李智聰

（廣州市公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 511430）

為了推動(dòng)我國(guó)公路事業(yè)的發(fā)展，上個(gè)世紀(jì)八十年代以水泥或二灰穩(wěn)定碎石或土為代表的半剛性基層成為我國(guó)各等級(jí)路面的主要結(jié)構(gòu)形式?；谠缙趯?duì)車輛荷載的認(rèn)識(shí)是至上而下逐漸減弱的過程，結(jié)合當(dāng)時(shí)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)狀況形成了“強(qiáng)基薄面”的設(shè)計(jì)思想，即由結(jié)構(gòu)板體性強(qiáng)、整體剛度大以及價(jià)格相對(duì)低廉的半剛性基層作為主要承重層，再在基層上鋪筑薄層瀝青提供一個(gè)舒適連續(xù)的行駛界面[1]。但長(zhǎng)期的工程實(shí)踐表明，半剛性基層材料自身的干縮和溫縮問題始終無(wú)法得到徹底的根治，由此對(duì)面層的連續(xù)性產(chǎn)生了極大的破壞，并且嚴(yán)重影響路面的使用壽命。隨著公路交通事業(yè)的發(fā)展，車輛軸載重型化持續(xù)增長(zhǎng)以及人們對(duì)于路面的使用功能和要求與日俱增，越來越多的不同基層類型進(jìn)入應(yīng)用階段，其材料和結(jié)構(gòu)豐富了路面結(jié)構(gòu)的組合形式，一定程度上彌補(bǔ)了半剛性基層材料的缺陷，表現(xiàn)出優(yōu)越的路用性能。

1 瀝青穩(wěn)定碎石類基層

瀝青穩(wěn)定碎石混合料按照其材料組成和設(shè)計(jì)空隙率的不同應(yīng)用到路面結(jié)構(gòu)的不同層位，其中密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石，設(shè)計(jì)空隙率3%～6%，可以用作各等級(jí)公路基層。半開級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石，設(shè)計(jì)空隙率6%～12% ，可以用作降雨量不大的低等級(jí)公路面層。開級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石可用于基層排水。當(dāng)使用瀝青穩(wěn)定碎石作為基層使用時(shí)，由于基層承受著主要的彎拉應(yīng)力，對(duì)材料的疲勞性能和耐久性要求較高，因此采用密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石是柔性基層的主要材料形式，考慮到材料性能的發(fā)揮和施工的可操作性，對(duì)于粗粒式的密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石ATB-25 和ATB-30，適宜的結(jié)構(gòu)厚度為12 ～15cm。

密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層與瀝青混凝土面層相比，因其公稱最大粒徑較大，該層具有更好的抗剪切變形能力，對(duì)于環(huán)境溫度高、重載較大等有抗車轍性能要求的路面具有很好的適應(yīng)性，能很好的減緩反射裂縫的產(chǎn)生，但由于自身模量相對(duì)較小，作為基層進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算時(shí)往往需要的層厚較大。相對(duì)于同為柔性基層的級(jí)配碎石層來說，密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石由于利用了瀝青膠結(jié)料，整體性較好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和模量也更高，物理力學(xué)性能更為顯著，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的試驗(yàn)和選取也更加方便[2]。

2 貧水泥混凝土基層

貧混凝土是由粗、細(xì)骨料與一定量水泥和水拌和而成的一種經(jīng)濟(jì)型混凝土，相對(duì)于普通水泥混凝土其水泥用量偏低，強(qiáng)度較小，但與水泥穩(wěn)定碎石、二灰穩(wěn)定碎石等常用半剛性材料相比，具有更髙的強(qiáng)度、模量和整體穩(wěn)定性，并且材料抗沖刷和抗疲勞性能優(yōu)勢(shì)明顯，物理力學(xué)性能與普通水泥混凝土相似，適用于交通等級(jí)為重交通及特重交通，屬于剛性基層材料，其厚度一般為200 ～28cm，最小厚度為15mm。

