半刚性基层路面（精选12篇）
半刚性基层路面 篇1
无机结合料稳定类基层又称为半刚性基层或整体型基层, 它包括水泥稳定类、石灰稳定类和综合稳定类。半刚性基层具有非常明显的自身特征, 如其刚度比较大并且具有良好的整体性。半刚性基层还具有水温性优良且承载能力比较强大的优势。从经济角度来讲, 也是比较节约成本的。国外常采用水泥稳定粒料类、石灰粉煤灰稳定粒料类、碾压混凝土或贫水泥混凝土作为沥青路面的基层。
1 石灰稳定土基层
在粉碎的土和原来松散的土中, 掺入足量的石灰和水, 经拌和压实及养生后得到的混合料, 当其抗压强度符合规定的要求时, 称为石灰稳定土。用石灰稳定土铺筑的路面基层和底基层, 分别称石灰稳定土基层和石灰稳定土底基层, 或分别简称石灰稳定基层和石灰稳定底基层, 也可在基层或底基层前标以具体简名, 如石灰土碎石基层、石灰土底基层等。
石灰稳定土具有良好的力学性能, 并有较好的水稳性和一定的抗冻性, 它的初期强度和水稳性较低, 后期强度较高;但由于干缩、冷缩易产生裂缝。石灰稳定土可适用于各类路面的基层和底基层, 但不宜用作高级路面的基层, 而只用作底基层。
在石灰稳定土基层施工中, 为避免该层受弯拉而断裂, 并使在施工碾压时能压稳而不起皮, 其层厚不宜小于100mm。为便于拌和均匀和碾压密实, 用12~15t压路机碾压时;压实厚度不宜大于150mm;用15~20t压路机碾压时, 压实厚度不应大于200mm, 且采用先轻后重进行碾压。石灰稳定土基层施工在最低气温0℃之前完成, 并尽量避免在雨季施工。
1.1 路拌法施工
按规范规定对拟施工的路段进行验收, 凡验收不合格的路段, 必须采取措施, 使其达到标准后, 方能在上铺筑石灰稳定土层。在底基层或土基上恢复中桩, 直线段每15~20m设一桩;平曲线段每10~15m设一桩, 并在对应断面的路肩外侧设指示桩。在两侧指示桩上用红漆标出石灰稳定土层边缘的设计高程。
采备集料前, 应先将树木、草皮和杂土清除干净, 并在预定采料深度范围内自上而下采集集料, 不宜分层采集, 不应将不合格材料采集在一起。如分层采集集料, 则应将集料分层堆放在一场地上, 然后从前到后, 将料运到施工现场。料中的超尺寸颗粒应予筛除。计算各路段需要的干集料量。根据料场集料的含水量和运料车辆的吨位, 计算每车料的堆放距离。根据石灰稳定土层的厚度和预定的干容重及石灰剂量, 计算每平方米石灰稳定土需用的石灰数量, 并计算每车石灰的摊铺面积, 如使用袋装生石灰粉, 则计算每袋石灰摊铺面积。
预定堆料的下层在堆料前应先洒水, 使其湿润, 不应过分潮湿而造成泥泞。集料装车时, 应控制每车料的数量基本相等。在同一料场供料的路段, 由远到近将料按计算的距离卸置于下承层中间或一侧。卸料距离应严格掌握, 避免料不够或过多;料堆每隔一定距离应留一缺口;集料在下承层上的堆置时间不应过长。通过试验确定集料的松铺系数。
在进行拌合时, 要对含水量进行详细的检查。在操作中要采取喷管式洒水车进行补水工作, 使其含水量达到所需要的规定值, 洒水段应长些。在进行拌合的过程中, 需要机械紧跟洒水车后面进行施工作业, 由于水分在纵坡时流失会很很严重, 所以需要拌合机械与洒水车进行紧密的配合。拌和完成的标志是混合料色泽一致, 水分合适均匀。
1.2 中心站集中拌和 (厂拌) 法施工
石灰稳定土集中拌和有利于保证配料的准确性和拌和的均匀性。集料的最大粒径和级配都应符合要求, 必要时, 应先筛除集料中不符合要求的颗粒。配料应准确, 在潮湿多雨地区施工时, 还应采取措施保护集料, 特别是细集料和石灰免遭雨淋。在正式拌制稳定土混合料之前, 必须先调试所用的厂拌设备, 使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求。集料的颗粒组成发生变化时, 应重新调试设备。应根据集料和混合料的含水量, 及时调整向拌和室中添加的水量, 拌和要均匀。已拌成的混合料应尽快运送到铺筑现场。如运距远、气温高, 则车上的混合料应加以覆盖, 以防水分过多蒸发。下承层为石灰稳定土时, 应先将下承层顶面拉毛, 再摊铺混合料。摊铺应采用稳定土摊铺机、水泥混凝土摊铺机摊铺混合料。
2 水泥稳定土基层
用水泥稳定土铺筑的路面基础和底基层, 分别称水泥稳定 (土) 基层和水泥稳定 (土) 底基层。也可以在基层或底基层前标以具体名称, 如水泥碎石基层、水泥土底基层等。
水泥稳定土有良好的力学性能和板体性, 它的水稳性和抗冻性都较石灰稳定土好。水泥稳定土的初期强度高并且强度随龄期增长而增加, 它的力学强度还可视需要进行调整。一般可适用于各种交通类别道路的基层和底基层。
在进行水泥稳定土基层施工过程中, 要注意各个工序间进行紧密的结合与衔接, 采用流水作业法是比较合理的施工方法。在施工的过程中尤为要引起注意的是要确定合适的延迟时间。这就要求在施工中要对强度影响与延迟时间的关系做准确的试验, 以保证施工的顺利完成。
3 石灰工业废渣基层
路用工业废渣一般用石灰进行稳定, 故通常称石灰稳定工业废渣 (简称石灰工业废渣) 。它包括两大类:一是石灰粉煤灰类, 又可分为石灰粉煤灰、石灰粉煤灰土、石灰粉煤灰砂、石灰粉煤灰砂砾、石灰粉煤灰碎石、石灰粉煤灰矿渣及石灰粉煤灰煤矸石等。这些材料分别简称二灰、二灰土、二灰砂、二灰砂砾、二灰碎石、二灰矿渣及二灰煤矸石等。二是石灰其他废渣类, 可分为石灰煤渣、石灰煤渣土、石灰煤渣碎石、石灰煤渣砂砾、石灰煤渣矿渣及石灰煤渣碎石土等。用石灰工业废渣铺筑的路面基层和底基层, 分别称石灰工业废渣基层和石灰工业废渣底基层。也可以在基层或底基层前标以具体简名, 如二灰砂砾基层、二灰土底基层、石灰工业废渣, 特别是二灰材料, 具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性, 其抗冻性较石灰土高得多。石灰工业废渣的初期强度低, 但随龄期的增长幅度大。二灰土中粉煤灰用量越多, 初期强度越低。在二灰中加入粒料、少量水泥或其他外加剂可提高其早期强度。由于干缩、冷缩, 易产生裂缝。石灰工业废渣可适用于各种交通类别道路的基层和底基层, 但二灰和二灰土不宜用作高级沥青路面的基层, 而只作底基层。
