[科普中国]-柔性路面

定义

柔性路面指的是刚度较小、抗弯拉强度较低，主要靠抗压、抗剪强度来承受车辆荷载作用的路面。

总体结构刚度较小，在行车荷载作用下的弯沉变形较大，路面结构本身抗弯拉强度较低，它通过各结构层将车辆荷载传递给土基，使土基承受较大的单位压力，路基路面结构主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。这样的路面叫柔性路面。柔性路面主要包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。因沥青混合料在配合比设计中有空隙率的考虑，高温环境下，碎石作为骨架基本不动，其他的细微膨胀由预留的空隙消化，即使多年的路面，空隙完全闭合，膨胀量也可以由沥青向上发展消化。更重要的是柔性路面的“柔”，其本身就有一定的低温抗裂性能，这也是柔性路面优势之一，而且低温环境下发生的部分细微裂缝在高温环境下也能自身愈合。

特点柔性路面抗弯强度小，主要依靠抗压强度和抗剪强度抵抗行车荷载作用，在行车重复荷载作用下能够产生一定弯沉变形的路面。例如，由沥青、粒料混合料等塑性材料组成的层状路面结构。其承载能力取决于整个层状体系的荷载扩散特性，受土基强度和稳定性的影响较大，在设计时须综合考虑路基、路面等因素。1

材料由有机结合料或有一定塑性吸力稳定各种集料的基层、沥青贯人碎石 基层、热拌沥青碎石或乳化沥青碎石混合料、不加任何结合料的各种集料基层和泥灰结碎石等组成的路面。2

柔性路面路肩设计路肩设计参数与路面主线设计参数基本相同，路肩的设计交通量显然少于主线，这是两者最主要的区别。Huang(2007)认为路肩的交通量主要由三部分组成，即偶人交通量、停车次数和正常交通量。正常交通量是指路肩在高峰小时作为临时车道时产生的交通量，当路肩不作临时车道用途时，路肩的设计交通量仅包括偶入交通量和停车次数。

当铺面路肩上没有障碍物时，毗邻路肩的行车道上，卡车会因为偶尔的偏离车道而进入路肩约30 cm，甚至更多，从而形成路肩的偶入交通量。美国加州(1972)采用与路肩毗邻车道交通量的1%作为偶入交通量，约合104次18 kip标准轴载。而Barksdale(1979)则认为这个比例偏低，偶入交通量至少占2%～2．5%以上。3

设计方法我国是世界上最早采用弹性层状体系理论进行路面设计的国家之一，但又区别于其他任何一种基于力学的设计方法，因为我国采用了以路表弯沉为设计指标，并同时采用层底弯拉应力为验算指标的多指标设计体系。

20世纪四五十年代曾出现过基于路表弯沉的路面设计法，如美国堪萨斯州和美国海军设计法，但是它们是单一指标设计方法，仅以路表弯沉为唯一的设计指标，用来确定路面的总厚度，其明显缺点就是弯沉指标与开裂和永久变形这些路面主要损坏之间没有直接关系。为此，我国的设计方法在弯沉设计指标之外补充了层底弯拉应力指标，用来控制沥青层和无机结合类基层(在我国称为半刚性基层)的层底开裂，由此形成了我国设计方法的特点，即以控制路面整体刚度和荷载作用下的开裂为主要目的，以路表弯沉和层底弯拉应力为指标的设计方法。

路表面在荷载作用下的回弹弯沉量，反映了路基路面结构的整体刚度。积而引起的，由此导致了材料强度和刚度的弱化及路表弯沉的增大，而路面最终出现的疲劳裂缝则是微裂缝从量变累积到质变的跃进。因此，路表弯沉在理论上与路面疲劳开裂之间存在着一定的内在关系，但是路表回弹弯沉与交通荷载作用次数之间的关系模型(设计方程)仍有赖于可靠数据的支持。

