CN103215875B - 一种基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面，其特征在于包括沥青面层，抗疲劳层以及级配碎石基层和水泥稳定碎石底基层，所述沥青面层包括表面层，中面层及下面层，所述表面层位于所述沥青路面的上表面，所述中面层铺设于所述表面层下方，所述下面层铺设于所述中面层下方，所述表面层，中间层及下面层之间喷洒黏层油，所述抗疲劳层铺设于所述下面层下方，抗疲劳层和下面层之间喷洒黏层油，所述基层铺设于所述抗疲劳层下方，基层和抗疲劳层之间喷洒透层油，所述底基层铺设于所述基层下方，所述底基层铺设于地面的路基之上。

Description

一种基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面

技术领域

本发明涉及一种公路沥青路面结构，特别涉及一种适用于不均匀沉降的抗疲劳沥青公路路面。

背景技术

为了满足路面的长期使用要求，抗疲劳沥青路面结构在全世界范围内得到推广。美国地沥青协会认为全厚式沥青路面以及将高强沥青混凝土铺筑在级配碎石上可以增加路面的疲劳寿命，并将路面可能的破坏限制在沥青路面的表层中。现在普遍认为，连续配筋混凝土加沥青混凝土是永久性沥青路面的典型结构。

20世纪80年代以来，我国公路事业的发展极为迅速。在我国的公路尤其是高速公路建设中，对路基的要求也在不断提高。路基应该保证密实、均匀、稳定，但由于地质条件、气候水文条件和施工技术等因素的不确定性，路基在公路设计使用寿命内很有可能发生沉降（包括均匀沉降和不均匀沉降）。不均匀沉降在路面结构中产生的附加应力和较高的交通荷载的共同作用，容易造成裂缝、沉陷、翻浆等严重的路面结构破坏。

我国的路面设计规范（例如《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006））大多只考虑交通荷载的影响，对路基不均匀沉降的影响考虑较少。关于基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面结构的研究还不多见。

发明内容

本发明是针对上述现有技术领域存在的缺失，提供了一种适用于不均匀沉降地区的抗疲劳沥青路面典型结构，以解决抗疲劳沥青路面的路基出现不均匀沉降时路面结构破坏的问题，达到在设计使用寿命内不发生结构破坏的目的。

本发明提供如下技术方案：

一种基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面，其特征在于包括沥青面层，抗疲劳，基层和底基层，所述沥青面层包括表面层，中面层及下面层，所述表面层位于所述沥青路面的上表面，所述中面层铺设于所述表面层下方，所述下面层铺设于所述中面层下方，所述表面层，中间层及下面层之间喷洒黏层油，所述抗疲劳层铺设于所述下面层下方，抗疲劳层和下面层之间喷洒黏层油，所述基层铺设于所述抗疲劳层下方，基层和抗疲劳层之间喷洒透层油，所述底基层铺设于所述基层下方，所述底基层铺设于地面的路基之上，所述表面层采用SMA-13层，所述中面层采用Superpave-20层，所述下面层采用Superpave-25层，所述抗疲劳层采用Superpave-12.5层，基层采用级配碎石层，底基层采用水泥稳定碎石层，所述水泥稳定碎石层中的碎石的最大粒径不大于31.5mm，并采用骨架密实结构，水泥采用标号为42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，要求初凝时间大于3h，终凝时间大于6h，水泥用量为4%～4.5%。

进一步地，所述沥青面层的表面层为4cm的SMA-13，其中SMA-13为沥青玛蹄脂碎石混合料，最大公称粒径为13mm，间断级配；所述沥青面层的中面层采用6cm的Superpave-20材料，最大公称粒径为20mm；所述沥青面层的下面层为8cm的Superpave-25材料，最大公称粒径为25mm。

进一步地，面层和基层之间的抗疲劳层，采用4～6cm的沥青混合料，为Superpave-12.5材料，最大公称粒径为12.5mm，控制沥青含量为最佳含量+0.2%。

进一步地，所述基层采用20cm厚的级配碎石，所述底基层为20～30cm厚的水泥稳定碎石，其中水泥稳定碎石的弹性模量控制在1500MPa～2000MPa之间。

进一步地，所述底基层的水泥稳定碎石层的碎石级配为：尺寸为31.5mm的方孔筛，碎石通过率为100%，尺寸为19mm的方孔筛，碎石通过率为80.7%，尺寸为9.5mm的方孔筛，碎石通过率为52.6%，尺寸为4.75mm的方孔筛，碎石通过率为30.2%，尺寸为2.36mm的方孔筛，碎石通过率为19.6%，尺寸为0.6mm的方孔筛，碎石通过率为11.4%，尺寸为0.075mm的方孔筛，碎石通过率为2.8%。

