一、現(xiàn)行半剛性基層瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范的幾點(diǎn)問題的探討。
⑴彈性多層體系的基本假設(shè)有：
⒈定土基在水平方向和向下的深度方向均為無限，其上的路面各層厚度均為有限，但水平方向上仍為無限。
⒉層之間的接觸面假定為完全連續(xù)的（具有充分的摩阻力）。
該假設(shè)是瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論公式推倒的依據(jù)；其中層間連續(xù)和水平無限是最基本假設(shè)。但在實(shí)際工程中該假設(shè)是很難達(dá)到的。
⒈施工中面層和基層的結(jié)合是很難達(dá)到完全連續(xù)狀態(tài)的，如當(dāng)基層級(jí)配偏細(xì)、局部離析、基層表面有積塵及滲透油施工不良，均會(huì)造成基層與面層的不連續(xù)狀態(tài)。
⒉半剛性基層的溫度裂縫和干縮裂縫是無法避免的，一般施工完成一年后即發(fā)展完成6~8米一道，并逐漸向上反射，同時(shí)瀝青層的溫度裂縫也是無法避免的，在實(shí)際的使用過程中，道路結(jié)構(gòu)層本身在內(nèi)部或表面存在或?qū)捇蛘牧芽p。造成水平方向的部分連續(xù)或根本不連續(xù)。
⒊同時(shí)在面層滲水、冰凍水、毛細(xì)水等的作用，裂縫的修補(bǔ)不及時(shí)等，造成水分積聚在基層和面層之間、縫隙之中，在凍漲、車輛沖擊荷載作用，造成基層界面軟化、嘰泥等使該部位完全失去連續(xù)性。造成面層單板；基層裂縫處集中應(yīng)力作用（類似混泥土路面板邊受力）。兩種情況均會(huì)完全脫離原有的假設(shè)基礎(chǔ)，造成面層底，裂縫邊緣處應(yīng)力集中，很快導(dǎo)致破壞。
⑵軸載換算理論存在偏差和局限：
⒈以路面表面設(shè)計(jì)彎沉值或?yàn)r青棉層彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)，按彎沉或拉應(yīng)力等效的原則推導(dǎo)。
Lef=C1C2(Pi/Ps)4.35
⒉以半剛性基層底面彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，按彎拉應(yīng)力等效的原則推導(dǎo)。
Lef=C1C2(Pi/Ps)8
以上兩組公式僅是用于單軸軸載小于130kn，雙軸軸載小于220kn，三軸軸載小于260kn的情況。在重載交通路段無法適用。
同時(shí)該換算未從分考慮到因裂縫造成的不連續(xù)狀況。如在公路混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范中的軸載換算中用αi=1.46×10-5Pi-0.3767和αi=1.24×10-5Pi-0.2374分別考慮荷載在縱縫邊緣處和在橫向邊緣處的不同情況。而且Lef=αi(Pi/Ps)１６，指數(shù)用１６，突出考慮了超重軸載對(duì)路面的影響，而在半剛性基層中僅為4.35和８。導(dǎo)致現(xiàn)有道路根本無法經(jīng)受重交通荷載的考驗(yàn)，雖然在部分道路上以加大了指數(shù)，但仍然達(dá)不到預(yù)期的使用年限。
⑶半剛性基層應(yīng)力分布不合理。
在多層的半剛性結(jié)構(gòu)中，因下層的半剛性結(jié)構(gòu)同樣存在較大的剛性，在荷載作用下變形很小，使上層受到的應(yīng)力值很小。各結(jié)構(gòu)層在荷載作用下引起的彎拉應(yīng)力值從上往下逐層增加，而結(jié)構(gòu)半剛性路面設(shè)計(jì)中各層的抗彎拉能力從上往下逐層減小。如在15cm油、18cm水穩(wěn)、18cm二灰碎、15cm二灰土、15cm石灰土的結(jié)構(gòu)中，在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，彎拉應(yīng)力情況下表：
