李建紅

（徐州市市政設計院有限公司，江蘇 徐州 221002）

0 前言

“七五”、“八五”后我國確立了“強基、薄面、穩(wěn)土基”的半剛性瀝青路面設計基本理念，由于半剛性基層整體強度高、板體性好，可以減薄瀝青面層、節(jié)省工程造價，使瀝青路面具有很高的承載力，在已建成的高速公路中，95%是以半剛性材料為基層，瀝青混凝土為面層的路面。在長期的實踐過程中，也發(fā)現(xiàn)了半剛性基層的通?。?1)由于半剛性基層干縮和溫縮特性形成的瀝青路面的反射裂縫；(2)半剛性基層材料壓實后非常致密，幾乎成為完全不透水層；(3)半剛性基層與瀝青層之間的聯(lián)結存在較大問題。大量采用半剛性基層瀝青路面結構是由于我國國情決定的，反觀國外半剛性路面基層使用相對較少，即使使用也是采用較厚的瀝青層、較薄半剛性材料作底基層，近年來國內部分學者開始關注柔性基層道路的研究，其中《瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石結構設計與施工技術應用指南》（以下簡稱《指南》）作了較深入的闡述。

1 我國瀝青路面柔性基層道路發(fā)展現(xiàn)狀

2002年交通部課題“瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石結構設計指標”立項，多家單位聯(lián)合對國內外柔性基層相關領域進行了深入研究。根據(jù)國內相關文獻資料記載，上世紀70年代末、80年代初部分地區(qū)在低等級公路上鋪筑了一定數(shù)量的瀝青表面處治級配碎石基層路面，在使用過程中加鋪瀝青面層，由于初期交通量低，結構性大修較少，有的服務壽命達30 a。早期修建的CY高速公路采用5 cm瀝青混凝土+7 cm瀝青碎石+20 cm繼配碎石+28～36 cm石灰穩(wěn)定泥巖，截至2002年底，累計標準軸次達到780多萬次，表面平整、粗糙，沒有明顯的車轍，沒有嚴重的網(wǎng)裂[1]。課題組認為柔性基層可以明顯減少瀝青路面的開裂，特別是半剛性基層瀝青路面的反射性裂縫問題，能夠獲得較好的效果。

2 徐州市瀝青路面柔性基層道路概況

淮海西路為徐州市東西向重要城市主干道，建于上世紀五十年代，原有結構為3 cm瀝青表處+10 cm泥結碎石+25 cm狗頭石，不斷加鋪瀝青面層至今。1999年進行了一次大的改造，車行道中間部分采用3 cm細粒式瀝青+11 cm黑色碎石路面；道路兩側新建部分（現(xiàn)有非機動車道部分）采用3 cm細粒式瀝青+8 cm黑色碎石+20 cm碎石灰土+30 cm石灰土基層，結構層厚度為61 cm。運營階段機動車道部分保持常規(guī)性的挖補及次數(shù)、厚度不等的加罩，2010年初進行大修改造。

中山路為徐州市南北向重要城市主干道，據(jù)可追溯的資料顯示，1983年修建時采用的路面結構為3 cm瀝青+10 cm瀝青碎石淺貫+20 cm碎石灰土+20 cm石灰土基層。2001年對二環(huán)北路到和平路段長3.75 km進行改擴建，車行道路面結構為3 cm細粒式瀝青+粗粒式瀝青混凝土找平層，路中部分粗粒式瀝青按7 cm控制，由于原路拱橫坡較大，部分達到了4%以上，改造后按1.5%控制，機動車道寬度為15 m，因此粗粒式瀝青混凝土厚度在7～25 cm，中間薄，兩側厚。目前該道路整體情況良好，無明顯的裂縫、坑槽、沉陷、車轍，平整度良好，車輛行駛平穩(wěn)舒適。