本发明的有益效果是：本发明是一种适用于易发生不均匀沉降地区（例如软土地区）的路面结构，高模量水泥稳定碎石层可以有效缓解不均匀沉降对路面造成的附加应力的影响，减少路面裂缝的发生。硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥可以保证稳定效果，采用强度等级较高的水泥可适当提高该层的强度和模量，骨架密实结构的选用使得该层具有更好的力学性能。级配碎石层可以起到很好的应力吸收的作用，进一步减少沥青路面的反射裂缝。Superpave-12.5柔性抗疲劳层具有一定的抗剪性能，并且进一步减少和抑制面层反射裂缝的发生。本发明的沥青面层设计，在保证路面平整、稳定、耐磨、抗滑的前提下，减少行车荷载对路面基层和路基的影响。

附图说明

以下将结合附图1对本发明所述的基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面进行详细说明。

图1为一种基于不均匀沉降的沥青路面典型结构；

图2为本发明水泥稳定碎石层的骨架密实结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述。

本发明采用较厚的沥青面层，减轻行车荷载对路基的作用，缓解不均匀沉降。本发明中的路面结构，所述沥青面层的表面层为4cm的SMA-13，其中SMA-13为沥青玛蹄脂碎石混合料，最大公称粒径为13mm，间断级配，该层耐久、稳定、密实、平整，并且可以满足繁重交通和高温稳定性的要求；所述沥青面层的中面层主要起联接作用，采用6cm的Superpave-20，Superpave-20是Superior Performing Asphalt Pavement的缩写，高性能沥青路面，最大公称粒径为20mm；所述沥青面层的下面层为8cm的Superpave-25，最大公称粒径为25mm。Superpave在设计沥青路面时，充分考虑服务期内温度对路面的影响，要求路面在最高设计温度时能满足高温性能要求，不产生过量车辙；在路面最低温度时，能满足低温性能要求，避免或减少低温开裂；在常温范围内控制疲劳开裂。

所述面层下方为抗疲劳层，采用4～6cm的沥青混合料，为Superpave-12.5，其为高性能沥青路面材料，最大公称粒径为12.5mm，该层采用上述厚度及最大公称粒径使得该层为柔性基层，弹性模量小。控制沥青含量为最佳含量+0.2%，使得该层具有较高的抗剪强度和优良的抗疲劳性，能够有效抑制和减少沥青路面反射裂缝的产生。

所述抗疲劳层下方的基层采用厚度20cm的级配碎石，所述基层下方的底基层为厚度20～30cm的水泥稳定碎石，其中水泥稳定碎石应具有较高抗压弹性模量，其弹性模量控制在1500MPa～2000MPa。采用上述尺寸和弹性模量的级配碎石和水泥稳定碎石结合使用使得该结构可以发挥柔性级配碎石的协调变形、吸收应力的能力，而级配碎石层下面的高模量水泥稳定碎石则有缓解不均匀沉降的能力。底基层水泥稳定碎石弹性模量的适当提高，可以起到均化地基差异的作用，在一定程度上减少不均匀沉降。但是水泥稳定碎石基层的弹性模量也不宜过高，否则易造成面层应力负担过重。

如本发明附图1所示，本发明的沥青路面一共铺设六层。分别是SMA-13层、Superpave-20层、Superpave-25层、Superpave-12.5抗疲劳层、级配碎石层和高模量水泥稳定碎石层。其中沥青面层包括SMA-13层、Superpave-20层、Superpave-25层，层间喷洒黏层油，以加强层间连接。抗疲劳层采用Superpave-12.5层，抗疲劳层和下面层之间喷洒黏层油，基层采用级配碎石层，基层和抗疲劳层之间喷洒透层油，底基层采用高模量水泥稳定碎石层。

在铺设本发明的沥青路面时，首先铺设底基层水泥稳定碎石层，铺设前应保证下承层的密实、均匀和表面平整。现行《公路路面基层施工技术规范》中对于半刚性基层材料应用于高等级路面只要求混合料7天浸水抗压强度，而对弹性模量无具体要求。在本发明中，通过水泥稳定碎石层的级配、水泥用量和混合料的骨架结构类型等因素的控制使得该层有较高的弹性模量，较高的刚度、强度和整体性，扩散荷载的能力得到提高，可以均化路基的不均匀变形。所述水泥稳定碎石层采用如下方法制备：

1 骨架类型和碎石级配

首先为防止大粒径的混合料发生离析现象，本发明保证碎石的最大粒径不大于31.5mm，并尽量减少针片状石屑的含量；其次，既能发挥水泥的稳定作用，又要使碎石可以充分压实。该层采用骨架密实结构，该骨架密实结构既有一定数量的粗集料形成骨架结构，又有细集料填充到粗集料之间的空隙中去。比其他结构更能减小半刚性基层的收缩量，增加其抗裂系数，提高抗冲刷性能，具有更好的力学性能。

本发明中水泥稳定碎石采用如附图2所示的骨架密实结构，随着混合料中粗集料含量的增加，粗集料在混合料结构中的骨架嵌挤结构增强，抗压强度和抗压回弹模量增加。另外，细集料含量对水泥稳定碎石材料也有很大的影响，如细集料含量越高，材料的抗离析性能、易压缩性能等越好，但是细料偏多会造成面层应力负担过重。综合考虑，本发明中水泥稳定碎石层的碎石级配如下：