摘要：无机结合料稳定类基层又称为半刚性基层或整体型基层, 它包括水泥稳定类、石灰稳定类和综合稳定类。半刚性基层具有非常明显的自身特征, 如其刚度比较大并且具有良好的整体性。半刚性基层还具有水温性优良且承载能力比较强大的优势。从经济角度来讲, 也是比较节约成本的。国外常采用水泥稳定粒料类、石灰粉煤灰稳定粒料类、碾压混凝土或贫水泥混凝土作为沥青路面的基层。在我国, 半刚性材料已广泛用于修建高等级公路路面基层或底基层。
关键词：半刚性路面基层,底基层,施工
参考文献
[1]公路工程质量检验评定标准[S].北京:人民交通出版社, 1994.
[2]公路工程施工安全技术规程[S].北京:人民交通出版社, 1995.
半刚性基层路面 篇2
浅析半刚性基层沥青路面早期破损
根据一些高速公路沥青路面早期破损的`调查结果,对我国半刚性基层沥青路面在设计方面存在的问题做了分析,提出了一些看法.
作 者：胡法明 作者单位：黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司刊 名：黑龙江交通科技英文刊名：COMMUNICATIONS SCIENCE AND TECHNOLOGY HEILONGJIANG年，卷(期)：32(2)分类号：U416.214关键词：半刚性基层 沥青路面 早期破损 设计
半刚性基层路面 篇3
关键词：沥青路面;半刚性基层;病害成因;防治措施
半刚性基层沥青路面在交通荷载的反复作用下，裂缝会扩展到沥青面层而形成反射裂缝，结果可能会导致路面强度明显降低，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷和喷浆现象。这种现象会导致这些裂缝两侧的沥青面层碎裂，从而破坏路基的强度和稳定性，影响沥青路面的使用性能，导致路面过早地破坏。因此，有必要采取切实有效的技术措施防治或延缓沥青路面开裂和反射裂缝的产生，并对已发生的裂缝进行处治，使半刚性基层沥青路面在技术上更合理、经济上更有效，以适应我国城市道路事业迅速发展的需要。
1.半剛性基层沥青路面损坏原因
目前，我国修建的沥青路面通常采用的结构组合设计是强基薄面。但由于各地的施工水平不同及环境温度变化和水损害等因素的影响，导致半刚性基层沥青路面出现很多病害问题，致使其承载能力下降。总体来说，出现的病害问题分为：结构性破坏和非结构性破坏。其中结构性破坏分为翻浆、龟裂和结构性辙槽。非结构性破坏分为裂缝和变形。
1.1龟裂
龟裂现象一般表现为路面被一些相互小错的小裂缝分割成外表似龟纹小块，这些裂缝的宽度一般在3mm以上10cm以内。龟裂可以总结为局部网裂的延续，当路面由于整体强度不足而在大负荷行车的情况下出现疲劳裂缝时，这些裂缝并未得到及时护养，在雨天行车时，路面上高速行驶的轮胎会产生很强的“泵吸”作用，雨水渗入基层而导致其材料损失，长此以往，逐渐使裂缝加剧，最终形成了龟裂。
1.2车辙
半刚性基层路面的沥青混合料属于弹塑性材料，当路面的荷载较高，气候温度较高时，两者的共同作用会致使沥青路面在沿车轮轨迹的方向产生变形，即纵向带状的辙槽，称为车辙。由于沥青材料的特殊性，使得车辙成为该路面特有的病害。一旦出现较为严重的车辙，处理办法只能铣刨后重铺沥青面层。
1.3裂缝
在沥青路面的使用过程中由于负荷气候等问题容易出现各种类型的的裂缝，较小的裂缝基本上对路面的使用功能不会产生很大影响，但是若不及时给予重视，就会使裂缝加剧，最终导致路面的使用寿命缩短。常见的裂缝有以下几种：
（1）横向裂缝。横向裂缝与道路的中线垂直，一般能够贯穿路面，深度较大，可以贯通整个结构层。
（2）纵向裂缝。相比横向裂缝而言，纵向裂缝数量较少，他与道路的中线大致呈平行状态。多出现在旧路加宽的结合部位，新旧路面的交错等部位，且长度较长。
（3）块状裂缝。块状裂缝的外形与龟裂相似，形状不规则。路面材料受到气候温度的变化而发生热胀冷缩时常常会产生块状裂缝，在某些情况下，横纵裂缝的交错也可能引起块状裂缝。
引起半刚性基层沥青路面病害产生的原因主要有几点。
（1）从半刚性基层沥青路面的材料方面来说，其基层中材料的颗粒较细，粗集料较少，且该材料具有热胀冷缩的性质，当温度的变化范围超出材料的拉力范围时，路面容易受到温度的影响而产生裂缝。目前，半刚性路面的施工工程中较多采用的是砂砾，且砂砾的配级缺少严格的控制，为提高路面的强度，在施工时倾向于提高水泥的含量，这虽然提高了路面的强度，但也使路面变脆，造成裂缝。
（2）沥青路面的基层厚度较薄，容易引起反射裂缝。一般来说，当沥青路面基层厚度大于18cm时，将能有效地缓解路面的裂缝情况。
（3）施工质量。施工碾压时的压实度以及护养情况都会影响裂缝的产生。
2.解决半刚性基层沥青路面开裂问题的方法措施
2.1加强施工技术的科学性与先进性
