柔性基层沥青路面结构设计方法分析

柔性基层沥青路面结构设计方法分析

吉鹏飞

1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司;2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心  安徽合肥 230000

摘要：本文采用了PQI值评价方法对路面技术状况进行了评价。结果显示，该路面技术状况良好，PQI值为优，但仍存在一些病害问题。通过对病害原因进行分析，发现主要原因是路面承载能力不足，同时考虑到建设影响因素，提出了旧沥青路面柔性基层补强方案，即在原有柔性基层上铺设多层加筋材料和沥青面层。通过路面补强结构验算，验证了该方案的可行性和有效性。

【关键词】沥青混凝土路面；路面基层补强；柔性基层；病害分析；结构验算

1工程概况

该项目为某城市一条主干道路的改造工程，路面结构设计采用柔性基层沥青路面结构。设计中采用SMA-13作为基层，改性沥青作为黏结剂，AC-16和AC-25作为面层，水稳碎石和级配碎石作为底基层和地基填料。路面总宽度为10米，设计车速为60公里/小时，设计使用年限为10年。

2路面状况分析

2.1表观病害调查

在对路面进行表观病害调查时，我发现了几种常见情况。首先，路面上出现了横向裂缝和纵向裂缝，这些裂缝的长度和宽度大约在1—3米和2—3毫米之间，通常是由于路面材料的膨胀、收缩和环境温度变化引起的。其次，路面上出现了局部沉陷，直径大约为1—2米，深度约为20—30毫米，这些沉陷通常是由于路面下基础材料不均匀或不牢固所引起的。

2.2现状路面弯沉分析

贝克曼梁弯沉仪可以检测路面弯沉情况，测量不同位置的垂直变形量，而主车道、小车道和BRT车道的弯沉情况则直接反映了路面的结构质量。提供的数据显示主车道的弯沉程度比小车道更大，说明主车道的路面结构质量可能不如小车道。路面结构质量是影响路面弯沉情况的重要因素，如果路面结构质量不足，就会导致路面弯沉情况加剧，甚至出现路面损坏和交通事故等问题。

2.3钻芯调查分析

钻芯取样结果显示，路面存在横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、坑槽等问题，主要由于路面的承载能力下降、水稳碎石层和沥青混合料存在黏结差。

2.4现状路面技术状况综合评价

根据弯沉代表值的数据，小车道及BRT车道路面的弯沉代表值较大，这表明路面在承受车辆荷载时存在明显的变形和沉降现象，这将影响车辆的行驶安全和舒适性。根据路面结构强度指数PSSI评价等级，路面结构的承载能力存在局限性，路面承载力不足也会影响车辆行驶的稳定性和安全性，根据路面损坏状况PCI评价等级，现状中、重度病害较多，这表明路面已经出现了多种类型的损坏和病害，如龟裂、坑洞、路面坍塌等，这些问题不仅会对车辆行驶造成影响，还会对路面的使用寿命和养护成本造成不利影响。

3路面病害原因分析

路面承载能力不足，导致路面出现龟裂和坑洼等病害；其次，路面材料的质量不合格，包括沥青和骨料等，会导致路面病害的出现；再次，交通负荷过重，超过了路面承载能力，也会造成路面病害的出现；此外，水分侵入路面结构，引起路基土的软化和沉降，进而引发路面病害。

4.旧沥青路面设计方案

4.1小车道及BRT车道路面设计

在设计小车道及BRT车道的路面结构时，我们需要考虑交通量、车速和设计寿命等要求，选择适当的路面结构。根据累计当量轴次和中等交通等级，可以采用SMA表面层、AC-20改性沥青层、ATB-25沥青碎石柔性基层和半刚性基层的组合，并根据经验公式计算每一层的厚度。此外，在BRT车道的设计中，还需要考虑路面平整度、防滑性能和降噪等级等特殊要求。同时，为保留层预留足够的厚度，以保持路面的耐久性和稳定性。

4.2主车道路面设计

本文分析了使用提供的数据进行柔性基层沥青路面结构设计的方法。柔性基层是路面结构的底部层，需要考虑到路面的整体厚度、荷载分散能力等因素。根据提供的数据，可以确定柔性基层的厚度和荷载分散能力，同时保留层为钻芯样路面沥青面层。半刚性基层是路面结构的中间层，需要考虑到厚度、弯曲刚度等因素，但由于提供的数据中没有相关信息，因此不作进一步讨论。综上所述，在主车道路面设计中，柔性基层的厚度和荷载分散能力应符合设计要求，同时保留层为钻芯样路面沥青面层。

