设计工作。