公路半刚性基层材料结构理论、多指标控制设计方法及工程应用ppt课件

1、2021 年 04 月09日 基层基层路基路基面层面层基层是公路路面的主要承重层,基层的运用寿命决议着整个公路路面的运用寿命。大背景:公路建立快速开展。 减少路面早期损坏，延伸路面运用寿命。供车辆平安、平稳行驶主要起承重作用+拌合、摊铺水泥 或石灰砂石资料或工业废渣 半刚性基层压实、养生 半刚性基层在我国运用极广，占到基层用量的85%各级公路基层至95%高速公路基层以上。 图1 各级公路基层类型 图2 高速公路基层类型沥青路面早期损坏成因的“内忧外患超载问题?施工质量问题?路面构造设计方法问题? 路面构造类型半刚性基层沥青路面 设计实际体系目的与方法抗裂性缺乏导致面层反射裂痕冲刷才干缺乏导致面

2、层唧浆、松散强度缺乏导致面层疲劳破坏半刚性基层在具有显著技术、经济优势的同时，存在以下突出问题。半刚性基层的“问题强度高且容易开裂半刚性基层容易发生水损坏半刚性基层的耐久性需求考证 半刚性基层何去何从?半刚性基层强度高抗裂性好抗冲刷性能强 国外对半刚性基层的开裂与冲刷损坏主要是经过添加面层厚度和控制面层的渗水来防止和减少，效果有限，本钱较高。 国内曾采取过在基层中经过设置应力吸收层、铺设土工布、预锯缝以及封层等方式减少基层本身收缩开裂和冲刷景象以及对面层的影响，效果不明显，且易引起新的破坏景象。长安大学自“八五开场至今，近二十年长期对半刚性基层的抗裂性、强度构成机理以及综合性能改善等方面开展了

3、大量研讨和实际，发现：半刚性基层性能改善的经济、有效途径在于改良资料的组成设计。研讨内容研讨内容实际根据实验手段设计方法工程运用实际根据强度问题半刚性基层的可设计强度值域很宽:0.512MPa半刚性基层资料的强度不仅靠结合料的剂量,更应要靠良好的集料级配.在一定条件下可以做到高强又不开裂.高强度半刚性资料应该是构造设计的要求的结果,而且应该是有界限的.土土 类类级配良好的级配良好的砾石砾石- -砂砂- -粘粘土，砂或砾土，砂或砾石石粉质砂，粉质砂，砂质粘土砂质粘土粉质粉质- -砂质砂质粘土，级粘土，级配差的砂配差的砂粉土，粉质粉土，粉质粘土，级配粘土，级配很差的砂很差的砂重粘重粘土土7d7d无

4、侧限抗压强度无侧限抗压强度MPaMPa2.82.810.510.51.71.73.53.50.70.71.71.70.350.351.051.050.70.7弯拉模量弯拉模量103MPa103MPa7 721217 73.53.57 73.53.51.41.4水泥剂量干土重水泥剂量干土重% %557 79 910101313水泥稳定土的无侧限抗压强度和弯拉模量水泥稳定土的无侧限抗压强度和弯拉模量 收缩开裂问题温度或枯燥收缩是资料的“天性。及时的保湿养生可以防止枯燥收缩裂痕。控制细料含量可以显著减小温度收缩开裂能够。1.52.53.54.55.56.50481216202428323640444

5、8时间（h）含水量（%）水泥碎石 XM 4%水泥碎石 XM 5%水泥碎石 XM 6%05010015020025030035040004812162024283236404448时间（h）干缩应变（）水泥碎石 XM 4%水泥碎石 XM 5%水泥碎石 XM 6%干缩系数0100200300400500600700-25-15-551525354555温度（）温缩应变（）水泥碎石 GK 6%水泥碎石 GK 8%水泥碎石 GK 10%46810121416-25-5153555温度（）温缩系数（/）水泥碎石 GK 6%水泥碎石 GK 8%水泥碎石 GK 10%01002003004005006007

6、00800-25-15-551525354555温度（）温缩应变（）二灰碎石 XM 4：11：85二灰碎石 XM 9：16：75二灰碎石 GM 4：11：8505101520-25-5153555温度（）温缩系数（/）二灰碎石 XM 4：11：85二灰碎石 XM 9：16：75二灰碎石 GM 4：11：85温缩系数成分成分收缩系数收缩系数10-610-6水泥石水泥石10102020集料集料花岗岩花岗岩7 79 9玄武岩玄武岩6 68 8石灰石石灰石6 6白云石白云石7 71010砂砂 岩岩11111212水泥石和集料的收缩系数水泥石和集料的收缩系数 冲刷问题半刚性基层外表的非严密结合的细料在动

7、水压力泵吸作用下的脱离是构成冲刷的主要缘由。不产生或减小冲刷途径： 减少细料含量 添加结合强度 消减动水压力冲刷实验结果水泥土(6%)05010015020025030051015 202530时间(分钟)冲刷量(克)0.5MPa10HZ0.5MPa15HZ0.5MPa20HZ0.5MPa25HZ水泥砂砾(6%)0510152025303540455 10 15 20 25 30时间(分钟)冲刷量(克)0.5MPa10HZ0.5MPa15HZ0.5MPa20HZ0.5MPa25HZ图4-18 水泥砂砾6%、水泥土6%在一样作用力一样时间不同频率下冲刷曲线水泥土(6%)0501001502005