累計(jì)當(dāng)量軸次3000萬次,標(biāo)準(zhǔn)軸載下各結(jié)構(gòu)層底彎拉應(yīng)力情況
結(jié)構(gòu)層彎拉應(yīng)力(MP)允許彎拉應(yīng)力(MP)應(yīng)力發(fā)揮水平(%)
瀝青層-0.0610
水穩(wěn)層0.010.52
二灰碎層0.080.613.3
二灰土層0.050.225
灰土層0.050.225
可以直觀看出上層的彎拉強(qiáng)度發(fā)揮很小，而抗彎拉強(qiáng)度最小的石灰土層底要承受大的彎拉應(yīng)力作用。很容易受疲勞和在或重載軸的作用破壞，在最底層整體性破壞后其上一層所受彎拉應(yīng)力開始增大。所以在抗彎拉應(yīng)力方面各層并不是共同發(fā)揮作用，而是由下往上逐層破壞、被各個(gè)擊破，上部各層在下層未破壞前只是起分散荷載的降低層應(yīng)力的作用。這種理論在尤其重交通道路上是要經(jīng)受嚴(yán)峻的考驗(yàn)，很難適用的。
⑷剛性基層的固有特性：
⒈半剛性基層達(dá)到一定厚度后，繼續(xù)增加其厚度，將不會(huì)明顯增加路面的承載能力，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，半剛性基層存在一個(gè)合適的厚度。路面力學(xué)計(jì)算也表明，當(dāng)半剛性材料層達(dá)到４５～５５cm厚度后，繼續(xù)增加其厚度對(duì)路面的承載能力以沒有明顯的影響，因此在正常路段強(qiáng)度大的半剛性基層一般控制在４５～５０cm，強(qiáng)度小的半剛性基層一般控制在5５~６０cm。也就是說以增大結(jié)構(gòu)層厚度的方式解決重載交通道路的承載力問題是很不可取的。
⒉半剛性基層一但破壞后是無法修復(fù)的，也就是說半剛性基層不能形成公路投資的固定資產(chǎn)，每隔一定的周期就要進(jìn)行重建。方式無外再生利用、長高、挖除再建等，都需要很大的投資。而這種半剛性基層的破壞在超重交通路段是必然、普遍存在的，而且決非依設(shè)計(jì)理論那樣遭受緩慢、疲勞破壞。
二、柔性路面設(shè)計(jì)理論初探：
在此建議在重載交通路段采用柔性基層，如級(jí)配碎石基層，加鋪厚瀝青面層解決重載交通問題。
⑴首先該種基層材料屬于散體，對(duì)上層傳遞來的荷載只起分散作用，結(jié)構(gòu)本身不受拉應(yīng)力影響，除材料軟弱個(gè)體的破壞，不存在結(jié)構(gòu)的破壞，而碎石材料個(gè)體的破壞是一般很少發(fā)生的。所以該種結(jié)構(gòu)層能夠成為公路投資的固定資產(chǎn)，而不象半剛性基層需要維修和大修。而半剛性結(jié)構(gòu)層對(duì)所承受的彎拉應(yīng)力反應(yīng)十分敏感，尤其在重載交通作用下很容易破壞，也正因?yàn)槿绱税雱傂月访嫫茐囊话愣际窍虏拷Y(jié)構(gòu)層先破壞，再反應(yīng)到上層，這種從底向上的破壞給公路的養(yǎng)護(hù)和維修帶來很大的不便。相反柔性路面的破壞不會(huì)造成開膛破肚式的養(yǎng)護(hù)和大修，多數(shù)只要進(jìn)行油面的維修處理，再生或加鋪就可以了。其次碎石材料結(jié)構(gòu)層可避免干縮裂縫的產(chǎn)生，并對(duì)溫度裂縫能夠“自愈”，達(dá)到一定的修筑厚度后是理想的結(jié)構(gòu)層材料。在國外也有在重交通路段使用柔性路面結(jié)構(gòu)的實(shí)例，在國內(nèi)沈鞍和黃寨南柔性路面試驗(yàn)段也證明柔性路面的裂縫明顯少于半剛性路面裂縫。同時(shí)在施工控制方面柔性基層能夠克服粘結(jié)料不均、施工延時(shí)控制及污染大等缺點(diǎn)。