施工的环节是极为重要的，施工质量的好坏直接影响着公路的使用寿命。因此，在施工的过程中，施工单位要严格按照相关的规程规范来进行公路的建设，做到科学施工。而且施工质量把关一定要严格，比如由于振动压路机产生的微小裂缝就一定不能忽视，而且要及时将这些裂缝处理掉，以免日后留下质量隐患。同时，施工技术的先进性和适用性一定要有保障，要使用最为先进的施工设备，如使用新型的抗离析摊铺机械、配备专业的工程技术人才和施工作业人员，以此来确保施工各阶段的科学性与先进性，才能极大地减少以后公路的开裂。
2.2对各个层面采取针对性的方法措施
在采取措施解决开裂问题之前一定要做好对裂缝程度的勘测工作，可采用一些高新技术手段来勘测公路各个结构层的开裂情况，然后再进行解决。首先，要解决路基的开裂，路基作为公路的根本，必须要保证其足够坚固。路基发生开裂多半是由于路基填筑的不均匀、不平整、不密实，那么在以后的使用过程中就会发生塌陷问题，因此，可以对路基进行填方补压、填前碾压措施，也可采用组合式碾压技术，通过对路基持续不断的碾压来使得路基足够均匀、足够坚固，那么在公路投入使用以后就会减少路基沉降的次数，这样可以在很大程度上减少路基开裂的现象。其次，对于底基层的开裂问题，一般也是由于施工过程中不仔细、偷工减料、施工质量差而导致的。而且以前的底基层材料往往是一些水泥土或石灰土等材料，这些材料不仅强度达不到要求，而且经过碾压后极易产生裂缝，所以，使用这种材料作为底基层必然会产生大量的裂缝，因此，要更换底基层的使用材料，可以采用骨架密实结构水泥材料来确保材料足够的稳定。再次，针对沥青路面层的开裂问题，就要更换施工机械，以往在进行路面碾压的时候都是使用的振动压路机，这种振动压路机会引起路面的开裂，而且在日后受到温度、荷载力的影响，裂缝会逐渐增大。因此，在选择碾压机械的时候就要选择那种不易使路面产生裂缝的机械。另外，在碾压路面的时候可同时使用多台碾压设备共同工作，压实的次数增加了，那么压实的效果也会很显著，有利于预防路面的开裂现象。
2.3优化对公路的选线与设计工作
公路在选线的时候要综合考虑当地的水文地质条件、考虑温度的影响，建设公路要避开容易发生滑坡、泥石流的地区，避免自然灾害对公路的损害。其次，公路的设计要以路基的稳定性为前提，平原地区设计公路的时候要保证其有足够的填土高度，避免地下水及雨水的侵蚀，以保证路基的稳定性。对于不符合施工要求的土质，可采用换填土的方式来选择合适的路基填筑材料。
2.4使用优质的沥青材料
对于半刚性基层沥青路面来说，最关键的就是对沥青材料的选择，只有使用优质的沥青材料才能确保公路的高质量。因此，要选择优良的抗裂性沥青混合材料，这也有利于减少沥青路面的开裂问题。
3.结束语
半刚性基层沥青路面裂缝是沥青路面主要病害之一，对其进行研究和防治具有积极的意义。防治措施还有如选用优质沥青或改性沥青;在满足稳定度同时，选用针入度较大的沥青;采用密实沥青混凝土，在其表面作一封层等一些措施。减少路面病害的最有效途径是提高设计和施工水平，只有高标准的设计方案和严格的施工管理，才能从根本上提高公路的质量，同时也能够降低使用过程中的养护成本。
参考文献：
[1]JTJ034-2000.公路路面基层施工技术规范.北京：人民交通出版社，2000
[2]胡金桃、赵 杰，浅谈半刚性基层沥青路面的裂缝形成原因与预防;西部探矿工程，2006
[3]李春雷，李春香，陈光营，马亦斌.半刚性基层沥青路面温度应力断裂力学分析[J]公路交通科技，2006
半刚性基层沥青路面裂缝成因分析 篇4
关键词：半刚性基层,反射裂缝,应力强度
1 沥青路面裂缝应力分析
1.1 结构性裂缝
沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下, 半刚性基层材料的应力大于材料的抗拉强度时, 半刚性基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下, 底部的裂缝会逐渐扩展到上部, 并使沥青面层也产生开裂破坏。影响拉应力主要因素有面层的厚度、基层本身的厚度、基层的回弹模量和下承层的回弹模量。在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层, 可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小, 甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力, 这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。
1.2 低温收缩裂缝
沥青材料在较高温度条件下, 具有良好的应力松驰性能, 温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力, 但当气温大幅度下降时, 沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力, 当拉应力沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力增长, 混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的, 面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度, 沥青面层就会开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、允许有一定的自由收缩时, 裂缝就更容易发生。由于沥青路面宽度有限, 收缩受路面结构的相互约束小, 所以低温裂缝主要是横向的。
1.3 温度疲劳裂缝
