半刚性基层沥青路面设计的探讨

1、72 跨世纪2009年3月第17卷第3期Cross Century,March 2009,Vol 17,No.3半刚性基层沥青路面设计的探讨姚向阳李红辉(东阳市交通设计所,浙江,东阳,322100【摘要】分析了半刚性基层材料应用和研究现状,对国内路面结构设计指标提出了不同看法,针对日前反射裂缝仍是半刚性基层沥青路面早期破坏的现状提出了长寿命道路罩面层在结构抗反射裂缝设计中的重要作用和具体研究内容的建议。【关键词】 半刚性基层;沥青路面;反射裂缝;对策【中图号】U416.02【文献标示码】A 【文章编号】1005-1074(200903-007201我国高速公路大多采用半刚性基层沥青路面的结构形

2、式,这 种结构成为我国使用最多、经验最丰富、研究最广泛的路面结构。 然而截止目前,半刚基层沥青路面结构在我国的使用情况仍不尽 理想,大多数的半刚基层沥青路面结构在使用早期就出现了各种 各样的破坏形式,其中裂缝特别是反射裂缝成为最主要的早期破 坏形式。严重降低了路面的使用性能,缩短了路面的使用寿命,由 此造成的经济损失是难以计量的。为了使半刚性基层材料更好 地服务于我国的公路建设事业,如何解决上述问题成为摆在公路 科技工作者面前的一道难题。1目前半刚性基层设计中存在的问题1.1路面结构设计指标依据半刚性基层材料在使用过程中的 疲劳损坏特性和半刚性基层沥青路面结构设计理论,在较薄沥青 面层的情况下

3、,半刚性基层沥青路面结构设计受控于基层底部的 疲劳开裂。在以基层层底拉应力控制的路面结构设计方法下,基 层材料发生的结构性破坏,最终也将导致包括沥青材料层在内的 整个路面结构的破坏,由此增大了路面后期维修、养护工作的难 度,特别是中断交通、开挖基层并重新铺筑路面结构,不仅在经济 上负担较重,而且在社会上负面影响也较大。1.2材料设计方法对于半刚性基层材料,仅有强度、模量、劈 裂强度等简单的几个力学指标,忽视了诸如抗冲刷、抗裂、耐久性 等性能,难以设计出综合路用性能最佳的材料。强度指标的范围 对于承载力、弯沉等指标来说是合适的,但对于抗裂、抗冲刷、抗 疲劳性能而言是否同样适宜值得怀疑。级配范围过

4、于宽泛,实际 施工过程中难以掌握。级配在实际施工过程中面对原材料规格 的不稳定,过程中产生的离析应如何调整也缺乏明确的指标。 2材料组成设计2.1沥青面层类型选择除承载能力外,半刚性路面的行驶质 量或使用性能主要取决于沥青面层,要求沥青面层裂缝小,车辙 轻,平整,抗滑性能好和经久耐用,这一切都应根据各种沥青混合 料的特性来选择合适的面层结构表面层应考虑有良好的抗滑性 能,可根据情况设计抗滑表层,在冰冻地区,不宜采用空隙率较大 的开级配结合料,以避免表面水在隙中反复冻融造成有害后果. 而宜采用隙率小于6%的中粒式沥青砼作为表面层,而为了增加 沥青面层的抗车辙能力,中面层和底面层采用粗粒式沥青砼。

5、 2.2基层材料的选择 目前我国一些公路和城市道路的路面质 量不好,甚至过早产生破坏,与习惯上不重视基层和底基层材料 的组成设计有关。半刚性材料主要包括用石灰、水泥、石灰粉煤 灰(一灰稳定的各种细、粗、中集料。这些被稳定后的集料具有 足够的强度和刚度,而且其强度和刚度也都随龄期增长,具有足 够的抗裂能力。另外,在抗疲劳性能方面,二灰稳定类优于水泥 稳定类,而碎石灰土的抗疲劳性能最差。2.3石灰和二灰稳定料类石灰粉煤灰可以用来稳定各种粒料 和土,是一种可以用于基层和底基层的良好的混合料。石灰和二 灰稳定材料的质量在很大程度上取决于被稳定的材料。从以前 的研究报告中,我们可以得出:当灰土稳定料类中

6、的集料含量在 60%左右,二灰结合料类的集料含量在75%左右时,其耐湿性均 最佳,抗裂性能最好,但这只是一种试验性的结果.各地的集料组 合不同.性质各异,所以集料的最佳组成应有一个统一的规定。 2.4水泥稳定料类水泥稳定料类的组成原则是密实的最大干 密度的集料,以水泥胶结并填充其部分空隙而成,因此集料应具 有一定的级配。稳定粒料所需的水泥剂量取决于碎石中所含的 数量和质量以及最终压实密度,其水泥最佳用量可直接通过试验 确定,有研究报告表明:当水泥含量为56%时,抗温缩和抗干缩 的性能最好,水泥稳定料的水泥含量一般为46%为宜,并视各 地气候情况而定。水泥处理基层同其它水泥处理材料一样,都必 须

7、经过养生,其竣工产品的强度一部分也取决于这一施工工序。 3对策3.1降低半刚性材料层底拉应力水平为使维修工作仅限于表 面层,必须对基层材料的应力水平做更高的要求,即基层层底拉 应力应保持在较低的水平上。为了降低半刚性材料层底拉应力 水平,从结构设计角度考虑有如下几个途径:全厚式沥青路面, 仅对土基较软弱处使用无机结合料处治材料;下放半刚性材料 至底基层,使用柔性基层;复合式结构,如过渡层结构.也称“隔 断层”结构。采用级配碎石层作为上基层,半刚性材料作为下基 层;采用“倒装结构”,即降低半刚性基层材料的模量至较低的 水平,同时提高底基层和土基模量以达到不降低承载力的情况下 减小基层层底拉应力水

8、平。 .3.2提高半刚性材料的抗拉性能为使半刚性材料能适应较大 拉应力,具有优良的耐久性能和抗疲劳性能,应研究提高半刚性 基层材料的力学、抗裂、抗冲刷、抗疲劳、耐久性等性能的措施,建 立基于综合路用性能的半刚性基层材料多指标、多因素设计体系 及相应的合理技术标准。应深入研究骨架密实级配及相应的评 价方法,从实践当中找出有价值的、不易离析、结构良好的级配。 在较薄沥青面层的情况下,以半刚性基层层底拉应力为控制 指标,则半刚性材料先于沥青面层材料达到疲劳寿命,为避免早 期破坏和开挖破坏性的维修,把养护工作仅限于道路表层,就必 须在结构设计上设法降低半刚性基层层底拉应力水平,同时研究 长寿命、高耐久性的半刚性材料。我国目前对路面罩面和维