貧混凝土基層在進(jìn)行材料設(shè)計(jì)時(shí)必須控制其強(qiáng)度在合適的范圍之內(nèi)，特別應(yīng)注意避免強(qiáng)度高限太大，以免后期裂縫過多。配合比設(shè)計(jì)中其水泥含量一般處于8%～12%之間，處于水泥穩(wěn)定碎石的3% ～6%和普通水泥混凝土12%～15%之間，因此，貧水泥混凝土的模量、收縮性能以及開裂程度也介于二者之間，為了避免不規(guī)則裂縫，需要對(duì)貧水泥混凝土進(jìn)行縱橫向切縫，并灌入熱穩(wěn)定性和彈性變形性能較好的填縫料，在環(huán)境溫度變化大的區(qū)域，還應(yīng)當(dāng)在切縫頂面一定范圍粘貼土工格柵等抗拉性能良好的土工織物進(jìn)行局部加強(qiáng)，避免產(chǎn)生反射裂縫。貧水泥混凝土基層的抗壓強(qiáng)度整體高于半剛性基層，總體上可承受更繁重的交通荷載，在應(yīng)用過程中應(yīng)根據(jù)不同交通等級(jí)基層的需求進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，保持材料性能的同時(shí)避免配置的強(qiáng)度過大，通常在施工過程中其7d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在5.0 ～10.0MPa 之間以及28d 抗彎拉強(qiáng)度為1.5 ～3.0MPa 為宜，這樣既可以減少水泥摻量節(jié)省投資，也可以讓基層剛度維持在合適范圍之內(nèi)減少由于模量過大帶來的變形性能降低的問題?；鶎愉佒瓿珊髴?yīng)設(shè)置縱縫、橫縫，切縫深度不應(yīng)小于5cm 和1/4 基層厚度，并灌人填縫料，必要時(shí)在縫頂一定寬度范圍內(nèi)粘貼土工織物、玻纖格柵等材料局部加強(qiáng)，其上設(shè)置熱瀝青或改性瀝青、改性乳化瀝青黏結(jié)層。

3 組合基層結(jié)構(gòu)

3.1 柔性基層與半剛性基層組合

通過長(zhǎng)期實(shí)踐，采用密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層和半剛性材料底基層作為瀝青路面的組合式基層能發(fā)揮不同材料的特性，具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能。根據(jù)基層的層位和受力特點(diǎn)，相對(duì)于瀝青混凝土來說，密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石在礦料級(jí)配上要求可適當(dāng)降低，并且也可以減少瀝青用量取得良好的經(jīng)濟(jì)性，但為了增強(qiáng)基層的彎拉強(qiáng)度和材料性能的穩(wěn)定性，需要在配合比設(shè)計(jì)時(shí)注意限制空隙率為3%～6%，以免水損壞的發(fā)生。這種組合式基層通過層位調(diào)整和材料選擇，整體上增加了瀝青類材料的總厚度，并且通過把半剛性基層材料的層位下移使其遠(yuǎn)離高拉應(yīng)力區(qū)域，僅起到底基層的作用，在結(jié)構(gòu)整體受力中避免半剛性基層剛度大、抗彎拉能力弱的特點(diǎn)暴露在最不利的層位。不僅如此，下放的半剛性基層受環(huán)境溫度、水分散失等影響也大大減小，充分的發(fā)揮了減少路基變形和豎向承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，減弱了干縮和溫縮現(xiàn)象以及反射裂縫的產(chǎn)生[3]。

柔性基層與半剛性底基層的組合式基層的破壞形式通常表現(xiàn)為自下而上的疲勞裂縫，是典型的結(jié)構(gòu)性破壞，應(yīng)以瀝青混合料層的永久變形量、半剛性底基層層底拉應(yīng)力作為設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2 柔性基層與剛性底基層組合

貧水泥混凝土剛性基層強(qiáng)度大，承載能力好，但在溫度變化明顯的情況下，剛性基層所設(shè)置的裂縫寬度隨氣溫反復(fù)脹縮，所產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象使其上鋪筑的瀝青面層處于不利的受力狀態(tài)，除了可以從材料配合比方面提高瀝青面層材料的抗豎向剪切性能之外，還可考慮將貧混凝土下置為底基層，并在其上設(shè)置密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石基層形成組合基層結(jié)構(gòu)以適應(yīng)環(huán)境溫度變化下的接縫脹縮變形。這種由柔性基層和剛性底基層形成的組合基層結(jié)構(gòu)能顯著提高承載能力的基礎(chǔ)上減少接縫處的反射裂縫，但由于貧混凝土的剛度遠(yuǎn)大于瀝青層剛度，實(shí)際上剛性底基層成為了最主要的承重層，而瀝青面層和密級(jí)配瀝青溫度碎石基層只是起到功能性作用。并且由于模量相差過大，在貧混凝土底基層與柔性基層的交界面上會(huì)由于車輛荷載的水平作用而產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，剪應(yīng)力數(shù)值通常可達(dá)到0.3 ～0.5MPa，從而在界面上產(chǎn)生剝離，破壞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)的層間連續(xù)狀態(tài)，使瀝青層受力狀態(tài)更加復(fù)雜和不利。因此，這種組合基層形式要發(fā)揮其性能，必須要設(shè)置高性能的粘結(jié)層抵抗剛度差異產(chǎn)生的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期以來我國(guó)各等級(jí)公路的瀝青路面都采用半剛性基層，結(jié)構(gòu)形式單一，難以滿足日益增長(zhǎng)的行車荷載作用和耐久性需求。研究為瀝青路面設(shè)計(jì)中深入理解基層的類型、受力特點(diǎn)和使用條件以及合理進(jìn)行基層材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升路面長(zhǎng)期使用性能和壽命提供了理論依據(jù)。