水泥稳定碎石层采用上述的碎石级配，使得本发明的水泥稳定碎石层的抗压强度、抗压回弹模量、抗离析性能以及易压缩性能实现彼此平衡，使路基的不均匀变形得到均化，大大提高路面的使用寿命。

2 水泥类型与型号

水泥选用满足国家标准的标号为42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，要求初凝时间大于3h，终凝时间大于6h，以满足施工要求。水泥与碎石的比例对材料的结构特性有很大的影响。《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）中规定水泥用量应为3%～6%，过多的水泥用量容易造成基层产生干缩和温缩裂缝，继而是面层产生反射裂缝。通过测定7天无侧限饱水抗压强度，考虑到在合理范围内提高水泥稳定碎石基层的弹性模量，本发明选用水泥用量为4%～4.5%。

3 含水量

水泥稳定碎石中的含水量对材料结构的形成有着很大的作用，最佳含水量的确定对于控制结构的均匀性、离析性以及结合料与集料间的联接等整体结构特性有着很大的影响。本发明中的水泥稳定碎石材料根据击实试验得到最大含水量。

 本发明的基层采用的级配碎石层是非线性的，其弹性模量随着应力水平而变化。由于底基层的刚度较大，级配碎石易于获得较高的密实度，同时较高刚度的底基层有利于级配碎石非线性的充分发挥，达到应力吸收，减小路基不均匀沉降的目的。

 Superpave-12.5属于柔性基层，保证稍微富油，能够有效抑制和减少沥青路面反射裂缝的产生。

表、中、下面层的沥青用量均须通过计算获得，保证其为最佳沥青用量。表面层保证抗滑、耐磨、不透水、密实、稳定性和耐久性良好。中面层保证基本不透水，高温稳定性好，密实。下面层保证高温稳定性好、密实、基本不透水，抗水损害能力强。层间喷洒黏层油，以加强层间连接。

由上述技术方案可见，本发明的路面结构，具有如下特征：一般认为，在不均匀沉降地区，随着基层模量的增大，路面各结构层应力都线性增大。所以在路面结构设计中应该减小基层模量，优先采用柔性基层。但在本发明中，要求水泥稳定碎石基层的弹性模量较大，以起到均化不均匀沉降的目的，和以往常用的路面结构有所区别。

Claims (5)

1.一种基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面，其特征在于包括沥青面层，抗疲劳层，基层和底基层，所述沥青面层包括表面层，中面层及下面层，所述表面层位于所述沥青路面的上表面，所述中面层铺设于所述表面层下方，所述下面层铺设于所述中面层下方，所述表面层，中间层及下面层之间喷洒黏层油，所述抗疲劳层铺设于所述下面层下方，抗疲劳层和下面层之间喷洒黏层油，所述基层铺设于所述抗疲劳层下方，基层和抗疲劳层之间喷洒透层油，所述底基层铺设于所述基层下方，所述底基层铺设于地面的路基之上，所述表面层采用SMA-13层，所述中面层采用Superpave-20层，所述下面层采用Superpave-25层，所述抗疲劳层采用Superpave-12.5层，基层采用级配碎石层，底基层采用水泥稳定碎石层，所述水泥稳定碎石层中的碎石的最大粒径不大于31.5mm，并采用骨架密实结构，水泥采用标号为42.5的硅酸盐水泥或标号为42.5的普通硅酸盐水泥，要求初凝时间大于3h，终凝时间大于6h，水泥用量为4%～4.5%。

2.如权利要求1所述的基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面，其特征在于所述沥青面层的表面层为4cm的SMA-13，其中SMA-13为沥青玛蹄脂碎石混合料，最大公称粒径为13mm，间断级配；所述沥青面层的中面层采用6cm的Superpave-20材料，最大公称粒径为20mm；所述沥青面层的下面层为8cm的Superpave-25材料，最大公称粒径为25mm。

3.如权利要求1所述的基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面，其特征在于基层和面层之间的抗疲劳层，采用4～6cm的沥青混合料，为Superpave-12.5材料，最大公称粒径为12.5mm，控制沥青含量为最佳含量+0.2%。

4.如权利要求1所述的基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面，其特征在于所述基层采用20cm厚的级配碎石，所述底基层为20～30cm厚的水泥稳定碎石，其中水泥稳定碎石的弹性模量控制在1500MPa～2000MPa之间。

5.如权利要求1所述的基于不均匀沉降的抗疲劳沥青路面，其特征在于所述底基层的水泥稳定碎石层的碎石级配为：尺寸为31.5mm的方孔筛，碎石通过率为100%，尺寸为19mm的方孔筛，碎石通过率为80.7%，尺寸为9.5mm的方孔筛，碎石通过率为52.6%，尺寸为4.75mm的方孔筛，碎石通过率为30.2%，尺寸为2.36mm的方孔筛，碎石通过率为19.6%，尺寸为0.6mm的方孔筛，碎石通过率为11.4%，尺寸为0.075mm的方孔筛，碎石通过率为2.8%。