8、10 15 20 25 30时间(分钟)差刷量(克)0.3MPa10HZ0.5MPa10HZ0.7MPa10HZ水泥砂砾(6%)01020304050510 15 20 25 30时间(分钟)冲刷量(克)0.3MPa10HZ0.5MPa10HZ0.7MPa10HZ图4-20 水泥砂砾6%、水泥土6%在一样作用频率、一样作用时间不同作用力下冲刷曲线冲刷实验疲劳问题半刚性基层资料是一应力敏感性资料： 疲劳曲线较为平缓 超载对半刚性基层的寿命影响要更大于沥青面层 同样应力比条件下，半刚性基层比普通沥青面层具有更长的疲劳寿命。 半刚性基层的长寿命 路面基层普通要求应具有足够的强度和稳定性；在冰冻地域应

9、具有一定的抗冻性；应具有较小的收缩温缩及干缩变形；较强的抗冲刷才干。资料组成设计目的资料组成设计新方法多目的： 适宜强度 较小收缩 较小冲刷 资料组成设计新理念思索构造： 构造决议性能 实验手段振动压实倡导室内振动压实成型目的- 顺应多粒料资料的压实坚持设计级配符合现场压实形状减小实验结果偏向振动压路机构造振动压路机构造表示图1手动葫芦 2机架 3导向柱 4上车系统 5偏心块 6减振块 7下车系统 8压头 9钢模套环 10钢模 11钢模底盘 12传动轴 13电动机 14变频器 室内振动压实成型设备表示图室内振动压实机构造振动法、静压法含水量变化情况对比 反映了振动压实功与静力压实功的一致性振动

10、法、静压法集料破碎情况对比静 压法振 动法振动法确定压实规范实验方法一、目的和适用范围本实验方法适用于在室内对水泥、石灰、石灰粉煤灰稳定粒料土基层资料进展振动压实实验，以确定这些资料的含水量干密度关系曲线，确定其最正确含水量和最大干密度。实验集料的最大粒径应控制在31.5mm以内，最大不得超越37.5mm。二、仪器设备三、试料预备四、实验步骤 五、计算及制图振动法成型试件实验方法一、目的和适用范围 本实验方法适用于采用振动压实方法成型无机结合料稳定粒料的各种试件，其中包括用于测试无侧限抗压强度、间接抗拉强度和抗压回弹模量的圆柱体试件和用于温缩系数、干缩系数、抗折强度以及抗折回弹模量测试的梁式试

11、件。二、仪器设备三、试料预备四、试件制造步骤五、本卷须知及相关阐明 1温度补偿片 2温度补偿应变片 3屏蔽线 4接线柱 5应变仪 6测试应变片 7试件 收缩系数测试接线表示 半刚性基层资料收缩方法 1计算机 2接口线 3接线柱 4应变仪 5屏蔽线 6环境箱 7试件 8应变片 收缩系数测试系统温缩系数测定实验温缩系数测定方法一、目的和适用范围 水泥、石灰等无机结合料稳定细粒土或粒料所构成的半刚性基层资料的温度收缩性能通常用温度收缩系数表征。资料的温度收缩系数是指下降单位温度条件下，资料产生的收缩应变量。本实验方法适用于在室内测定半刚性基层资料的温度收缩系数。二、仪器设备三、试料预备四、成型规范确

12、定五、试件制备六、试件养生七、实验步骤八、计算各详细温度区间的温度收缩系数 一、目的和适用范围 水泥、石灰等无机结合料稳定细粒土或粒料所构成的半刚性基层资料的枯燥收缩性能通常用枯燥收缩系数表征。资料的枯燥收缩系数是指减少单位含水量条件下，资料产生的枯燥应变量。本实验方法适用于在室内测定半刚性基层资料的枯燥收缩系数。 二、仪器设备三、试料预备四、成型规范确定五、试件制备六、试件养生七、实验步骤八、计算某一详细含水量区间的枯燥收缩系数：干缩系数测定方法基层冲刷实验现有设备情况1钢桶 2试件 3水 4配重 5振动台顶面 6振动台 法国振动台实验安装 澳大利亚振动台实验安装 1旋转刷 2试件法国旋转刷

13、实验安装 1钢桶 2水 3混凝土垫块 4试件 5振动台顶面 6振动台利用MTS进展冲刷实验压头向下运动压头向上运动113109875211643121415180O0O132132354O室内冲刷实验机 1机架 2皮带 3固定偏心块 4活动偏心块 5 配重箱 6冲刷头 7冲刷桶 8导向柱 9电机 10框架 11分动齿轮 12配重块 13水 14试件 15钢夹道路冲刷实验机表示图激振力调理原理表示图1活动偏心块 2销孔 3固定偏心块抗冲刷性能实验方法一、 目的和运用范围本实验方法适用于水泥稳定类、石灰稳定类、二灰稳定类等基层资料进展抗冲刷实验。本实验方法包括：按照室内击实实验所确定的最大干密度和