这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳, 使沥青混合料的极限拉伸应变 (或劲度模量) 变小, 加上沥青的老化使沥青劲度增高, 应力松驰性能降低, 最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。
1.4 面层温度应力分布分析
在面层和基层均无裂缝的情况下, 在沥青面层中产生的温度应力分布是这样的:一方面温度向沥青面层底部传递需要一定的时间, 不是瞬时完成的, 而且沥青面层内部和底部的温度不可能与其暴露表面的温度相同, 始终有温度差, 即沥青面层中会产生较大的温度梯度。沥青面层愈厚, 表面温度与底部温度差愈大, 层间温度梯度也愈大。另一方面沥青面层表面的温度应力随着面层的增厚而增加, 面层内的应力随深度而很快减小, 同时面层表面的温度应力随降温幅度变小而减小。沥青面层的表面一旦开裂, 随着持续低温或另一次降温, 在裂缝尖端会产生较大的应力集中, 使裂缝向下延伸并逐渐下的半刚性基层已经开裂, 并且允许有垂直位移和水平位移。垂直位移穿透整个沥青面层, 由于面层底部与基层表面的粘结作用, 裂缝呈现上宽下窄现象。
2 半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝
2.1 由半刚性基层温缩开裂引起的反射裂缝
通常假设导致反射裂缝的机理是处于沥青面层车辆荷载引起的路面结构在裂缝处的差动位移, 水平位移是由温度变化或水分变化引起的膨胀和收缩。冬季或在寒冷地区, 在结合得好的沥青面层下, 开裂的半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变, 由于在较低温度下沥青面层通常较硬, 它只能承受小的拉应力或拉应变, 因此容易被拉裂, 并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄, 反射裂缝形成的愈早和愈多。
2.2 由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝
对于新铺的半刚性基层, 随着混合料中水分的减少, 要产生干缩和干缩应力;水分减少得愈多愈快, 产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层, 在较薄沥青面层的情况下, 半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂, 并较快形成反射裂缝。一旦行车产生的拉应力与温度应力相结合, 反射裂缝会形成得更快。在较厚沥青面层的情况下, 由于温度应力在表面最大, 基层的裂缝将促使面层先从表面开裂, 然后逐渐向下传播形成对应裂缝。因此, 面层有一个临界厚度。面层厚于临界厚度时, 裂缝将主要从表面开始;薄于此临界厚度时, 裂缝可能主要从底部开始。此临界厚度与气候条件、面层混合料的劲度模量、温缩性以及基层混合料的温缩性有关。
2.3 由水泥稳定土的膨胀性化学腐蚀开裂引起的反射裂缝或对应裂缝
这种情况发生的主要原因是地下水总的硫酸盐等侵蚀物质与水泥中的某些物质发生交替反应, 生成一种新的盐结晶, 造成水泥稳定土体积开裂或引起破坏。
3 影响裂缝产生的主要因素
3.1 沥青及沥青混合料的性质
沥青路面所铺筑沥青混合料主要由沥青结合料、粗集料、细集料和矿粉等多种成分组成的复合材料。在混合料组成中, 由于材料质量的差异和数量的多少, 可形成不同的组成结构, 表现为不同的物理力学性能。沥青和沥青结合料的性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因, 沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素, 沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性能指标中, 影响更大的是温度敏感性, 温度敏感性大的沥青更容易开裂。
3.1 基层材料的性质
基层材料的收缩性愈小, 面层裂缝愈少。基层上有透层油以加强与面层的粘结对抗开裂是有好处的, 基层材料种类对沥青面层的裂缝率有明显影响。
3.3 气候条件
极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升降温循环数次数是气候条件影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。
3.4 交通量和车辆类型
半刚性基层中的最大拉应力, 通常是由最重的车轮荷载产生的;并且对于半刚性路面, 不同轴载对路面的破坏作用远不是4次方的关系, 而是约为16次方的关系, 即使是通过次数较少的重荷载也对路面破坏起着决定性的作用。
3.5 设计原因
(1) 结构设计不合理。如基层厚度不够, 面层分层及材料配合比设计不当, 面层厚度不合理。
(2) 路面、基层、底基层排水设计考虑不周。
(3) 路面所处段土质和水文情况与实际出入较大, 使得路面设计参数不符合实际。
(4) 地基处理设计不合理, 使得地基沉降未达到允许的工后沉降等。
4 结语
本章对沥青路面裂缝进行了分类, 探讨了沥青路面裂缝产生的主要因素, 得出如下结论:尽管沥青路面开裂的原因和裂缝的形式是多种多样的, 但由行车荷载作用产生的结构性裂缝、由沥青面层温度变化产生的温度裂缝、由基层裂缝的向上反射产生的反射裂缝是沥青路面开裂的主要原因。
参考文献
[1]徐建成.沥青混凝土路面裂缝成因分析[J].交通科技与经济, 2004, (06) .
