柔性基层路面在西藏地区的应用分析

次仁吉宗

（西藏自治区交通勘察设计研究院，西藏 拉萨 850001）

调查结果表明西藏地区现役沥青路面的结构形式主要为半刚性基层[1-4]，也有多条老路如318国道等曾经使用手摆片石作为路面基层或底基层[5]。前者采用水泥稳定级配碎石（或为水泥稳定级配砂砾）作为基层，承载能力高，刚度大，后者温湿稳定性好，但随着西藏地区交通状况的发展变化，在路面结构上是否有更为合理的结构值得思考。本文将针对西藏地区的交通状况、气候状况和路面结构与使用状况做具体的分析，评估柔性基层路面在西藏部分地区的适用性。

1 西藏地区交通状况

西藏地区面积大，各地区经济发展水平及战略地位也不尽相同。由于政治、经济和社会发展水平存在差异，导致各地交通量和荷载条件存在较大差异。有些地区交通量很小，荷载也不突出，重载车也不多；有些地区交通量可能不大，但是重载车较多（如部队的军车、战车、物资运输车辆等），这些车辆的通行具有特点，那就是通行时间相对集中，对路面造成的破坏往往是非常严重的，而且是一次性的。如表1所示，不同公路交通量差别较大，但总体上都属于轻型交通。

表1 西藏地区部分公路交通量调查结果

2 西藏地区气候状况

2.1 施工工序

西藏自治区位于青藏高原西南部，全区面积122.84万m2，约占全国总面积的1/8。西藏地区受喜马拉雅山脉、昆仑山脉和唐古拉山脉的影响，地形地貌与气候条件复杂多样。大体上可以分为四大区域：

a）藏北高原地带，即夹于昆仑山脉、唐古拉山脉和冈底斯-念青唐古拉山脉之间的广阔地域；b）藏东高山峡谷地带，由藏东南横断山脉和三江流域构成，这一区域山势陡峭，海拔差异大，气候变化非常显著；c）沿雅鲁藏布江及其支流流经的藏南河谷谷地，此区域海拔较高，一般在3 500 m左右；d）喜马拉雅山地，平均海拔6 000 m左右，由几条东西走向的山脉构成，该地带西部地区气候干燥寒冷，东部气候温和多雨。

西藏地区气候独特多变，总体上具有西北严寒、东南温暖湿润的特点。以温度和降雨量为主要指标，可将西藏地区划分为以下9种不同的气候区，分别为：北羌塘高原亚寒带干旱气候区；南羌塘高原亚寒带半干旱气候区；藏东北高原亚温带湿润气候区；阿里南部高原温带干旱气候区；喜马拉雅山脉北麓高原温带半干旱气候区；雅鲁藏布江流域高原温带半湿润半干旱气候区；三江高原温暖半湿润气候区；波密、林芝高原温暖湿润气候区和藏东南亚热带山地湿润气候区。如此复杂的地形地貌和气候状况为公路线形设计和路面结构形式选择提出了严峻的考验。

3 西藏地区主要路面病害

3.1 常用路面结构

当前，西藏地区公路路面结构一般按经验法进行设计，结构型式较为单一，路面结构基本设计为3层：底基层为15～30 cm的天然砂砾（也有的为手摆片石）、基层基本固定采用20 cm的水泥稳定砂砾（碎石）基层、面层为4～5 cm的沥青混凝土或沥青碎石混凝土。表1、表2为西藏自治区有代表性的一些工程项目的路面结构型式。从表2、表3可以看出，西藏地区公路路面结构相对单一，多为沥青路面，面层厚度多为4～5 cm AC，基层几乎都是采用20 cm的水泥稳定砂砾，底基层采用15～30 cm天然砂砾或手摆片石。从路面结构型式上没有体现出地区差异，显然在最初路面结构设计时，没有考虑各地区气候条件、交通荷载条件、地形地貌、路基土质等因素的差异。

