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【摘 要】沥青路面复合基层结构包括半刚性基层及柔性基层两部分。本文主要针对沥青路面复合基层之柔性基层进行研究，从而提高路面使用寿命。
【关键词】沥青路面复合基层；柔性基层；抗裂性分析；对路面车辙性能的影响
Research on flexible base of bituminous pavement compound layer
Cui Yao-peng
(Handan City Transportation Bureau Handan Hebei 056000)
【Abstract】Asphalt composite primary structure, including semi-rigid and flexible base in two parts. In this paper, asphalt pavement for the primary composite study of the flexible base, thereby enhancing the service life of pavement.
【Key words】Composite primary of asphalt pavement;Flexible base;Anti-crack analysis;Impact on rutting performance of pavement
由于半刚性基层自身特性，该基层类型路面裂缝无法完全消除，且该基层材料对行车荷载敏感性较强，难以适应目前重载交通日益增加的交通荷载状况，且直接以半刚性层加铺面层的沥青路面结构难以克服面层失稳性车辙带来的道路破坏。因此，基于对半刚性基层材料及结构状况的了解，为对其扬长避短，发挥其长处同时借鉴国内外在长寿命路面研究方面的进展，特引入沥青路面复合基层设计的概念。
沥青路面复合基层为设置于沥青路面结构垫层及沥青面层之间，以不同厚度及材料的刚性、半刚性基层和柔性基层相结合而成的路面基层类型。该基层起着承受和有效扩散沥青面层的行车荷载，改善沥青面层及下层土基（含垫层）水温状况的作用，在路面使用过程中自身破坏较少，且能减小上层沥青面层的破坏状况，提高路面使用寿命。
本研究中沥青路面复合基层结构包括半刚性基层及柔性基层两部分。半刚性基层以水泥粉煤灰稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎、水泥稳定碎石及石灰水泥粉煤灰稳定碎石等半刚性材料为主，所选半刚性材料自身具有较好的抗裂性能及力学性能，在能为路面结构提供较好的结构承载力，且费用相对较低，施工方便。柔性基层部分包括以级配碎石为主的无结合料粒料基层和以ATB、ATPB、LSAM为主的各类沥青稳定碎石基层，该基层结构不仅能缓解半刚性层开裂带来的面层破坏，为半刚性层提供较好的力学工作状况和水温条件，同时能在一定程度上缓和行车荷载对上层沥青面层的直接冲击，减小沥青层的车辙水平。复合基层结构不仅解决了沥青路面半刚性基层的反射裂缝、水损害及面层车辙问题，同时能提高沥青路面“面层——基层”接触状况，提高沥青路面结构整体性能。
鉴于半刚性基层结构自身收缩开裂无法避免，复合基层结构中设置柔性基层不仅能避免对面层反射裂缝的产生，更能提高基层自身稳定性，改善道路结构工作状况。复合基层主结构中，沥青碎石柔性层成为其必要型式。
1. 沥青碎石柔性层设置的原因
半刚性基层沥青路面具有强度高、平整度好等优点，然而通车运行后，半刚性基层沥青路面裂缝较严重的缺陷就日益暴露，不论是北方冰冻区还是南方非冰冻区都如此。裂缝在很大程度上影响了高等级路面功能的发挥。
设置ATB柔性层可以改善半刚性基层顶面的积水状况。沥青路面的水损害， 一方面是水侵入沥青面层内部后，在水和荷载的共同作用下使沥青与石料剥落；另一方面，自由水可能进入沥青面层，并滞留在面层与基层的交界面上。由于半刚性基层不透水且抗冲刷能力不足，当高速车辆通过，轮下的压力会将轮下结构层中的水压挤，而同时车轮驶离时又产生相当大的抽吸力，这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面的浆水唧出表面，造成对半刚性基层的冲刷，被掏空后形成坑槽。
虽然沥青稳定碎石具有较高的模量，而且在低温条件下，半刚性基层的裂缝尖端的集中应力仍会使其开裂进而引起沥青上面层的开裂，反射裂缝亦不能完全避免。但沥青稳定碎石柔性层沥青路面在防止反射裂缝方面仍具有以下优势：
1.1 沥青稳定碎石柔性层设置在面层与半刚性基层之间，能够吸收和削减半刚性基层尖端应力和应变，减少和延缓反射裂缝的发生。
1.2 沥青稳定碎石的隔离作用，大大改善了半刚性基层的温度、湿度状况，极大地减小了半刚性基层遭受的温度变化、温度梯度及湿度变化，从而从根本上大大消除和减轻了半刚性基层的温缩和干缩，减少了反射裂缝。