3 淮海西路改造情況

3.1 路面現(xiàn)狀病害

通過現(xiàn)狀調查，淮海西路機動車道路表病害如下：

(1)車轍：主要在交叉口渠化部位、公交站臺。其原因為早期的普通AC瀝青路面高溫穩(wěn)定性較差，在車輛的反復作用下，永久變形的累積所導致。

(2)擁包：主要在陡坡路段、交叉口渠化部位、公交站臺，使用過程中雖經(jīng)多次修補，但個別路段還是產生一定的擁包，公交站臺所在路段表現(xiàn)比較明顯，個別處高出路面達10 cm左右。其原因為車輪碾壓處路面產生較大的橫向推擠力，瀝青路面柔性基層抗剪切力強度較弱。

(3)泛油：由于交通荷載作用使混合料內集料不斷擠緊、空隙率減小，最終將瀝青擠壓到路面。

(4)裂縫：集中在檢查井周圍，開挖后發(fā)現(xiàn)檢查井鎖口石為兩塊拼接而成（也有部分檢查井鎖口石斷開），由于車輛輪胎的沖擊力及鎖口石基礎不穩(wěn)所形成；另外通過開挖斷面發(fā)現(xiàn)原有的泥結碎石完好，黃泥色澤新鮮，狗頭石咬合緊密。

(5)瀝青層脫離：在部分開挖路段發(fā)現(xiàn)瀝青層有比較明顯的脫離現(xiàn)象，多層瀝青猶如幾層薄餅疊加在一起。

非機動車道由于車輛作用比較少，整體較好，主要病害為裂縫，除檢查井周圍處產生與機動車道相同的裂縫外，在檢查井較少的路段也產生了一定數(shù)量的橫向裂縫?；春Ｎ髀酚捎跈C動車道與非機動車道路面結構類型不同、車輛荷載不同，所產生的病害差異較大，其破壞形式符合目前相關的理論及工程實例所證實的結果。

3.2 舊路面強度影響因素

對全路段機動車道按20 m一個斷面，每個斷面四個車道，每車道左、右輪進行彎沉檢測，其檢測結果見表1，全路段彎沉柱狀圖分車道統(tǒng)計見圖1。

根據(jù)彎沉結果及現(xiàn)場開挖情況經(jīng)總結分析后得出以下規(guī)律：

(1)車輛荷載:內側車道彎沉值小于46的比例分別為70.2%、58.7%，外側車道分別為36.0%、15.3%；內側車道彎沉值小于56的比例分別為84.3%、71.5%，外側車道分別為50.4%、18.6%。內側車道基本上為小汽車，外側車道公交車比例遠大于小汽車，可以看出車輛軸次對路表彎沉起決定性的因素。

圖1 淮海西路全路段彎沉柱狀圖

(2)路基強度：K1+110～K1+330長220m路段，內側車道彎沉值較大，其中北內側車道基本在50～80之間，開挖后發(fā)現(xiàn)該段路基為軟彈土。K1+670～K1+830長160 m路段位于西安路交叉口渠化段內，內側兩個車道實測彎沉值較小，特別是南內側車道基本在46以內，根據(jù)現(xiàn)場開挖情況該路段瀝青（包括瀝青碎石）厚度在22 cm以內，部分點在17 cm左右，該段路基較好，重型壓路機碾壓無輪跡。

3.3 路面結構改造方案的擬定

(1)改造標準的確定

《公路技術狀況評定標準》(JTG H20-2007)6.2.1條規(guī)定“路面結構強度為抽樣評定指標，單獨計算與評定，評定范圍根據(jù)路面大中修養(yǎng)護需求、路基的地質條件等自行確定?！?；《公路瀝青路面養(yǎng)護技術規(guī)范》(JTJ 073.2-2001)4.5.3條中采用路面強度指數(shù)SSI（路面設計彎沉值/路段代表彎沉值）進行評價，但未指明基層類型。《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》(CJJ 36-2006)評價標準為路表回彈彎沉值，4.5.4條根據(jù)交通量等級將路面結構強度分為足夠、臨界和不足三個等級，見表2，其彎沉控制跨度比較大。