⑵受力算模型：該種道路基層的驗(yàn)算得主要控制指標(biāo)是考慮油面疲勞破壞的路面頂彎沉、瀝青層底的彎拉應(yīng)力、土基本身的承載能力。因?yàn)槿嵝曰鶎酉鄬?duì)半剛性基層具有較小的剛性和較大的抗變形能力，在相同的交通條件下前者的容許彎沉明顯大于后者，英國TRRLLr833以線圖的形式介紹了瀝青混凝土面層在不同基層上的容許彎沉，反映出瀝青混凝土鋪在半剛性基層和柔性基層上的容許彎沉比例在1.5~1.8之間。也就是說在在同樣的交通荷載下，如果半剛性基層的容許彎沉為２０，則柔性基層的容許彎沉為３０～３６。在此以累計(jì)當(dāng)量軸次10*106為標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)兩種基層結(jié)構(gòu)進(jìn)行厚度驗(yàn)算。①半剛性基層：油面厚度11Cm；路基回彈模量30MP；基層采用水泥穩(wěn)定碎石，回彈模量1500MP。據(jù)此得出容許彎沉為26.4（0.01mm），滿足該彎沉的基層厚度為43.6cm。②柔性基層：油面厚度11Cm；路基回彈模量30MP；基層采用級(jí)配碎石，回彈模量500MP。按剛?cè)嵯禂?shù)1.5計(jì)算，其容許彎沉為39.6（0.01mm），滿足該彎沉的基層厚度為47.5cm。同時(shí)根據(jù)我國1978年的公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范中的柔性和半剛性基層容許彎沉計(jì)算公式推算在累計(jì)當(dāng)量軸次10*106 時(shí)剛?cè)嵯禂?shù)為1.47。顯而易見在經(jīng)濟(jì)上柔性基層是可行的。
參考文獻(xiàn)：《高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面》沙慶林
《公路設(shè)計(jì)手冊(cè).路面》姚祖康
《碎石基層防止瀝青路面反射裂縫結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究》華東公路總１０４期何兆益等
⑴彈性多層體系的基本假設(shè)有：
⒈定土基在水平方向和向下的深度方向均為無限，其上的路面各層厚度均為有限，但水平方向上仍為無限。
⒉層之間的接觸面假定為完全連續(xù)的（具有充分的摩阻力）。
該假設(shè)是瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論公式推倒的依據(jù)；其中層間連續(xù)和水平無限是最基本假設(shè)。但在實(shí)際工程中該假設(shè)是很難達(dá)到的。
⒈施工中面層和基層的結(jié)合是很難達(dá)到完全連續(xù)狀態(tài)的，如當(dāng)基層級(jí)配偏細(xì)、局部離析、基層表面有積塵及滲透油施工不良，均會(huì)造成基層與面層的不連續(xù)狀態(tài)。
⒉半剛性基層的溫度裂縫和干縮裂縫是無法避免的，一般施工完成一年后即發(fā)展完成6~8米一道，并逐漸向上反射，同時(shí)瀝青層的溫度裂縫也是無法避免的，在實(shí)際的使用過程中，道路結(jié)構(gòu)層本身在內(nèi)部或表面存在或?qū)捇蛘牧芽p。造成水平方向的部分連續(xù)或根本不連續(xù)。
⒊同時(shí)在面層滲水、冰凍水、毛細(xì)水等的作用，裂縫的修補(bǔ)不及時(shí)等，造成水分積聚在基層和面層之間、縫隙之中，在凍漲、車輛沖擊荷載作用，造成基層界面軟化、嘰泥等使該部位完全失去連續(xù)性。造成面層單板；基層裂縫處集中應(yīng)力作用（類似混泥土路面板邊受力）。兩種情況均會(huì)完全脫離原有的假設(shè)基礎(chǔ)，造成面層底，裂縫邊緣處應(yīng)力集中，很快導(dǎo)致破壞。
⑵軸載換算理論存在偏差和局限：
⒈以路面表面設(shè)計(jì)彎沉值或?yàn)r青棉層彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)，按彎沉或拉應(yīng)力等效的原則推導(dǎo)。
