半刚性基层沥青路面结构施工阶段探究

1、半刚性基层沥青路面结构施工阶段探究    半刚性基层沥青路面是中国高速公路的主要结构形式。近10 多年来， 已建成半刚性基层沥青路面高速公路3 000 多公里。在大量的公路建设实践中人们积累了丰富的经验， 但由于路面工程的复杂性和多变性在工程实践中也出现一些问题， 如早期损坏等。在高速公路工程中， 半刚性基层沥青路面的结构形式相差很大。在已建的路面结构中， 沥青面层厚度薄者（如广佛、京石高速公路） 厚9 cm （4 cm 中粒式+ 5 cm 粗粒式） , 厚者（如京津唐高速公路） 达23cm （5 cm 中粒式+ 6 cm 粗粒式+ 12 cm 沥青碎石

2、） ;在底基层相同的情况下， 半刚性基层的厚度也存在相当大的差距。面层和基层材料的选择和组配上同样各不相同。从理论分析看， 弹性层状体系理论计算的弯沉值、沥青面层疲劳寿命结果与工程实践中得出的数据严重不符。这都表明人们对半刚性基层沥青路面的结构性能认识上不够成熟， 有必要做进一步的测试和分析。为了探求半刚性基层沥青路面在汽车轮载作用下内部的力学行为、路面的损坏机理和损坏类型， 在上海浦东新区新建道路罗山路延长线上铺设了两段长为200 m 的试验路段， 分别位于施工标段的九标（K6+ 700 900） （第一试验段） 和六标（K4+ 330 510） （第二试验段）。与原设计方案相比， 针对上海

3、地区的气候多雨， 地下水位高的特点， 试验路将原设计路面结构基层三渣一部分改用水稳定性更好的水泥稳定碎石和透水性良好的级配碎石替代。 1路面结构的弯沉测试和分析 1.1原位弯沉测试 罗山路延长线土基稠度W c= 0119, 土基平均含水量3419% , 路基处于过湿状态。经翻晒、碾压后，测试土路基的回弹模量平均值为19122M Pa, 最大值为26100M Pa, 最小值为7100M Pa。因此采用水泥含量215%、石灰含量410% 的水泥石灰稳定综合土进行处理。 综合土路基弯沉都随龄期增长而减小， 3 14 d减幅减大， 而14 d 后减幅不明显， 施工结束30 d 以后， 代表弯沉变化不大

4、， 整体刚度趋于稳定。第一试验段综合土7 8 个星期龄期平均弯沉为0183mm , 标准差0136, 代表弯沉ld= 1155 mm。第二试验段60 d 的平均弯沉为112 mm , 代表弯沉2122mm , 标准差0151。第二试验段的综合稳定土顶面回弹弯沉大于第一试验段。 第一试验段综合土龄期为56 63 d 时， 在级配碎石层共测试弯沉40 点， 级配碎石顶面弯沉平均值l-= 1112 mm , 标准差R= 0129, ld= 1169 mm。 第一试验段的二灰碎石龄期为17 d, 测试40点， 弯沉平均值l-= 01156mm , ld= 01209mm。水泥稳定碎石16 d 龄期时，

5、 弯沉测试36 点， 顶面弯沉平均值为01093 mm , ld= 01143 mm , 弯沉变异系数为2714à 。 第一试验段沥青混凝土面层共测试弯沉40 点，弯沉平均值为01061 mm , ld = 01089 2 mm , 第二试验段测点也是40 个， 平均弯沉值为01027 mm , ld=01049 mm。 1.2路面结构弯沉分析 根据半刚性基层路面结构的弯沉基本理论， 路表弯沉越小表明路面结构的整体刚度越大， 路面的整体强度也就越好。通常当结构层一层一层加到路面体系上后， 路表弯沉会逐渐降低， 整个路面的刚度随之越来越大， 因此， 可以用路表弯沉的降低幅度来表征该结构

6、层的作用， 即如果某一层结构铺筑以后，整个路段弯沉相对变化值（用Ai+ 1表示， 暂定为结构层弯沉变化率） 下降越大， 则可认为新的结构层对整个路面的承载力贡献也越大。 由第一和第二两个试验段每个测点各结构层顶面实测弯沉按公式（1） 计算得到的弯沉变化率A值的变化范围。各试验段A值统计结果如表3、4所示。可以看到， 除级配碎石外， 第一、第二试验段的沥青混凝土、二灰碎石和水泥稳定碎石层的A变异系数不大， 两段试验路二灰碎石的A值变异系数都在10à 以下， 最大的水泥稳定碎石也只有29à 。因此， 可以用弯沉变化率A值来表征各结构层对路面结构体系的贡献情况。级配碎石施工过程变