[2]杨美荣.沥青路面水损害原因及其防治措施研究[D].西安建筑科技大学, 2006.
[3]李秀飞.沥青路面层间剪力及变形性能研究[D].大连海事大学, 2008.
半刚性基层路面 篇5
半刚性基层沥青路面主要病害及防治措施
根据工程实践分析了半刚性基层沥青路面几种主要的病害形式及主要的防治措施,重点探讨了如何对其病害进行防治,以延长半刚性基层沥青路面的寿命,推广半刚性基层沥青路面的应用.
作 者：王静杰 WANG Jing-jie 作者单位：贵州省通力达公路工程监理咨询有限公司,贵州,贵阳,550003刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：36(12)分类号：U416.223关键词：半刚性 沥青路面 裂缝 防治措施
半刚性基层路面 篇6
【摘要】本文分析了水泥乳化沥青砂浆贯入式半柔性路面结构的特点，并在此基础上进一步阐述了水泥乳化沥青砂浆贯入式半柔性路面路用性能的特征。
【关键词】水泥乳化沥青砂浆；贯入式；半刚性路面；特点
【Abstract】This paper analyzes the characteristics of emulsified asphalt cement mortar penetration semi-flexible pavement structure， and further elaborated on the basis of the emulsified asphalt cement mortar penetration semi-flexible pavement road performance characteristics.
【Key words】Emulsified asphalt cement mortar；Penetration formula；Semi-rigid pavement；Features
1. 前言
水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面是把拌制的水泥乳化沥青砂浆贯入摊铺碎石的间隙中形成的一种混合料，其结构和路用性能取决于材料本身的性质、用量（配合比）、在路面结构中的存在形态、施工工艺等因素，由于水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺与传统的半刚性路面施工工艺不同，导致它们之间的差别。
2. 水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面结构特点
（1）水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺导致在水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中形成石-石“骨架结构”，而其它施工工艺形成的半刚性路面中骨架结构为“石——沥青——石”或“石——薄层水泥石——石”或“石——沥青+薄层水泥石——石”，它们相比“石-石”骨架结构具有鲜明的特点。
（2）室内试验时，试件的成型方法、试件中材料的存在形态（结构）等与工程中的路面存在差异，甚至完全不同，所以有时试件的性能并不能代表或者反应路面的性能。基于此，本文将直接对路面的性能进行分析。
3. 水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面性能特点分析
3.1强度和模量。
（1）强度是路面在荷载作用下不产生破坏或开裂的能力，而模量反映了路面在荷载作用下的变形性质。路面在荷载作用下结构层将产生一定的应力和变形，如果结构层的应力超过材料的容许应力，路面结构将出现开裂。如果结构层的刚度不能满足一定的要求，变形会超过材料的容许应变，路面同样将出现开裂或结构弯沉超过容许值。
（2）在水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中形成了“石-石”骨架结构，“石-石”骨架结构所能提供的摩擦力最大，导致在其它条件相同的情况下，与其它半刚性路面相比水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面的强度最大，同时也使模量达到最高。另外，水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺，使路面中水泥石和沥青相互混合更完全，形成交错的空间网状结构更充分，分布更均匀，能够填满整个碎石空隙，自由沥青含量更小，结构沥青膜更薄，胶结料与碎石的结合力更强，这些也同样导致与其它路面相比水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面的强度最大，同时也使模量达到最高。
3.2高温稳定性。
（1）高温稳定性是指路面在高温情况下抵抗变形的能力。它通常是用抗剪强度来表征的；模量也能表征路面的高温稳定性。
（2）在水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中“石-石”骨架结构是荷载的主要承受者和传递者，感温材料沥青不参与“石-石”骨架结构的形成，也基本不参与承受和传递荷载，使摩擦力对抗剪强度的贡献达到最大。
（3）在沥青路面中，“石-石”骨架结构能够提供的摩擦力最大，而水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中就形成了“石-石”骨架结构，它的模量高，受到荷载作用时变形很小。