14、最正确含水量，采用静力压实或振动成型法制备试件，试件为圆柱体，高度与直径之比为1 1。二、仪器设备三、试件外形、尺寸四、试料预备五、压实规范确实定六、试件制备七、试件养生八、实验步骤九、实验结果处置资料种类养生龄期水泥稳定类28天二灰稳定类90天设计方法 设计方法构造类型选择控制目的、规范选择法实验法路面基层类型资料组成水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类、 水泥混凝土类、沥青稳定类、 无结合料粒料类；力学行为半刚性、柔性、刚性；构造组成骨架密实构造、骨架孔隙构造、 悬浮密实构造、均匀密实构造。11CCCmVVFFFmV)1 (2V1 V2 V1 V2 V1 V2 提出了构造类型划分的物理概念和检验规

15、范。 提出半刚性基层资料四种构造类型： 均匀密实构造 悬浮密实构造 骨架密实构造 骨架孔隙构造均匀密实构造 悬浮密实构造 骨架密实构造 骨架孔隙构造 不同构造类型半刚性基层资料不同构造类型半刚性基层资料粗集料压密后的孔隙体积细集料和结合料压密后的总体积各构造类型基层的特点悬浮密实型混合料中的粗集料用量普通在50左右，细集料含量较多，抗弯拉性能较好，适用于各等级公路的基层和底基层。骨架密实型混合料中的粗集料用量普通在75以上，细集料含量较少，压实混合料的嵌挤强度较高，抗裂性、抗冲刷性较好，宜用于高速公路和一级公路的基层。骨架孔隙构外型混合料与骨架密实型混合料相比具有较高的孔隙率，适用于有较高路面

16、内部排水要求的基层。均匀密实型混合料建筑费用较低，可用作二级及二级以下公路路面的基层或底基层，不能用作高速公路和一级公路的基层。水泥稳定碎石基层资料体积参数测定结果实验工程单位以9.5mm划分以4.75划分以2.36划分粗集料空隙体积cm3409.05724.31760.36细集料部分(含水泥、水)体积cm31981.851345.68990.00混合料构造类型悬浮悬浮悬浮粗集料骨架实验级配粗集料实验级配表 筛孔孔径 mm31.526.5 19.016.013.29.54.75延续级配a10088675847300b10087645243260c10085594837220多级嵌挤d10085

17、352015100e1009578271370f1008872645550单级级配g1000h1000i1000ByxAWyx水泥、细料浆粗料x 混合料中水泥的用量gy 混合料中细料的用量g W粗料装满规范容器后粗料的质量g 水泥、细集料 水泥、细集料的最大干密度g/ cm3 A 混合料中预定水泥计量% B 经过实验确定出的粗集料空隙体积cm3骨架密实水泥稳定碎石组成计算构造类型的选择选择构造类型骨架孔隙构造骨架密实构造悬浮密实构造车辆组成道路等级、面层类型气候条件路用性能检验确定混合料配比能否满足要求引荐运用否是交通量混合料设计方法 半刚性基层资料混合料组成设计方法分两种，即选择法和实验法。

18、 选择法 选择法适用于常见的水泥稳定碎石、二灰稳定碎石资料。对于这些资料，当其集料级配得到改善，或混合料构造类型由悬浮密实型向骨架密实型改动后，其路用性能也会随之改善，当其强度满足规范要求后其他性能也能满足相应要求。 实验法 实际中会因资料和施工设备等条件的变化提出超出常规的新的资料级配组成；并且，随着半刚性基层资料的开展，在各地的实际中采用了许多外加成分和新资料，如在混合料中参与各种填加剂、纤维、早强剂以及当地的工业废渣等。这些资料运用阅历很少，仅从7天的抗压强度目的难以评判这些新资料的其他路用性能，对于它们需求进展充分的室内实验论证其可用性。 选择法水泥稳定碎石悬浮密实构造水泥稳定碎石级配

19、范围筛孔尺寸(mm)31.526.519.016.09.54.752.361.180.60.30.150.075上限100100998877493527181372下限100948873572917126420骨架密实构造水泥稳定碎石级配范围筛孔尺寸(mm)31.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗集料上限10091706150333下限10082564534190细集料上限10010010090592552下限10090755030800骨架孔隙构造水泥稳定碎石级配范围筛孔尺寸(mm)31.526.519.016.013.29.54.752.361.180.60.30.150.075粗集料上限10091706150335下限10082564534190细集料上限100100100100844052下限100908575601500 骨架密实型水泥稳定类集料级配骨架密实型水泥稳定类集料级配 JTG D50-2006JTG D50-2006层位经过以下方筛孔mm的质量百分率%31.519.09.504.752.360.60.075基层100688638582232162881503悬浮密实型水泥稳定类集料级配悬浮密实型水泥稳定类集料级