Lef=C1C2(Pi/Ps)4.35
⒉以半剛性基層底面彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，按彎拉應(yīng)力等效的原則推導(dǎo)。
Lef=C1C2(Pi/Ps)8
以上兩組公式僅是用于單軸軸載小于130kn，雙軸軸載小于220kn，三軸軸載小于260kn的情況。在重載交通路段無法適用。
同時(shí)該換算未從分考慮到因裂縫造成的不連續(xù)狀況。如在公路混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范中的軸載換算中用αi=1.46×10-5Pi-0.3767和αi=1.24×10-5Pi-0.2374分別考慮荷載在縱縫邊緣處和在橫向邊緣處的不同情況。而且Lef=αi(Pi/Ps)１６，指數(shù)用１６，突出考慮了超重軸載對(duì)路面的影響，而在半剛性基層中僅為4.35和８。導(dǎo)致現(xiàn)有道路根本無法經(jīng)受重交通荷載的考驗(yàn)，雖然在部分道路上以加大了指數(shù)，但仍然達(dá)不到預(yù)期的使用年限。
⑶半剛性基層應(yīng)力分布不合理。
在多層的半剛性結(jié)構(gòu)中，因下層的半剛性結(jié)構(gòu)同樣存在較大的剛性，在荷載作用下變形很小，使上層受到的應(yīng)力值很小。各結(jié)構(gòu)層在荷載作用下引起的彎拉應(yīng)力值從上往下逐層增加，而結(jié)構(gòu)半剛性路面設(shè)計(jì)中各層的抗彎拉能力從上往下逐層減小。如在15cm油、18cm水穩(wěn)、18cm二灰碎、15cm二灰土、15cm石灰土的結(jié)構(gòu)中，在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，彎拉應(yīng)力情況下表：
累計(jì)當(dāng)量軸次3000萬次,標(biāo)準(zhǔn)軸載下各結(jié)構(gòu)層底彎拉應(yīng)力情況
結(jié)構(gòu)層彎拉應(yīng)力(MP)允許彎拉應(yīng)力(MP)應(yīng)力發(fā)揮水平(%)
瀝青層-0.0610
水穩(wěn)層0.010.52
二灰碎層0.080.613.3
二灰土層0.050.225
灰土層0.050.225
可以直觀看出上層的彎拉強(qiáng)度發(fā)揮很小，而抗彎拉強(qiáng)度最小的石灰土層底要承受大的彎拉應(yīng)力作用。很容易受疲勞和在或重載軸的作用破壞，在最底層整體性破壞后其上一層所受彎拉應(yīng)力開始增大。所以在抗彎拉應(yīng)力方面各層并不是共同發(fā)揮作用，而是由下往上逐層破壞、被各個(gè)擊破，上部各層在下層未破壞前只是起分散荷載的降低層應(yīng)力的作用。這種理論在尤其重交通道路上是要經(jīng)受嚴(yán)峻的考驗(yàn)，很難適用的。
⑷剛性基層的固有特性：
⒈半剛性基層達(dá)到一定厚度后，繼續(xù)增加其厚度，將不會(huì)明顯增加路面的承載能力，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，半剛性基層存在一個(gè)合適的厚度。路面力學(xué)計(jì)算也表明，當(dāng)半剛性材料層達(dá)到４５～５５cm厚度后，繼續(xù)增加其厚度對(duì)路面的承載能力以沒有明顯的影響，因此在正常路段強(qiáng)度大的半剛性基層一般控制在４５～５０cm，強(qiáng)度小的半剛性基層一般控制在5５~６０cm。也就是說以增大結(jié)構(gòu)層厚度的方式解決重載交通道路的承載力問題是很不可取的。
⒉半剛性基層一但破壞后是無法修復(fù)的，也就是說半剛性基層不能形成公路投資的固定資產(chǎn)，每隔一定的周期就要進(jìn)行重建。方式無外再生利用、長高、挖除再建等，都需要很大的投資。而這種半剛性基層的破壞在超重交通路段是必然、普遍存在的，而且決非依設(shè)計(jì)理論那樣遭受緩慢、疲勞破壞。