（4）水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺，使路面中水泥石和沥青相互混合更完全，形成交错的空间网状结构更充分，分布更均匀，能够填满整个碎石空隙，自由沥青含量更小，结构沥青膜更薄，材料间的粘聚力和凝聚力都进一步增强，这些也同样导致与其它路面相比水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面的抗剪强度进一步增大，同时也使模量进一步增高。
（5）因此，水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面的抗车辙能力很强，并且受高温的影响很小，特别是在水泥用量较小时它的这个特点与其它路面相比更突出。水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面是无车辙沥青路面。
3.3低温抗裂性。
低温抗裂性是指路面在气温下降时抵抗因收缩变形而开裂的能力。在普通沥青路面中，沥青对抗裂性能的贡献率为90%。在传统半刚性路面中，沥青对抗裂性能的贡献率将会减小。在水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中，由于形成了“石-石”骨架结构，石与石之间顶得很紧，再加上“石-石”骨架结构路面的溫缩系数小于“石——沥青——石”或“石——薄层水泥石——石”或“石——沥青+薄层水泥石——石” 骨架结构路面，更小于普通沥青路面。所以，与其它路面相比，在相同条件下水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面出现低温裂缝会最少。
3.4抗疲劳性。
抗疲劳性是指路面在反复弯曲的情况下抵抗开裂的能力。
在水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中，由于形成了“石-石”骨架结构，它是荷载的主要承受者和传递者，降低了其它材料的作用。这种作用的降低，一是表现在承受的荷载减小，二是表现在变形幅度的减小。对于抗疲劳性能来讲，“其它材料”是短板。因此，在相同条件下水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面的抗疲劳性能将得到提高。
3.5水稳性。
（1）所谓水损害是指水经由沥青路面孔隙、裂缝进入沥青路面内部后，在车轮轮胎动态荷载产生的动水压力或真空抽吸冲刷的反复作用下，水分逐渐渗入沥青与矿料的界面或沥青内部，使沥青与矿料之间的粘附性降低并逐渐丧失粘结能力，从而使沥青膜逐渐从矿料表面剥离，沥青混合料掉粒、松散，使沥青路面结构的整体性发生了破坏。
（2）在水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中，由于形成了“石-石”骨架结构，使路面的模量增加，在荷载作用下，路面的变形将会减小，这会导致路面中的动水压力减小，尽而使路面抵抗水损害的能力提高。
（3）另外，水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面施工工艺，使路面中水泥石和沥青相互混合更完全，形成交错的空间网状结构更充分，分布更均匀，能够填满整个碎石空隙，自由沥青含量更小，结构沥青膜更薄，材料间的粘聚力和凝聚力都进一步增强，这也能够使路面抵抗水损害的能力提高。
3.6耐久性。
综上所述，由于水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面的强度和模量高，高温稳定性好，低温抗裂性、抗疲劳性和水稳性都有所提高，所以它的耐久性也好。
3.7表面功能。
水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面的表面构造深度控制。水泥乳化沥青砂浆使用多一些构造深度小，水泥乳化沥青砂浆使用少一些则构造深度大。
4. 结语
由于水泥乳化沥青砂浆贯入式半刚性路面中形成了“石-石”骨架结构，并且路面中水泥石和沥青相互混合更完全，形成交错的空间网状结构更充分，分布更均匀，能够填满整个碎石空隙，自由沥青含量更小，结构沥青膜更薄，材料间的粘聚力和凝聚力都进一步增强，造成这种路面强度和模量高，高温稳定性好，低温抗裂性、抗疲劳性、水稳性和耐久性都有所提高。
参考文献
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半刚性基层路面结构荷载应力分析 篇7
半刚性基层路面结构的路面模式是“强基、薄面、稳路基”, 该路面结构是在较厚的半刚性基层上铺筑较薄的沥青面层。我国的高等级公路沥青路面使用寿命普遍达不到设计年限, 短则2年~3年, 最多7年~8年就必须进行大修。普遍认为这与半刚性基层沥青路面结构设计有很大的关系[1]。因此本文进行了半刚性基层路面结构的受力分析。
1 模型构建
1.1 模型构建假设
本文采用ANSYS软件对不同条件下路面的荷载应力进行分析, 文中对模型构建的假设如下:
1) 假定构建模型的每层结构层为均匀、连续、、各各向向同同性性的的弹弹性性体[2];2) 假定每层结构层间竖向连续并且水平向可自由滑移;3) 假定路基的底面固定, 侧面与底面垂直并约束其法向位移;4) 假定轮胎与路面接触形状为矩形, 并且路面所受荷载为均布矩形荷载;5) 不计任何结构层自重对模拟的影响。
1.2 模型构建参数
矩形均布荷载尺寸为18.6 cm×19.2 cm, 轴长为182 cm, 轴重分别为25 k N, 30 k N, 35 k N, 40 k N, 45 k N, 50 k N, 单轴四轮双轮间距为31.4 cm, 路面宽度为3.75 m。各层结构层的计算参数取值见表1。