1.3 设置有沥青稳定碎石柔性层的沥青路面，相当于增加了沥青层的总厚度，抗裂总能力增加。
1.4 提高了与其下面的半刚性基层的摩擦力，增强了路面的抗裂性。
2. 沥青碎石柔性层抗裂性分析
沥青碎石主要抑止作用：采用具有一定厚度和严格级配要求的沥青碎石作为柔性层，而半刚性材料作为下卧基层，则这种上柔下刚式“组合结构层”一方面在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝，因此，这种结构既发挥了半刚性基层沥青路面高强度的优点，又在很大程度上克服了半刚性基层路面的缺点，具体表现在。
2.1 沥青碎石吸收和消减了半刚性基层裂缝尖端应力和应变，减少和延缓了反射裂缝的产生。国内外不少地区使用厚度为10～15cm的沥青碎石上基层，在防止和减少半刚性路面反射裂缝方面取得良好效果。
2.2 沥青碎石柔性层进一步改善了其下半刚性基层可能遭受的不利水温状况，大大减小了半刚性基层的温度、湿度变化及由此产生的温缩、干缩应力，在很大程度上消除了半刚性基层的固有裂缝。
3. ATB柔性层对路面车辙性能的影响分析
不同的路面结构组合和材料组成，车辙的产生和发展程度不同。对于半刚性基层，沥青路面的抗车辙能力主要取决于沥青混合料的高温变形性能。在半刚性基层路面中，沥青面层的车辙量大概占路面总车辙的90%以上。半刚性基层可以认为没有粘性变形，半刚性基层路面车辙主要产生于沥青混凝土路面；而对于柔性基层，沥青路面的抗车辙性能不但与沥青混合料密切相关而且还与整个柔性基层的抗变形能力有很大关系。基层的沥青混合料具有粘弹性特性，高温时在荷载的重复作用下，会产生不可恢复的粘性变形，路面基层和面层均可能导致柔性路面的车辙产生。通常认为，在相同的条件下柔性基层与半刚性基层相比产生车辙的概率大些。
沥青路面的车辙来源于路基、基层和面层的永久变形。永久应变同荷载、材料特性之间的统计关系如下式：
εp1= εe2(c+mlgN)ba （4.1）
εp2 = εe2 aNb （4.2）
式中：εp1 、εp2 ——路基、基层的永久变形；
εe1、εe2 ——路基、基层的回弹应变；
c、 m——路基材料特性参数；
a、 b——基层材料特性参数；
N——标准荷载重复作用次数。
随着施工技术的提高及施工质量管理的完善，路基含水量及压实度得到了有效的控制。加之半刚性基层沥青路面的广泛应用，使得由路基基层产生的永久变形占路面永久变形及车辙的比例越来越小，而沥青面层永久变形的比例越来越高。大量的试验路观测及理论分析表明，以半刚性材料为基层的路面，面层的车辙占总车辙的90%以上；如果在旧路上修铺路面，则面层的车辙占98%以上。
很显然，沥青层厚度是影响车辙的重要因素。但究竟如何影响，国内外有一些不同的看法。一种看法认为，厚度越大，车辙越严重。也有人认为，在我国目前的沥青层厚度情况下，厚度大的车辙不一定严重，厚度过薄可能变形更大。
交通部公路所通过加速加载试验(ALF)，分别针对15cm，9cm，6cm，4.5cm四种不同厚度的沥青面层进行试验，得出以下主要结论：
3.1 沥青面层的厚度不同，车辙产生和发展规律也不同，沥青面层越厚，车辙发展越快。
3.2 轴载不同，相同沥青面层厚度的车辙在加载初期基本相同，到加载后期，大轴载比小轴载产生的车辙要大。
3.3 各段车辙发展陡呈阶梯状，说明沥青面层在荷载作用下，其变形处在加速－稳定－加速的过程，随着加载次数的增加，其稳定阶段越短。
然而，根据壳牌沥青设计手册提出的车辙预估公式△h=Cm hSm,η可以看出，一般来说，车辙量与沥青层厚度h成正比。但是车辙量△h并不简单地随沥青层厚度h增加而增加，因为△h是h的函数，且随h的增加而减小。
因此，车辙与厚度的关系，在其他条件不变时，在大于某一临界厚度时，是增函数，在低于此临界厚度时，是减函数。此临界厚度与路面结构、材料组成有关，一般在15cm～25cm 之间。
［文章编号］1006-7619（2011）02-28-137
【关键词】沥青路面复合基层；柔性基层；抗裂性分析；对路面车辙性能的影响
Research on flexible base of bituminous pavement compound layer
Cui Yao-peng
(Handan City Transportation Bureau Handan Hebei 056000)
【Abstract】Asphalt composite primary structure, including semi-rigid and flexible base in two parts. In this paper, asphalt pavement for the primary composite study of the flexible base, thereby enhancing the service life of pavement.
