CN107740323B - 一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构及施工方法，属于道路工程领域。本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构新路的级配碎石层中铺设有骨架，骨架用于约束骨料。本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的施工方法指出了半刚性基层与级配碎石层的施工原则。该半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构在扩宽路面的级配碎石层添加特定结构的骨架，有效改善了级配碎石层的力学性能，从而减少了扩建高速公路服役时反射裂缝等破坏，该半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的施工方法给出了施工原则，保证工后路面能达到设计要求。

Description

一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构及施工方法

技术领域

本发明属于道路工程领域，更具体地说，涉及一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构及施工方法。

背景技术

随着经济的不断发展，人们的物质生活水平越来越高，自驾汽车越来越多，为了满***通量增长的需要，对已有高速公路的拓宽改建十分必要。在国家土地资源相对缺乏的情况下，相对于改建公路来说，加宽旧路路基具有可充分利用原有路基，缩短建设周期，且少占建设用地的优点，因此，在改扩建工程中，对部分路况较好路段通常进行简单病害处理后，保留原结构使用。在扩建工程中，路面拼接是高速公路扩建的重点和难点，也是高速公路扩建成败的关键所在，传统的路面拼接方法都是采用与老路相同的路面结构，没有考虑老路结构内部排水问题和新老路的变形协调问题。由于新铺半刚性材料非常致密，阻断了老路水向外渗透的渠道，渗入结构内部的水难以排出，在行车荷载或冻融的反复作用下路面结构很快出现开裂、唧浆、松散和坑槽等病害，特别是接缝处更容易出现开裂、唧浆病害，给行车安全带来严重影响。另外，由于老路半刚性基层模量已经大量衰减，与新路半刚性基层模量差别很大，如果采用相同结构势必会造成弯沉和沉降不均匀，接缝处开裂及由此引起的一系列衍生病害不可避免。

我国是从80年代中期开始建设以高速公路为代表的高等级公路的，其中有刚性路面和半刚性路面。在己建成的高速公路中，95％是以半刚性材料为基层，沥青混凝土为面层的路面(简称半刚性路面)。半刚性基层具有较高的强度与承载力、良好的整体稳定性和耐久性，为实现“强基薄面”的结构提供了可靠保证。针对半刚性路面，经检索，中国专利申请号为：201710323179.8，公开日为：2017年7月11日的专利文献，公开了一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构及施工方法，加宽半刚性路面时，拓宽路面采用级配碎石层与半刚性基层形成的半柔性复合结构，与原老路半刚性上基层对应的扩建拼接路面结构上基层采用透水级配碎石结构层，与原老路半刚性下基层与底基层对应的扩建拼接路面结构层采用抗裂半刚性材料层，半刚性基层拼接处台阶顶面设置钢筋网片，增强新老半刚性材料层的整体性和抗拉、抗剪效果，提高了新老路面拼接结构的整体承载能力；半刚半柔性复合扩建拼接结构，并结合层间采用高差设置，确保老路结构内部及接缝处横向排水问题，有效避免老路面结构内部积水及结构性水损害。该半刚性半柔性高速公路扩建路面结构实质上是在拓宽路面的半刚性基层和沥青面层之间加了一层级配碎石层，级配碎石结构层虽较好的解决了老路结构内部排水问题，但级配碎石也有自己的缺点，特别在力学性能方面，例如，它在抗剪、抗弯拉以及抗疲劳等方面的表现较差。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有级配碎石层作为高速公路扩建路面的半刚性基层和沥青面层的中间层时，抗剪、抗弯拉以及抗疲劳等力学性能差的问题，本发明提供一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构及施工方法，该半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构在扩宽路面的级配碎石层添加特定结构的骨架，有效改善了级配碎石层的力学性能，从而减少了扩建高速公路服役时反射裂缝等破坏，该半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的施工方法给出了施工原则，保证工后路面能达到设计要求。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种半刚性半柔性高速公路，从上至下包括沥青表面层、沥青中面层、沥青下面层、级配碎石层、橡胶沥青应力吸收层、下半刚性材料基层和底半刚性材料基层，所述的级配碎石层中铺设骨架，骨架用于约束骨料。