2 半刚性基层路面受力模拟
2.1 轴重对半刚性基层路面的影响
车辆荷载以单轴双轮为基准, 荷载由25 k N变化至50 k N, 面层参数见表1;基层厚度20 cm, 模量1 400 MPa;底基层厚度20 cm, 模量600 MPa;路基厚度取值600 cm, 模量取值40 MPa;路基泊松比为0.35, 其他结构层泊松比取值0.25。经过模拟分析, 各结构层层底应力和顶面的位移随着车辆荷载的变化曲线见图1~图4。
从图1分析可知, 路面结构层各层层底应力随着轴载加重而呈现显著增加的趋势, 并且应力增加与轴重增大两者基本呈线性关系。从图2, 图3分析可知, 路面结构中, 面层层底主要承受压应力, 基层层底主要承受拉应力, 随着轴载加重, 基层层底应力由压应力转变为拉应力。分析图4可知, 基层厚度不变时, 轴载改变但基层层底由压应力变为拉应力的位置不会改变;轴载的增加, 会导致基层承受的荷载越来越剧烈。因此, 超载、重载会导致道路的加速破坏。
2.2 基层厚度对半刚性基层路面的影响
建模荷载采用标准轴载BZZ-100[3], 面层参数及泊松比见表1, 基层模量取值1 400 MPa, 厚度取15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm四个可选值;底基层模量取值600 MPa, 厚度取20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm四个可选值。经过建模模拟, 随道路基层和底基层厚度变化各层层底应力及基层内应力的变化规律见图5~图8。
由图5可以看出, 面层和底基层底的应力随着路面基层厚度的增大而有明显的减小, 特别是上面层底, 降幅接近35%;下面层和基层层底应力随基层厚度的增加先增大后减小;同时, 在底基层的厚度和基层的厚度组合不合理的情况下, 底基层受到的层底拉应力会大于基层层底拉应力, 这种现象会极大减小道路的使用寿命。由图6可知, 基层内应力随其厚度的增加而逐渐增大, 且厚度越大, 应力变化的速率越快, 压应力转变为拉应力的位置逐渐靠下。
由图7可以看出, 各结构层的层底拉应力随着底基层厚度的增大而出现减小的现象, 其中基层的层底应力, 降幅最为明显, 超过一半。由图8可以看出, 基层内部压应力和拉应力随着底基层厚度的增加而均逐渐减小, 压应力和拉应力的分界点即应力为0的点随着底基层厚度增加而距离基层顶面高度越大, 并且如果底基层厚度过大, 会出现底基层的层底拉应力超过基层层底拉应力的现象。
2.3 路基模量对半刚性基层路面的影响
建模荷载采用标准轴载BZZ-100, 面层参数及泊松比见表1;路基厚度取值600 cm, 模量取30 MPa, 40 MPa, 50 MPa, 60 MPa, 70 MPa五个可选值;底基层厚度取值20 cm, 模量取值600 MPa;基层厚度取值20 cm, 模量取值1 400 MPa。通过建模模拟, 随道路路基模量变化各层层底应力及基层内应力的变化规律见图9, 图10。
由图9可以看出, 当路基模量不断增加时, 道路的各结构层的层底应力不断减小。同时, 由图10也可以看出, 随着路基模量的不断增加, 基层内应力曲线变得平缓, 所受到的实际内应力逐渐减小。因此, 可以通过提高路基的强度和稳定性, 来改善半刚性基层路面各结构层的受力状况, 延长道路的使用寿命。
3 结语
1) 随着轴载的增长, 半刚性基层路面结构层层底应力增加显著, 表明半刚性路面对交通荷载较为敏感;2) 基层和底基层结构层厚度增加, 各层应力均减小, 但需要对基层和底基层进行合理的厚度组合;3) 路基模量增加, 可以降低各结构层的层底应力, 同时可以提高路基的稳定性, 延长道路的使用寿命。
摘要：利用ANSYS有限元分析软件, 对半刚性基层路面进行了受力模拟, 探讨了轴载、基层厚度、路基模量等因素对半刚性基层路面结构荷载应力的影响, 得出的一些结论可为道路结构设计提供依据。
关键词：半刚性基层,轴载,荷载应力,结构设计
参考文献
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[2]沙庆林.重载交通长寿命半刚性路面设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 2011.
半刚性基层路面 篇8
1 半刚性基层沥青路面的特性
半刚性基层的主要类型分为:煤灰稳定粒料、石灰粉以及水泥稳定粒料三种。其中, 水泥稳定砂砾是目前国内半刚性基层使用最为广泛材料, 在国外一般称其为水泥处理层。
半刚性基层具有很多优良的特性。首先, 整体强度较一般材料高, 并且还有抗弯拉的特性, 这使沥得青路面具优良的承载能力;其次, 该材料对低温的适应能力强, 能够在高寒地区得到广泛的应用而不出现冻融翻浆;另外, 该材料易取易得, 降低了公路的修建成本, 为普遍使用奠定了经济基础。
然而, 在国内, 半刚性路面设计理论与国外相比还有差距, 并且各地的施工水平的差异造成了公路质量控制标准的参差不齐, 若路面基层不够厚, 就会在使用过程中出现路面裂缝等病害, 加速其破坏, 影响公路的使用性能。
2 半刚性基层沥青路面损坏体现以及原因
目前, 我国修建的沥青路面通常采用的结构组合设计是强基薄面, 理论上来讲, 此种结构的路面具有很强的整体抗压能力, 按照当前的交通负荷量, 短时间内不易出现结构性破坏。然而, 由于各地的施工水平不同, 加上环境温度变化和水损害等因素的出现, 我国半刚性基层沥青路面很多病害问题, 致使其承载能力显著下降。总的来说, 目前出现的病害问题主要可以总结为以下两类:结构性破坏和非结构性破坏。其中结构性破坏又可细分为翻浆、龟裂和结构性辙槽。非结构性破坏分为裂缝和变形。下面就其中的几种常见的病害问题的体现及原因进行深入的分析解剖。