4.3保留层病害处治对策

4.3.1中度病害路段

对于中度病害路段的柔性基层沥青路面结构设计方法，需要针对存在的裂缝采取常规清缝、灌缝处理，防止裂缝扩展和反射，同时铺设宽度为50cm的防裂土工布，以保证路面的安全性和耐久性。针对网裂、坑槽等病害，应遵循圆洞方补、斜洞正补、扩洞修补原则进行修补。

4.3.2重度病害路段

对于重度病害路段，建议采用柔性基层沥青路面结构进行设计。此设计需要考虑到水泥稳定碎石路面的整体破损和结构强度下降的情况，设计过程中，需要考虑到基层、沥青混凝土面层和路面结构等方面的问题，以实现整体的稳定和均匀负荷。

5.路面补强结构验算

5.1主车道路面补强结构验算

根据柔性基层沥青路面结构设计方法分析，我们采用东南大学交通学院的沥青路面计算程序对主车道路面补强结构进行验算。经计算，初拟的主车道路面补强结构组合的沥青顶面施工控制弯沉为19.2(0.01mm)，符合设计要求。

5.1.1以弯沉为设计指标

柔性基层沥青路面结构设计中，弯沉是重要的设计指标，需要综合考虑设计中的各项数据，如设计弯沉、柔性基层、道路等级系数Ac、面层类型系数As、基层类型系数Ab。

1.2。设计弯沉值为：

根据路面结构设计规范的表（3.2.7）和表（5.4.1），该路面的设计符合目标可靠度90%的可靠系数γa按1.04考虑的要求。此外，初步的路面结构力学计算结果表明，该路面的弯沉计算值为19.2，单位是0.01毫米，路面结构强度验算结果为：

可见，初拟路面结构组合满足设计要求。

5.1.2以沥青剪应力为验算指标

沥青混合料的抗剪强度和剪切疲劳破坏等指标是关键，设计要求中抗剪强度应在0.795MPa以上。SMA-13改性沥青是一种优良的选择，可以满足城镇道路的使用要求。

5.2小车道及BRT车道路面补强结构验算

在设计小车道及BRT车道路面补强结构时，需要考虑车辆荷载、地质条件、交通流量等因素。路面结构由基层、中间层和面层组成，其中基层是承受荷载的主要承载层，中间层用来平衡不平整度，面层则提供光滑的行车表面。

5.2.1以弯沉为设计指标

路面结构应采用多层结构，包括基层、底基层、黏结层和面层等，以满足交通流量、车速和车辆类型等因素的要求，路面结构强度验算结果为：

                    =38.2（0.01mm）

路面设计规范确保了沥青路面结构的安全性、可靠性和经济性，可靠系数评估了设计方案的可靠性程度。弯沉计算值直接影响路面的稳定性和耐久性，强度验算结果评估了设计方案的可行性。

可见，初拟路面结构组合满足设计要求。

5.2.2以沥青剪应力为设计指标

小型车道和BRT车道施工中使用的SMA-13改性沥青的抗剪强度超过0.8 MPa，满足本项目一般路段的抗剪性能要求。

6.旧沥青路面补强应用成果

在工程施工期间需要严格控制施工质量，保证补强工程的可靠性和稳定性。其次，在进行柔性基层补强时，应考虑路面的荷载、交通流量等因素，采用合适的补强材料和施工方法，以提高路面的承载能力和耐久性，保证BRT车辆的正常通行。在路面改造中，可以采用弯沉检测技术对路面的变形进行测量，以确定路面补强的位置和程度。最后，应根据PQI值对路面进行评估，评估路面的综合状况，以确定路面补强的优先顺序和补强方案。

7.结论

在柔性基层沥青路面结构设计方法分析的研究中，我们发现病害问题是沥青路面存在的一大难题，而运营道路的通车里程和路龄也会加剧这一问题。在解决病害问题的过程中，需要采取有效措施和及时维修补强，同时需要对病害成因进行调查。在柔性基层沥青路面结构设计中，柔性基层是一个重要的组成部分，可以对路面的承载能力、防水性以及耐久性产生重要影响。

【参考文献】

[1]JTG5210-2018公路技术状况评定标准[S].

[2]JTG5142-2019公路沥青路面养护技术规范[S].

[3]CJJ169-2012城镇道路路面设计规范[S].

作者简介：吉鹏飞（1990-），男，汉族，河南濮阳人，硕士研究生学历，工程师，研究方向：道路与桥梁工程。