【Key words】Composite primary of asphalt pavement;Flexible base;Anti-crack analysis;Impact on rutting performance of pavement
由于半刚性基层自身特性，该基层类型路面裂缝无法完全消除，且该基层材料对行车荷载敏感性较强，难以适应目前重载交通日益增加的交通荷载状况，且直接以半刚性层加铺面层的沥青路面结构难以克服面层失稳性车辙带来的道路破坏。因此，基于对半刚性基层材料及结构状况的了解，为对其扬长避短，发挥其长处同时借鉴国内外在长寿命路面研究方面的进展，特引入沥青路面复合基层设计的概念。
沥青路面复合基层为设置于沥青路面结构垫层及沥青面层之间，以不同厚度及材料的刚性、半刚性基层和柔性基层相结合而成的路面基层类型。该基层起着承受和有效扩散沥青面层的行车荷载，改善沥青面层及下层土基（含垫层）水温状况的作用，在路面使用过程中自身破坏较少，且能减小上层沥青面层的破坏状况，提高路面使用寿命。
本研究中沥青路面复合基层结构包括半刚性基层及柔性基层两部分。半刚性基层以水泥粉煤灰稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎、水泥稳定碎石及石灰水泥粉煤灰稳定碎石等半刚性材料为主，所选半刚性材料自身具有较好的抗裂性能及力学性能，在能为路面结构提供较好的结构承载力，且费用相对较低，施工方便。柔性基层部分包括以级配碎石为主的无结合料粒料基层和以ATB、ATPB、LSAM为主的各类沥青稳定碎石基层，该基层结构不仅能缓解半刚性层开裂带来的面层破坏，为半刚性层提供较好的力学工作状况和水温条件，同时能在一定程度上缓和行车荷载对上层沥青面层的直接冲击，减小沥青层的车辙水平。复合基层结构不仅解决了沥青路面半刚性基层的反射裂缝、水损害及面层车辙问题，同时能提高沥青路面“面层——基层”接触状况，提高沥青路面结构整体性能。
鉴于半刚性基层结构自身收缩开裂无法避免，复合基层结构中设置柔性基层不仅能避免对面层反射裂缝的产生，更能提高基层自身稳定性，改善道路结构工作状况。复合基层主结构中，沥青碎石柔性层成为其必要型式。
1. 沥青碎石柔性层设置的原因
半刚性基层沥青路面具有强度高、平整度好等优点，然而通车运行后，半刚性基层沥青路面裂缝较严重的缺陷就日益暴露，不论是北方冰冻区还是南方非冰冻区都如此。裂缝在很大程度上影响了高等级路面功能的发挥。
设置ATB柔性层可以改善半刚性基层顶面的积水状况。沥青路面的水损害， 一方面是水侵入沥青面层内部后，在水和荷载的共同作用下使沥青与石料剥落；另一方面，自由水可能进入沥青面层，并滞留在面层与基层的交界面上。由于半刚性基层不透水且抗冲刷能力不足，当高速车辆通过，轮下的压力会将轮下结构层中的水压挤，而同时车轮驶离时又产生相当大的抽吸力，这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面的浆水唧出表面，造成对半刚性基层的冲刷，被掏空后形成坑槽。
虽然沥青稳定碎石具有较高的模量，而且在低温条件下，半刚性基层的裂缝尖端的集中应力仍会使其开裂进而引起沥青上面层的开裂，反射裂缝亦不能完全避免。但沥青稳定碎石柔性层沥青路面在防止反射裂缝方面仍具有以下优势：
1.1 沥青稳定碎石柔性层设置在面层与半刚性基层之间，能够吸收和削减半刚性基层尖端应力和应变，减少和延缓反射裂缝的发生。
1.2 沥青稳定碎石的隔离作用，大大改善了半刚性基层的温度、湿度状况，极大地减小了半刚性基层遭受的温度变化、温度梯度及湿度变化，从而从根本上大大消除和减轻了半刚性基层的温缩和干缩，减少了反射裂缝。
1.3 设置有沥青稳定碎石柔性层的沥青路面，相当于增加了沥青层的总厚度，抗裂总能力增加。