我国以沥青面层和无机结合类(半刚性)基层的层底弯拉应力作为验算指标，实际上起到了控制这两个层次厚度的作用，与一般而言的力学法中的层底弯拉应变指标作用相同。但是，我国并没有采用其他力学设计法中的另一个应变指标——基层顶面压应变。在传统的力学法设计体系中，土基顶面压应变不仅用来控制路面总厚度，而且还被赋予了另外一个假设，即每一次变形过程中的弹性应变与塑性应变成一定比例，因此可根据这一假设，借助土基顶面压应变来预测路面车辙(永久变形)，著名的AI和Shell设计法都采用了这种方法，我国的设计体系并没有引用这一指标及其塑性变形比例假设，也没有专门针对车辙损坏的设计指标、模型或是预测方法。3

设计内容及原则柔性路面的设计工作可分为结构设计与厚度计算两大部分。只有路面结构设计工作获得正确的成果，在此基础上进行厚度计算才是有意义的，所以路面结构设计的成败直接关系到路面设计工作的成败，它在路面设计工作中处于关键地位。在工程实践中，有很多具体实例都充分说明了这一点。

路面结构设计包括以下两种。

(1)各结构层设计：主要是结合当地具体条件和使用要求，选择结构层种类和组成材料。

(2)结构层的组合设计：根据就地取材和分期修建的原则，将不同类型的结构层组合成既能经受行车荷载和自然因素的反复作用，又能充分发挥各结构层的最大效能的经济合理的路基路面的结构体系。

在柔性路面结构设计工作中，应该遵循以下一些技术经济原则。

(1)因地制宜，注意特点，就地取材，因材施用。

路面结构设计必须在总的设计原则指导下，充分考虑各地的具体条件和某些特殊要求。同时还要注意吸取和应用当地路面设计的成功经验，对当地已行之有效的路面结构应尽量采用。由于在路面工程中，材料费用占有很大比例，一般都在60%～70%左右，因此应当最大限度地做到就地取材，尽量利用当地可能获得的一切天然材料、工业废料和加工材料，充分发挥当地材料的优势，做到因材施用。

(2)分期修建，逐步提高。

交通量是确定路面等级与路面类型的最重要因素，而交通量是随时间而逐步增长的。为了合理使用国家资金，一般应按近期使用要求进行路面设计，先满足近期需要为主。以后随着交通量的增长、车型的加重和投资的增多，逐步提高路面等级，增加路面厚度。但在建造时必须注意使前期工程能为后期工程奠定基础，在后期工程中得到充分利用。

(3)整体考虑，综合设计。

在路面结构设计时，对土基、垫层、底基层、基层和面层都应看作是一个有机整体。按照土基稳定、基层坚实、路面耐用的要求，充分发挥各个结构层的作用，合理选用路面材料，确定恰当的结构层厚度，使路面的设计既能在整体上满足强度和稳定性的要求，又做到经济、合理、耐久。

(4)方便施工，利于养护。

选择各结构层还应考虑机具设备和施工条件，在可能的条件下，应尽量采用机械化施工。此外，还应该考虑到建成通车后的养护工作。高级和次高级路面的养护工作量，要比中、低级路面少得多，等级较高公路要求平时养护工作量越少越好，以免影响大交通量的行驶，所以在做路面结构设计时，应考虑便于施工、利于养护，以保证长时间通车的需要。

(5)考虑气候因素和水温状况的影响。

路面结构设计要保证在自然因素和车轮荷载反复作用下，路面整体结构具有足够的水稳性、干稳性、冰冻稳定性和高温稳定性，因此对自然气候和水温状况可能对路面的影响要予以充分的重视。在水文地质不良的路段，要设法改善路段的干湿状况。铺筑沥青类路面的基层，在潮湿和中湿路段，应采取技术措施保证结构层的水稳性。在冰冻地区，也要采取措施保证路面结构层的冰冻稳定性。4