一、現(xiàn)行半剛性基層瀝青路面設(shè)計規(guī)范的幾點問題的探討。
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)。但在實際工程中該假設(shè)是很難達到的。
⒈施工中面層和基層的結(jié)合是很難達到完全連續(xù)狀態(tài)的，如當(dāng)基層級配偏細、局部離析、基層表面有積塵及滲透油施工不良，均會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，同時瀝青層的溫度裂縫也是無法避免的，在實際的使用過程中，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同時在面層滲水、冰凍水、毛細水等的作用，裂縫的修補不及時等，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)計彎沉值或瀝青棉層彎拉應(yīng)力為設(shè)計指標(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)計指標(biāo)時，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，雖然在部分道路上以加大了指數(shù)，但仍然達不到預(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度發(fā)揮很小，而抗彎拉強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，很難適用的。
⑷剛性基層的固有特性：
⒈半剛性基層達到一定厚度后，繼續(xù)增加其厚度，將不會明顯增加路面的承載能力，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面考慮，半剛性基層存在一個合適的厚度。路面力學(xué)計算也表明，當(dāng)半剛性材料層達到４５～５５cm厚度后，繼續(xù)增加其厚度對路面的承載能力以沒有明顯的影響，因此在正常路段強度大的半剛性基層一般控制在４５～５０cm，強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)計理論那樣遭受緩慢、疲勞破壞。
二、柔性路面設(shè)計理論初探：
在此建議在重載交通路段采用柔性基層，如級配碎石基層，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，除材料軟弱個體的破壞，不存在結(jié)構(gòu)的破壞，而碎石材料個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，也正因為如此半剛性路面破壞一般都是下部結(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)護和維修帶來很大的不便。相反柔性路面的破壞不會造成開膛破肚式的養(yǎng)護和大修，多數(shù)只要進行油面的維修處理，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，并對溫度裂縫能夠“自愈”，達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)的實例，在國內(nèi)沈鞍和黃寨南柔性路面試驗段也證明柔性路面的裂縫明顯少于半剛性路面裂縫。同時在施工控制方面柔性基層能夠克服粘結(jié)料不均、施工延時控制及污染大等缺點。
⑵受力算模型：該種道路基層的驗算得主要控制指標(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。因為柔性基層相對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。在此以累計當(dāng)量軸次10*106為標(biāo)準(zhǔn)分別對兩種基層結(jié)構(gòu)進行厚度驗算。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；基層采用級配碎石，回彈模量500MP。按剛?cè)嵯禂?shù)1.5計算，其容許彎沉為39.6（0.01mm），滿足該彎沉的基層厚度為47.5cm。同時根據(jù)我國1978年的公路柔性路面設(shè)計規(guī)范中的柔性和半剛性基層容許彎沉計算公式推算在累計當(dāng)量軸次10*106 時剛?cè)嵯禂?shù)為1.47。顯而易見在經(jīng)濟上柔性基層是可行的。
參考文獻：《高等級公路半剛性基層瀝青路面》沙慶林
《公路設(shè)計手冊.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)。但在實際工程中該假設(shè)是很難達到的。
⒈施工中面層和基層的結(jié)合是很難達到完全連續(xù)狀態(tài)的，如當(dāng)基層級配偏細、局部離析、基層表面有積塵及滲透油施工不良，均會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，同時瀝青層的溫度裂縫也是無法避免的，在實際的使用過程中，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同時在面層滲水、冰凍水、毛細水等的作用，裂縫的修補不及時等，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)計彎沉值或瀝青棉層彎拉應(yīng)力為設(shè)計指標(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)計指標(biāo)時，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，雖然在部分道路上以加大了指數(shù)，但仍然達不到預(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度發(fā)揮很小，而抗彎拉強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，很難適用的。
⑷剛性基層的固有特性：
⒈半剛性基層達到一定厚度后，繼續(xù)增加其厚度，將不會明顯增加路面的承載能力，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面考慮，半剛性基層存在一個合適的厚度。路面力學(xué)計算也表明，當(dāng)半剛性材料層達到４５～５５cm厚度后，繼續(xù)增加其厚度對路面的承載能力以沒有明顯的影響，因此在正常路段強度大的半剛性基層一般控制在４５～５０cm，強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)計理論那樣遭受緩慢、疲勞破壞。
二、柔性路面設(shè)計理論初探：
在此建議在重載交通路段采用柔性基層，如級配碎石基層，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，除材料軟弱個體的破壞，不存在結(jié)構(gòu)的破壞，而碎石材料個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，也正因為如此半剛性路面破壞一般都是下部結(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)護和維修帶來很大的不便。相反柔性路面的破壞不會造成開膛破肚式的養(yǎng)護和大修，多數(shù)只要進行油面的維修處理，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，并對溫度裂縫能夠“自愈”，達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)的實例，在國內(nèi)沈鞍和黃寨南柔性路面試驗段也證明柔性路面的裂縫明顯少于半剛性路面裂縫。同時在施工控制方面柔性基層能夠克服粘結(jié)料不均、施工延時控制及污染大等缺點。
⑵受力算模型：該種道路基層的驗算得主要控制指標(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。因為柔性基層相對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。在此以累計當(dāng)量軸次10*106為標(biāo)準(zhǔn)分別對兩種基層結(jié)構(gòu)進行厚度驗算。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；基層采用級配碎石，回彈模量500MP。按剛?cè)嵯禂?shù)1.5計算，其容許彎沉為39.6（0.01mm），滿足該彎沉的基層厚度為47.5cm。同時根據(jù)我國1978年的公路柔性路面設(shè)計規(guī)范中的柔性和半剛性基層容許彎沉計算公式推算在累計當(dāng)量軸次10*106 時剛?cè)嵯禂?shù)為1.47。顯而易見在經(jīng)濟上柔性基層是可行的。
參考文獻：《高等級公路半剛性基層瀝青路面》沙慶林
《公路設(shè)計手冊.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