一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，包括半刚性老路和老路侧面的扩建新路，所述老路从上至下包括上沥青面层、中沥青面层、下沥青面层、半刚性材料上基层、半刚性材料下基层、半刚性材料底基层，从上到下，所述新路与老路对应的结构层依次为沥青表面层、沥青中面层、沥青下面层、级配碎石层、下半刚性材料基层和底半刚性材料基层，所述的级配碎石层中铺设骨架，骨架用于约束骨料。

进一步优选地，还包括橡胶沥青应力吸收层，所述的橡胶沥青应力吸收层设置在级配碎石层与下半刚性材料基层之间，与半刚性材料上基层对应。

进一步优选地，所述的骨架包括支架和抓网，所述的抓网为网兜，所述的抓网固定在支架上，相邻的抓网开口方向相反。

进一步优选地，级配碎石层的级配范围以通过筛孔的质量百分数计：

26.5mm，100％；19mm，85～95％；9.5mm，50～70％；4.75mm，35～55％；1.18mm，15～35％；0.6mm，10～25％；0.075mm，2～10％。

进一步优选地，所述的网兜为球面的一部分，在支架上单列设置。

进一步优选地，所述的网兜为1/3～2/5球面，球面半径为4.5～8cm；网兜孔的形状为平行四边形，所述的平行四边形对角线长度为3.5～7mm。

进一步优选地，新路与老路的拼接处设置有拼接台阶。

进一步优选地，所述的老路拼接台阶上设有嵌接槽。

一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的施工方法，在老路上铣刨出拼接台阶，依次铺设新路的各个结构层，半刚性基层与级配碎石层施工时遵守以下原则：

A.半刚性基层与级配碎石层之间铺设一层橡胶沥青应力吸收层；

B.级配碎石层分多次摊铺、整型、碾压，每次铺设5～10cm；

C.级配碎石层的层底标高比对应老路结构层的层底标高低，级配碎石层与对应老路结构层的接触面与新路水平面的夹角小于90°。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明半刚性半柔性高速公路与半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的级配碎石层与下半刚性材料基层之间铺设一层橡胶沥青应力吸收层，可有效避免碾压级配碎石层时，碎石骨料嵌入半刚性基层的微小裂缝中，加大加深裂缝破坏现象的发生；级配碎石层中铺设用于约束骨料的骨架，使级配碎石层的强度不再仅来源于集料颗粒间的摩擦作用、嵌锁作用和粘结作用，骨架还分担一部分载荷，并且骨架对集料有约束作用，总是把发生位移的集料拉回原处，防止受力超过集料间的作用力时结构遭到破坏；

(2)本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的骨架的抓网为网兜，能够更好的与集料颗粒融合，构成密不可分的整体，不会对集料本身的嵌锁作用造成破坏，相邻的抓网开口方向相反，能够阻止颗粒之间产生滑动和位移，防止碎石层发生永久变形；

(3)本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的网兜成球形，形状过渡圆润缓慢，减少应力集中，防止受力时骨架发生断裂而破坏，延长其服役时间，另外，单列设置，可以减少掺入骨架对级配碎石层密实度的影响；

(4)本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的网兜设计成半径为4.5～8cm的1/3～2/5球面，网孔为平行四边形，平行四边形对角线长度为3.5～7mm时，不但起到加筋作用，对集料约束作用也较好，不易遭到破坏；

(5)本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的拼接处设置拼接台阶，以及拼接台阶上设置嵌接槽，可增强新路与老路的整体性，防止通车时受到载荷作用，新路与老路接缝处开裂；

(6)本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的施工方法给出了级配碎石层的施工原则，级配碎石层采用分批多次铺设，有利于保证整个结构层密实度的一致性，改善碎石层的性能，级配碎石层的层底标高低于对应老路结构层的层底标高，有利于老路结构层中的水通过碎石层排出，接触面与新路水平面夹角小于90°，增加了接触面积，提高水分排出效率。

附图说明

图1为本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的结构示意图；

图2为本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的骨架的立体结构示意图；

图3为本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的骨架的主视结构示意图；

图4为本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的骨架的俯视结构示意图；

图5为本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的骨架的左视结构示意图；

图6为本发明半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构级配碎石层与老路对应结构层接触面的结构示意图。

图中：1、上沥青面层；2、中沥青面层；3、下沥青面层；4、半刚性材料上基层；5、半刚性材料下基层；6、半刚性材料底基层；7、沥青表面层；8、沥青中面层；9、沥青下面层；10、级配碎石层；11、橡胶沥青应力吸收层；12、下半刚性材料基层；13、底半刚性材料基层；14、嵌接槽；15、骨架；151、支架；152、抓网。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