表1 淮海西路路段彎沉點數(shù)統(tǒng)計表

表2 瀝青路面柔性基層結構強度評價標準（彎沉值以軸重100 kN為標準）（0.01mm）

淮海路改造時甲方、設計、施工、監(jiān)理以及相關單位代表對改造標準爭論不休，有的主張應全部挖除新建，有的從節(jié)省工程造價、縮短工期減少對交通干擾出發(fā)考慮進行表面處理即可。后經(jīng)協(xié)商按《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》標準執(zhí)行，當單點彎沉值大于46時挖除新建，竣工驗收時彎沉值按45控制，內部控制指標為40，根據(jù)圖1分析結果，淮海路內側車道挖除面積為35.54%，考慮現(xiàn)場挖補的完整性按40%控制。

(2)路面結構的確定

機動車道路面結構分新建與挖除兩部分考慮，改建部分采用5 cm熱再生瀝青混凝土（細粒式AC-13C型）；新建部分采用4 cm細粒式瀝青混凝土AC-13C型+粘層+6 cm中粒式瀝青混凝土AC-20C型+0.5 cm下封層+透層+50 cm二灰碎石，總厚度60.5 cm，其中新建部分表層4 cm細粒式瀝青混凝土與改建部分一起采用熱再生。施工過程中開挖后發(fā)現(xiàn)部分路基為淤泥質粘土，結構層以下80 cm左右出現(xiàn)明水且路床范圍內管線縱橫，繼續(xù)下挖難度大，工期長，施工現(xiàn)場中改為15 cm碎石墊層+30 cm素混凝土墊層+20 cm二灰碎石+10 cm瀝青面層，素混凝土施工時按一層施工，振搗密實，縱橫切縫?；春Ｂ犯脑爝^程中受各種條件限制，挖除新建部分受傳統(tǒng)理念、施工工藝等因素制約采用了半剛性基層，軟彈土路段采用剛性基層，與老路部分的柔性基層并存。

(3)路面熱再生

在瀝青上面層的施工過程中采用了英達熱再生工藝，針對原路面瀝青材料取樣測定瀝青性能及含量、混合料級配等，瀝青為改性瀝青，添加集料為玄武巖，瀝青面層厚度比原有老路面高出1.5 cm。其優(yōu)點如下：

a.施工工藝簡單，迅速方便快捷，對交通干擾較少，無環(huán)境污染；b.實現(xiàn)100%舊路面瀝青材料的重新使用，符合資源循環(huán)利用的原則；c.瀝青面層之間為熱粘結，使之成為一個整體，提高了路面維修質量，施工接縫為熱接縫，避免了冷接縫由于雨水滲入而發(fā)生的路面破壞；d.施工工藝科學合理，能夠較好地調整舊路面瀝青混合料的級配，改善舊瀝青混合料的物理結構，恢復其中老化瀝青的性能，恢復舊路面瀝青混合料良好的路用性能；e.對于車轍部分充分利用了其壓實功能；f.常規(guī)再生機組破碎設備為齒輪破碎舊路面集料，再生混合料級配難以控制，英達再生機組中的破碎設備為梳齒，舊路面集料加熱后級配易于控制。

施工后檢測效果不錯，反映瀝青熱再生對于柔性基層瀝青路面改造（特別是薄瀝青面層下為瀝青碎石或級配碎石）有比較好的適應性，若采用常規(guī)的銑刨舊瀝青面層加鋪新面層時容易造成下面層的松動，造成層間結合薄弱。

4 瀝青路面柔性基層改造探索

(1)全柔式瀝青路面：徐州市淮海路1999年改造后的路面結構為3 cm瀝青+11 cm黑色碎石+3 cm瀝青表處+10 cm泥結碎石+25 cm狗頭石，由于狗頭石的板體性達不到半剛性的要求，可以認為該路面結構基本上為全柔式瀝青路面，接近于全厚式瀝青路面結構，完成了長達半個多世紀的歷史使命。路基回彈模量E0分別取30 MPa、60 MPa計算，采用公路路面設計程序系統(tǒng)（HPDS2006）計算后，其承受的軸次分別為500萬次、929萬次，僅為中等交通的低值、中值，而實際運行過程的軸次達到了特重交通標準。因此，采用86瀝青路面規(guī)范以來的雙圓均布垂直荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論不符合全柔式瀝青路面結構的計算。