7、异性较大， 造成其A值的变异系数达到71à 。 从以上测试结果和计算图表中可以看出， 第一、二试验段由于路面结构不同， 各结构层在路面体系中的弯沉变化率是不同的。第一试验段的路面结构中， 级配碎石弯沉变化率A为- 3613% , 降低了路面整体刚度。两段试验路表现出相同的规律： 半刚性基层对路面结构体系整体强度的贡献量是非常显著的， 在本试验路测得结果分别为77% 和80%。值得注意的是， 16 cm 沥青混凝土面层在各自路面结构中的弯沉变化率分别为7411% 和70% , 对路面整体强度的影响同样明显。 2路面结构的回弹模量测试和分析 2.1原位承载板测试 同现场弯沉测试相同， 在

8、试验段施工期间对各路面结构逐层采用承载板测量每一层顶面当量回弹模量， 测试时间与弯沉测试同步。 两个试验段各结构层同种材料顶面当量回弹模量的平均值相差不大， 基本上同一水平， 但两个试验段的数据标准差相差较大， 第一试验段实测的数据变异性大于第二试验段。 2.2承载力分析 路面结构体系一般从路基到面层结构层的模量逐渐增大， 因此各种结构层顶面当量回弹模量呈增大趋势。和弯沉贡献量的概念相同， 也可以采用新加铺层对整个路段顶面回弹模量的提高量（B） 来衡量铺设层对路面结构承载力的贡献大小。 第一试验段， 15 cm 级配碎石加铺到水泥综合稳定土上以后， 路段的当量回弹模量平均值下降1219% ,

9、30 cm 二灰碎石和15 cm 沥青混凝土铺设以后， 当量回弹模量的平均值分别上升了25811%、31014%。与弯沉指标类似， 二灰碎石层和沥青混凝土层相对承载力贡献量相差不多。 第二试验段在相继铺筑了二灰碎石、水泥稳定碎石和沥青混凝土以后， 其路段的当量回弹模量的平均值分别在原有的基础上增加了14319%、2213%、204165%。根据室内材料试验， 测得半刚性基层二灰碎石模量与水泥碎石的模量比较接近， 增加水泥碎石层不会明显提高路面结构的当量回弹模量。 3路面结构应变状态测试和分析 路面结构层的底面应变是半刚性路面设计理论中的重要参数。为验证弹性层状体系理论在柔性路面结构应用的适用性

10、， 前人已做了大量的现场路面应变测试和分析 1, 2 。本次测试主要目的是通过测试加铺某一结构层前后下层底面应变状态的变化， 表征该结构层在整个路面体系中的功能和作用。野外现场试验分别在第一试验段和第二试验段四个断面埋设应变片， 考虑到测试时外在因素对测试结果的干扰， 传输线采用双芯的屏蔽线， 应变片的布置采用（中间E 为应变花， 两边的为单个应变片）。 加载采用后轴用作反力架， 直径为30 cm 的承载板进行加载， 同时测量检测点路面的弯沉和模量。 加载时注意汽车轮胎不能靠近补偿片， 以免补偿片产生荷载应力， 造成人为误差。接线采用半桥法， 应变测量采用YJ 2X2 静态数字应变仪进行读数。

11、在进行读数之前， 稳定30 s。 从2000 年8 月8 日先后对六标和九标的试验路段上的应变片进行了数次静力加载测试， 路面结构每加铺一层， 测试一次。限于篇幅， 只给出一小部分测试数据。 两试验段的二灰碎石底面拉应变， 但施加荷载的层位不同。第一试验段两次测试荷载相同，加载的层位不同， 二者相差6 cm 厚的沥青混凝土层。从测得的拉应变看， 铺设6 cm 沥青混凝土没有有效地改善二灰碎石层底的应变状态。第二试验段的两次测试加载层位相隔整个沥青面层（16cm ） 和水泥稳定碎石层（20 cm ） , 测得的二灰碎石层底应变状态明显发生变化， 多数测点的应变由正值变为负值， 表明二灰碎石层底应

12、力状态由受拉状态变为受压状态。从以上分析可以认为， 对于厚35 40 cm 半刚性基层， 当沥青面层厚6 cm 时基层底面附近存在拉应力， 而当沥青面层厚度在16 cm 以上时， 基层底面已经基本处于受压状态， 而没有拉应变。 根据测得数据， 可以看到， 二灰碎石层和水泥稳定碎石底面的实测应变相差不大， 随着承载板施加荷载加大， 二者底面应变值由负值向正值变化的趋势， 说明随着荷载增加， 在承载板接地压力达015M Pa 时两种半刚性结构层的底面应变由压应变转化为拉应变。即在不同荷载级位的作用下， 柔性路面的半刚性基层材料层底的受力状态是不同的。但沥青面层则没有表现出上述规律， 在整个试验过程中沥青下面层底部一直处于受压状态。 4结语 （1） 通过测试路面弯沉变化率A可以表明， 相同的结构层在不同的路面体系对路面整体刚度的贡献量是不同的。在半刚性基层沥青路面的整体结构性能中沥青面层的作用和基层同样重要。由于承载板试验在半刚性路面应用的限制， 用当量回弹模量变化率B表征路面承载力的变化不理想。 （2） 在不同荷载级位的作用下， 柔性路面的半刚性基层材料层底的受力状态是不同的。 （3） 对于厚35 40 cm 半刚性基层， 当沥