随着我国交通运输业的发展，早期修建的高速公路逐步面临着扩建的问题，其中多数为半刚性路面，为改善老路结构内排水问题和新老路的变形协调问题，新路扩建时，可在拓宽路面的半刚性基层和沥青面层之间加一层级配碎石层，碎石层的排水性能良好，且吸收和削减了半刚性基层裂缝尖端应力和应变，减少和延缓了反射裂缝的产生。

但级配碎石集料是由各种大小不同的粒级集料组成的混合料，集料中没有水泥，石灰或沥青等胶结料，常被称为无结合料或者非胶结料。其强度的形成和抗变形能力主要与集料颗粒间的摩擦作用、嵌锁作用和粘结作用有关。一般情况下，其抗弯拉能力甚至要比粘结的脆性材料低，在抗剪、抗弯拉以及抗疲劳等方面的表现较差。在公路上应用时，外力的作用下，颗粒之间很容易产生滑动和位移，使其失去承载能力而遭到破坏，从使用效果来看，有的试验路段上的沥青路面产生了横向裂缝和网裂，其数量甚至多于无级配碎石的路段。

经过反复摸索，我们设计出了一种特定结构的骨架15，如图2、图3、图4和图5所示，骨架15包括支架151和抓网152，抓网152为网兜，网兜为1/3～2/5球面，固定在支架151上，相邻的抓网152开口方向相反，在支架151上单列设置。将骨架15均匀填充在级配碎石层10，能够约束集料，使级配碎石层10的强度不再仅来源于集料颗粒间的摩擦作用、嵌锁作用和粘结作用，还形成机械嵌锁。这种限制阻碍了集料的运动，使级配碎石层在受荷载的情况下能够达到更好的压实状态，更高的承重能力，更好的荷载传递性能及更好的抗永久变形能力。

下面对半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构及其施工方法做进一步说明：

如图1所示，半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构包括半刚性老路和老路侧面的扩建新路，所述老路从上至下包括上沥青面层1、中沥青面层2、下沥青面层3、半刚性材料上基层3、半刚性材料下基层4、半刚性材料底基层5，从上到下，所述新路与老路对应的结构层依次为沥青表面层7、沥青中面层8、沥青下面层9、级配碎石层10、下半刚性材料基层12和底半刚性材料基层13。

级配碎石层10的级配范围以通过筛孔的质量百分数计：

26.5mm，100％；19mm，85～95％；9.5mm，50～70％；4.75mm，35～55％；1.18mm，15～35％；0.6mm，10～25％；0.075mm，2～10％。

级配碎石层10中均匀填充上述骨架15，网兜的球面半径为4.5～8cm；网兜孔的形状为平行四边形，平行四边形对角线长度为3.5～7mm。本实施例的网兜的尺寸一定要和本发明的级配碎石层严格对应，球面半径或者网兜孔过大，起不到约束作用，大的载荷作用下，颗粒之间依然会产生较大的滑动和位移，发生破坏，尤其是可能会发生大的裂纹或者路面错位，过小则会破坏集料本身的锁嵌作用，降低密实度，破坏级配碎石层的整体性，甚至会出现抗剪、抗弯拉以及抗疲劳等力学性能降低的情况。

施工时，先在老路上铣刨出拼接台阶，之后在拼接台阶上挖出嵌接槽14，老路与新路镶嵌在一起，可增强新路与老路的整体性，防止通车时受到载荷作用，新路与老路接缝处开裂。然后依次铺设新路的各个结构层，在铺设级配碎石层10时，分多次摊铺、整型、碾压，每次铺设5～10cm，采用一次铺设，碾压后，级配碎石层10上层密度大于下层密度，密度不均匀，而采用多次铺设，结构层的密实度均匀，工后变形能降低到最低程度。

实施例2

本实施例的半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：还包括橡胶沥青应力吸收层11，橡胶沥青应力吸收层11设置在级配碎石层(10)与下半刚性材料基层12之间，与半刚性材料上基层3对应。