表2 中尼公路路面结构形式

表3 其他几段公路路面结构形式

3.2 主要路面病害

通过对西藏地区几条典型公路路面使用路况的调查，发现西藏地区公路路面主要存在以下问题：

a）西藏地区沥青路面破损严重，特别是结构性开裂占了相当大的比重，纵裂和龟裂损坏明显。以泽错路和川藏公路米拉山段为例，其交通量本身并不大，可以判断基层和路基质量较差，面层整体结构强度低是导致病害出现的主要原因。而西藏地区仍有多条老路如318国道等曾经使用手摆片石作为路面基层或底基层，调查结果表明该基层形式不仅承载能力随着使用寿命越来越好，而且能够有效解决冻胀问题和路面排水问题，具有非常多的优点。

b）西藏地区公路路面的功能性损坏主要表现为表层开裂和松散，其中低温开裂（青藏公路唐古拉山段调查路段出现了大量有规律的横向裂缝）是西藏高原地区沥青路面最主要的损坏形式；除此之外，水损坏（如坑槽和松散）也是主要病害之一（唐古拉山段和泽错路），这可能与季节性冻土区路基土中的水分长期侵蚀沥青面层有关。

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c）路面原材料品质差，个别关键性能指标不合格，也是导致路面早期损坏的重要原因之一。几乎所有路段的细集料全部采用天然砂砾，部分路段（如川藏公路米拉山段）面层粗集料使用了未破碎的卵石或砾石，这些材料的使用对混合料的路用性能会产生致命的伤害。

d）沥青混合料级配的不合理性也是造成路面破坏的原因之一，主要表现为级配随意性大、级配结构不合理。

4 柔性基层路面在西藏地区的应用分析

4.1 柔性基层的优势

柔性基层通常包括沥青稳定碎石、沥青混凝土和级配碎（砾）石。相对于板体性强、易温缩、干缩开裂的半刚性基层，柔性基层存在以下优点[6-7]：

a）柔性基层由于其强大的变形适应能力，不仅能够对下卧层不均匀沉降变形或冻胀进行调节，而且柔性基层能够削减下卧层裂缝的尖端应力和应变，进而减少和延缓反射裂缝的产生。

b）柔性基层特别是级配碎砾石基层具有非常好的温度调节和排水功能，在潮湿多雨地区能够有效改善公路路基水温状况。

c）将级配碎石基层设置于半刚性基层上层能够发挥级配碎石层的隔温性能和排水性能，进而调节半刚性基层内的温度和湿度状况，使得半刚性基层的温缩干缩应力保持在较低水平内，延长路面寿命。

4.2 柔性基层路面的主要破坏模式

柔性基层其缺点在于承载能力较低，因此一般柔性基层路面主要承载层位于面层，破坏也一般由面层开始，向下部扩展和延伸。最常见的病害即由反复剪切应力作用导致的车辙变形，一般出现的深度位于表面以下5～10 cm。

对于重载及超载工况，剪应力在柔性基层沥青路面中的影响深度更深，可以达到表层以下15 cm。

4.3 西藏交通气候状况对路面结构的要求

通过第2节和第3节的分析可以看出西藏地区总体交通荷载量为轻交通，路面设计应主要考虑环境条件的影响。严寒地区需要重点解决冻胀问题，湿暖地区需要重点解决路面排水问题。两者均可通过设置一定厚度的级配碎石柔性基层予以解决。对于部分交通量较大或者轴重超限的路段，可以通过设置上柔下刚的路面结构，发挥半刚性基层的承载能力，在提高路面结构承载能力的同时发挥柔性基层的应力吸收能力以延缓反射裂缝的出现时间。

综上，高寒地区半刚性基层沥青路面常见的冻胀波浪现象和反射裂缝问题均可以通过设置柔性基层予以改善，这也能够解释调查结果中手摆片石基层沥青路面的路用性能一般较好的现象。

5 结语

本文调查和分析了西藏地区的交通状况、气候状况、路面结构使用状况和病害情况，指出西藏地区主要交通量为轻型交通，气候总体上可以分为西北严寒区和东南温暖湿润区。也指出现有半刚性基层沥青路面出现较多结构病害。在此基础上评价了级配碎石柔性基层路面结构在西藏地区的适用性，建议在西藏地区进一步推广柔性基层路面结构。