(2)組合式路面結構：中山路2001年改造后的路面結構為3 cm瀝青+10～18 cm瀝青+10 cm瀝青穩(wěn)定碎石+20 cm碎石灰土+20 cm石灰土基層,符合《指南》中推薦的組合式路面結構。經(jīng)計算路基回彈模量E0取40 MPa，當以半剛性材料結構層層底拉應力為設計指標時，一個車道上的累計當量軸次為1 200萬次，達到重交通級別，改造后的道路運營10 a路面狀況良好，實際情況與現(xiàn)行理論計算結果較為吻合。

(3)瀝青層厚度對軸次的影響：不論是中山路的組合式結構還是淮海路的全柔式結構，當增加一層粗粒式瀝青面層時，其軸次幾乎提高一個數(shù)量級，見表3。增加瀝青層后，半剛性基層位置下移，隨深度的增加其底部彎拉應力減小明顯，路面結構較容易的獲得半剛性基層瀝青路面難以達到的億次以上特重交通量。

(4)路基頂面回彈模量對軸次的影響：組合式路面結構3 cm瀝青+9 cm瀝青+14 cm瀝青碎石+20 cm二灰碎石+20 cm二灰土，當路基頂面回彈模量從40 MPa到60 MPa時按現(xiàn)行規(guī)范理論計算，其軸次見圖2，可以看出當回彈模量大于50 MPa時其軸次變化較小。4 cm瀝青+6 cm瀝青+10 cm瀝青+10 cm瀝青碎石+20 cm石灰碎石土+20 cm石灰土，當路基頂面回彈模量從30 MPa到80 MPa時其軸次計算見圖3，可以看出當回彈模量大于40 MPa時隨著回彈模量的增長軸次幾乎成直線增長，且其軸次理論上可達到2億次左右，洛杉磯Ⅰ-710州際道路使用40 a其標準軸次為1～2億次[1]。無論圖2還是圖3均要求回彈模量較高，也與日美國家規(guī)范標準要求類似。

表3 增加瀝青厚度后軸次計算

圖2 路基回彈模量對軸次的影響

5 結語

目前，瀝青路面柔性基層已經(jīng)引起大家的重視，隨著經(jīng)濟水平的發(fā)展，部分地區(qū)開始追求高品質的路面，瀝青路面柔性基層無結構性損壞、長壽命、適應重交通、管養(yǎng)方便、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點將逐步體現(xiàn)出來，也會越來越多的應用于工程實踐，目前尚存在問題：

(1)理論體系及規(guī)范標準的完善

圖3 路基回彈模量對軸次的影響

2006版瀝青路面設計規(guī)范中高級瀝青路面以路表回彈彎沉值、瀝青混凝土層的層底拉應力及半剛性材料層的層底拉應力為設計指標易執(zhí)行。從實際情況來看，組合式路面結構與06規(guī)范比較吻合，但全厚式瀝青路面不能單純的以路表回彈彎沉值作為控制指標，其路面結構設計與軸次關系不明朗，路面結構設計方法、影響因素、驗收控制指標需明確，其中柔性基層瀝青路面的改造需加快研究和制定改造標準（《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護技術規(guī)范》(CJJ 36-2006)中雖有規(guī)定，仍比較模糊），以便更好的指導工程實踐，減少工程中的爭執(zhí)。

(2)柔性基層材料力學性能的研究

柔性基層瀝青路面無結構性的損壞，其破壞深度僅在瀝青混凝土表層，其最大的病害為車轍，而車轍與瀝青面層的厚度，柔性基層材料的力學性能相關，目前我國在瀝青碎石、級配碎石等柔性基層的級配、設計指標和參數(shù)、施工工藝、施工質量檢驗指標等方面研究較少。

徐州市淮海路及中山路的改造為學者研究提供了工程實例，其中城市軟彈路基地段碎石墊層+素混凝土墊層+薄二灰碎石（20 cm）+薄瀝青面層的相關工程實例報道較少，其原理及使用效果有待進一步研究。

［1］李福普,嚴二虎,等.瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石結構設計與施工技術應用指南[M].北京:人民交通出版社,2009.