二、柔性路面設(shè)計(jì)理論初探：
在此建議在重載交通路段采用柔性基層，如級(jí)配碎石基層，加鋪厚瀝青面層解決重載交通問題。
⑴首先該種基層材料屬于散體，對(duì)上層傳遞來的荷載只起分散作用，結(jié)構(gòu)本身不受拉應(yīng)力影響，除材料軟弱個(gè)體的破壞，不存在結(jié)構(gòu)的破壞，而碎石材料個(gè)體的破壞是一般很少發(fā)生的。所以該種結(jié)構(gòu)層能夠成為公路投資的固定資產(chǎn)，而不象半剛性基層需要維修和大修。而半剛性結(jié)構(gòu)層對(duì)所承受的彎拉應(yīng)力反應(yīng)十分敏感，尤其在重載交通作用下很容易破壞，也正因?yàn)槿绱税雱傂月访嫫茐囊话愣际窍虏拷Y(jié)構(gòu)層先破壞，再反應(yīng)到上層，這種從底向上的破壞給公路的養(yǎng)護(hù)和維修帶來很大的不便。相反柔性路面的破壞不會(huì)造成開膛破肚式的養(yǎng)護(hù)和大修，多數(shù)只要進(jìn)行油面的維修處理，再生或加鋪就可以了。其次碎石材料結(jié)構(gòu)層可避免干縮裂縫的產(chǎn)生，并對(duì)溫度裂縫能夠“自愈”，達(dá)到一定的修筑厚度后是理想的結(jié)構(gòu)層材料。在國外也有在重交通路段使用柔性路面結(jié)構(gòu)的實(shí)例，在國內(nèi)沈鞍和黃寨南柔性路面試驗(yàn)段也證明柔性路面的裂縫明顯少于半剛性路面裂縫。同時(shí)在施工控制方面柔性基層能夠克服粘結(jié)料不均、施工延時(shí)控制及污染大等缺點(diǎn)。
⑵受力算模型：該種道路基層的驗(yàn)算得主要控制指標(biāo)是考慮油面疲勞破壞的路面頂彎沉、瀝青層底的彎拉應(yīng)力、土基本身的承載能力。因?yàn)槿嵝曰鶎酉鄬?duì)半剛性基層具有較小的剛性和較大的抗變形能力，在相同的交通條件下前者的容許彎沉明顯大于后者，英國TRRLLr833以線圖的形式介紹了瀝青混凝土面層在不同基層上的容許彎沉，反映出瀝青混凝土鋪在半剛性基層和柔性基層上的容許彎沉比例在1.5~1.8之間。也就是說在在同樣的交通荷載下，如果半剛性基層的容許彎沉為２０，則柔性基層的容許彎沉為３０～３６。在此以累計(jì)當(dāng)量軸次10*106為標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)兩種基層結(jié)構(gòu)進(jìn)行厚度驗(yàn)算。①半剛性基層：油面厚度11Cm；路基回彈模量30MP；基層采用水泥穩(wěn)定碎石，回彈模量1500MP。據(jù)此得出容許彎沉為26.4（0.01mm），滿足該彎沉的基層厚度為43.6cm。②柔性基層：油面厚度11Cm；路基回彈模量30MP；基層采用級(jí)配碎石，回彈模量500MP。按剛?cè)嵯禂?shù)1.5計(jì)算，其容許彎沉為39.6（0.01mm），滿足該彎沉的基層厚度為47.5cm。同時(shí)根據(jù)我國1978年的公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范中的柔性和半剛性基層容許彎沉計(jì)算公式推算在累計(jì)當(dāng)量軸次10*106 時(shí)剛?cè)嵯禂?shù)為1.47。顯而易見在經(jīng)濟(jì)上柔性基層是可行的。
參考文獻(xiàn)：《高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面》沙慶林
《公路設(shè)計(jì)手冊(cè).路面》姚祖康
《碎石基層防止瀝青路面反射裂縫結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究》華東公路總１０４期何兆益等