半刚性基层施工受温度与水分影响较大，在施工当中，由于各方面的原因，比如半刚性基层的水化热量过大，或者半刚性基层做成之后，暴露在大气中的时间过长，使得水泥混凝土的干缩效应太明显，就会使半刚性基层产生很宽、很深的裂缝。这样在做级配碎石层10时，碾压的作用会使碎石骨料在已经产生的裂缝处嵌入到半刚性基层中，嵌入的碎石骨料就会像楔子一样刚性地连接半刚性基层和道路面层。在荷载的作用下，这种楔子一样的骨料会加深加大裂缝的发生，同时也会在此处的级配碎石层10产生裂缝。这样反而会加快反射裂缝的发展。

目前现有技术很难避免半刚性基层在服役前产生裂缝，只能尽可能的减少减小，还未见解决碎石层骨料嵌入半刚性基层的方法，而将橡胶沥青应力吸收层与级配碎石层结合起来应用，既能共同遏制反射裂缝和防止水损坏，还能很好的解决碎石层骨料对加大加深半刚性基层原有裂缝的问题。

实施例3

本实施例的半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：如图5所示，级配碎石层10的层底标高比对应老路结构层(半刚性材料上基层4)的层底标高低，级配碎石层10与对应老路结构层的接触面与新路水平面的夹角小于90°。有利于老路结构层中的水通过碎石层排出，并且接触面积增大，提高了水分排出效率。

Claims (10)

1.一种半刚性半柔性高速公路，从上至下包括沥青表面层(7)、沥青中面层(8)、沥青下面层(9)、级配碎石层(10)、下半刚性材料基层(12)和底半刚性材料基层(13)，其特征在于：还包括橡胶沥青应力吸收层(11)，所述的橡胶沥青应力吸收层(11)设置在级配碎石层(10)与下半刚性材料基层(12)之间，所述的级配碎石层(10)中铺设骨架(15)，骨架(15)用于约束骨料。

2.一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，包括半刚性老路和老路侧面的扩建新路，所述老路从上至下包括上沥青面层(1)、中沥青面层(2)、下沥青面层(3)、半刚性材料上基层(4)、半刚性材料下基层(5)、半刚性材料底基层(6)，从上到下，所述新路与老路对应的结构层依次为沥青表面层(7)、沥青中面层(8)、沥青下面层(9)、级配碎石层(10)、下半刚性材料基层(12)和底半刚性材料基层(13)，其特征在于：所述的级配碎石层(10)中铺设骨架(15)，骨架(15)用于约束骨料。

3.根据权利要求2所述的一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，其特征在于：还包括橡胶沥青应力吸收层(11)，所述的橡胶沥青应力吸收层(11)设置在级配碎石层(10)与下半刚性材料基层(12)之间，与半刚性材料上基层(3)对应。

4.根据权利要求2或3所述的一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，其特征在于：所述的骨架(15)包括支架(151)和抓网(152)，所述的抓网(152)为网兜，所述的抓网(152)固定在支架(151)上，相邻的抓网(152)开口方向相反。

5.根据权利要求4所述的一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，其特征在于：级配碎石层(10)的级配范围以通过筛孔的质量百分数计：

26.5mm，100％；19mm，85～95％；9.5mm，50～70％；4.75mm，35～55％；1.18mm，15～35％；0.6mm，10～25％；0.075mm，2～10％。

6.根据权利要求5所述的一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，其特征在于：所述的网兜为球面的一部分，在支架(151)上单列设置。

7.根据权利要求6所述的一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，其特征在于：所述的网兜为1/3～2/5球面，球面半径为4.5～8cm；网兜孔的形状为平行四边形，所述的平行四边形对角线长度为3.5～7mm。

8.根据权利要求2或3所述的一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，其特征在于：新路与老路的拼接处设置有拼接台阶。

9.根据权利要求8所述的一种半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构，其特征在于：所述的老路拼接台阶上设有嵌接槽(14)。

10.一种如权利要求3-9任一项所述的半刚性半柔性高速公路扩建拼接结构的施工方法，在老路上铣刨出拼接台阶，依次铺设新路的各个结构层，其特征在于：

A.半刚性基层与级配碎石层之间铺设一层橡胶沥青应力吸收层；

B.级配碎石层分多次摊铺、整型、碾压，每次铺设5～10cm；

C.级配碎石层的层底标高比对应老路结构层的层底标高低，级配碎石层与对应老路结构层的接触面与新路水平面的夹角小于90°。