1.4 提高了与其下面的半刚性基层的摩擦力，增强了路面的抗裂性。
2. 沥青碎石柔性层抗裂性分析
沥青碎石主要抑止作用：采用具有一定厚度和严格级配要求的沥青碎石作为柔性层，而半刚性材料作为下卧基层，则这种上柔下刚式“组合结构层”一方面在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝，因此，这种结构既发挥了半刚性基层沥青路面高强度的优点，又在很大程度上克服了半刚性基层路面的缺点，具体表现在。
2.1 沥青碎石吸收和消减了半刚性基层裂缝尖端应力和应变，减少和延缓了反射裂缝的产生。国内外不少地区使用厚度为10～15cm的沥青碎石上基层，在防止和减少半刚性路面反射裂缝方面取得良好效果。
2.2 沥青碎石柔性层进一步改善了其下半刚性基层可能遭受的不利水温状况，大大减小了半刚性基层的温度、湿度变化及由此产生的温缩、干缩应力，在很大程度上消除了半刚性基层的固有裂缝。
3. ATB柔性层对路面车辙性能的影响分析
不同的路面结构组合和材料组成，车辙的产生和发展程度不同。对于半刚性基层，沥青路面的抗车辙能力主要取决于沥青混合料的高温变形性能。在半刚性基层路面中，沥青面层的车辙量大概占路面总车辙的90%以上。半刚性基层可以认为没有粘性变形，半刚性基层路面车辙主要产生于沥青混凝土路面；而对于柔性基层，沥青路面的抗车辙性能不但与沥青混合料密切相关而且还与整个柔性基层的抗变形能力有很大关系。基层的沥青混合料具有粘弹性特性，高温时在荷载的重复作用下，会产生不可恢复的粘性变形，路面基层和面层均可能导致柔性路面的车辙产生。通常认为，在相同的条件下柔性基层与半刚性基层相比产生车辙的概率大些。
沥青路面的车辙来源于路基、基层和面层的永久变形。永久应变同荷载、材料特性之间的统计关系如下式：
εp1= εe2(c+mlgN)ba （4.1）
εp2 = εe2 aNb （4.2）
式中：εp1 、εp2 ——路基、基层的永久变形；
εe1、εe2 ——路基、基层的回弹应变；
c、 m——路基材料特性参数；
a、 b——基层材料特性参数；
N——标准荷载重复作用次数。
随着施工技术的提高及施工质量管理的完善，路基含水量及压实度得到了有效的控制。加之半刚性基层沥青路面的广泛应用，使得由路基基层产生的永久变形占路面永久变形及车辙的比例越来越小，而沥青面层永久变形的比例越来越高。大量的试验路观测及理论分析表明，以半刚性材料为基层的路面，面层的车辙占总车辙的90%以上；如果在旧路上修铺路面，则面层的车辙占98%以上。
很显然，沥青层厚度是影响车辙的重要因素。但究竟如何影响，国内外有一些不同的看法。一种看法认为，厚度越大，车辙越严重。也有人认为，在我国目前的沥青层厚度情况下，厚度大的车辙不一定严重，厚度过薄可能变形更大。
交通部公路所通过加速加载试验(ALF)，分别针对15cm，9cm，6cm，4.5cm四种不同厚度的沥青面层进行试验，得出以下主要结论：
3.1 沥青面层的厚度不同，车辙产生和发展规律也不同，沥青面层越厚，车辙发展越快。
3.2 轴载不同，相同沥青面层厚度的车辙在加载初期基本相同，到加载后期，大轴载比小轴载产生的车辙要大。
3.3 各段车辙发展陡呈阶梯状，说明沥青面层在荷载作用下，其变形处在加速－稳定－加速的过程，随着加载次数的增加，其稳定阶段越短。
然而，根据壳牌沥青设计手册提出的车辙预估公式△h=Cm hSm,η可以看出，一般来说，车辙量与沥青层厚度h成正比。但是车辙量△h并不简单地随沥青层厚度h增加而增加，因为△h是h的函数，且随h的增加而减小。
因此，车辙与厚度的关系，在其他条件不变时，在大于某一临界厚度时，是增函数，在低于此临界厚度时，是减函数。此临界厚度与路面结构、材料组成有关，一般在15cm～25cm 之间。
［文章编号］1006-7619（2011）02-28-137