2.1 龟裂
半刚性基层沥青路面龟裂现象一般表现为路面被一些相互小错的小裂缝分割成外表似龟纹小块, 这些裂缝的宽度一般在3mm以上10cm以内。龟裂可以归结为局部网裂的延续, 当路面由于整体强度不足而在大负荷行车的情况下出现疲劳裂缝时, 这些裂缝并未得到及时护养, 在雨天行车时, 路面上高速行驶的轮胎会产生很强的“泵吸”作用, 雨水渗入基层而导致其材料损失, 长此以往, 逐渐使裂缝加剧, 最终造成了龟裂。龟裂对交通的安全性影响很大, 必须得到充分的重视。
2.2 车辙
半刚性基层路面的沥青混合料属于弹塑性材料, 当路面的荷载较高, 气候温度较高时, 两者的共同作用会致使沥青路面在沿车轮轨迹的方向产生变形, 即纵向带状的辙槽, 称为车辙。由于沥青材料的特殊性, 使得车辙成为该路面特有的病害。目前, 车辙已经成为我国公路运输中比较严重的病害。一旦出现较为严重的车辙, 我们只能铣刨后重铺沥青面层。
2.3 裂缝
在沥青路面的使用过程中由于负荷气候等问题容易出现各种类型的的裂缝, 较小的裂缝基本上对路面的使用功能不会产生很大影响, 但是若不及时给予重视, 就会使裂缝加剧, 最终导致路面的使用寿命缩短。
常见的裂缝形式有以下几种。
(1) 横向裂缝。横向裂缝与道路的中线垂直, 一般能够贯穿路面, 深度较大, 可以贯通整个结构层。
(2) 纵向裂缝。相比横向裂缝而言, 纵向裂缝数量较少, 他与道路的中线大致呈平行状态。多出现在旧路加宽的结合部位, 新旧路面的交错等部位, 且长度较长。
(3) 块状裂缝。块状裂缝的外形与龟裂相似, 形状不规则。路面材料受到气候温度的变化而发生热胀冷缩时常常会产生块状裂缝, 在某些情况下, 横纵裂缝的交错也可能引起块状裂缝。
引起半刚性基层沥青路面病害产生的原因主要有几点。
(1) 从半刚性基层沥青路面的材料方面来说, 其基层中材料的颗粒较细, 粗集料较少, 且该材料具有热胀冷缩的性质, 当温度的变化范围超出材料的拉力范围时, 路面容易受到温度的影响而产生裂缝。目前, 半刚性路面的施工工程中较多采用的是砂砾, 且砂砾的配级缺少严格的控制, 为提高路面的强度, 在施工时倾向于提高水泥的含量, 这虽然提高了路面的强度, 但也使路面变脆, 造成裂缝。
(2) 沥青路面的基层厚度较薄, 容易引起反射裂缝。一般来说, 当沥青路面基层厚度大于18cm时, 将能有效地缓解路面的裂缝情况。
(3) 施工质量。施工碾压时的压实度以及护养情况都会影响裂缝的产生。
3 如何防治半刚性基层沥青路面的损坏
半刚性基层沥青路面病害主要是由组成材料, 施工质量, 层厚度等原因引起的, 我们就针对以上几点原因提出防止半刚性基层沥青路面损坏护养的几点措施。
3.1 做好交通管制工作
在半刚性基层末达到强度时, 由于施工车辆及过往车辆荷载的作用而造成非结构性破坏的产生, 应在施工时合理的进行交通管制组织设计。
3.2 提高施工质量
在碾压过程中, 严格按照施工技术规范进行, 保证路面的平整度。
3.3 严格控制施工材料
通过筛分试验确定合理的材料级配, 控制材料含水量。集料最好选
用性能优良的材料, 比如表面粗糙, 坚硬, 耐磨等。
3.4 适当增加半刚性基层的厚度
加厚半刚性基层厚度能够提高道路的荷载能力, 从而减小车辆造成的裂缝进一步反射到沥青面层。而且较厚的半刚性基层还能够减缓温度的变化造成的龟裂等病害。一般来说, 半刚性基层厚度在30cm~40cm。
4 结语
随着我国公路运输业的不断发展, 如何能够延长公路的使用寿命, 提高其使用安全性, 进而促进运输业持续稳定发展, 已经提上了日程。通过对半刚性基层沥青路面主要病害的分析, 我们提出了相应的养护措施, 希望能够为公路养护维护方案的选择工作提供帮助。
参考文献
[1]李晗.半刚性基层沥青路面常见病害分析[J].辽宁省交通高等专科学校学报, 20 11:9～11.
半刚性基层路面 篇9
半刚性基层沥青路面结构具有强度高、刚性大,整体性和水稳性好,工程造价低,使用寿命长等优点。但半刚性基层性脆,对温度、湿度变化比较敏感,抗变形能力差,在其强度形成过程中及运营期间会产生干缩裂缝和低温收缩裂缝,在地表交通荷载的重复作用下,这些裂缝会逐渐扩展到沥青路面,形成“反射裂缝”。其结果破坏了路面的整体性和连续性,更重要的是路表水沿裂缝渗入土基,破坏了土基的强度和稳定性,形成网裂、龟裂、坑槽、沉陷等,导致路面过早破坏。
1 横向裂缝产生的原因
裂缝是沥青路面最常见的破坏现象。裂缝主要有两种:横向裂缝(包括路面材料低温收缩裂缝、干燥收缩裂缝,以及半刚性基层上沥青路面的反射裂缝);纵向裂缝(包括因整体强度不足,或在重复荷载作用下整体性基层产生的拉应力超过材料的疲劳限度而引起的裂缝、汽车超载引起的裂缝,以及路基不均匀沉降、冻胀、摊铺时工作缝处理不当引起的裂缝等)。
半刚性基层沥青路面的横向裂缝,大部分是因为水分蒸发而引起的干缩裂缝和因温度变化而引起的温缩裂缝。基层材料和收缩系数、水都是影响半刚性基层材料温缩的主要因素。
沥青路面的横向裂缝,主要是非荷载性的低温收缩裂缝。温度下降,面层收缩,受基层的约束产生温度应力。当温度应力超过材料的抗拉应力时,裂缝就从表面产生并逐渐向下扩散。
2 防止或减少横向裂缝的措施
2.1 半刚性基层方面
2.1.1 选择适宜的结构
半刚性基层有两类:1)细颗粒材料加结合料组成的(石灰土、二灰土、水泥土等);2)改进掺加粗集料组成的(灰土集料、二灰集料、水泥集料等)。
基层结构应选用温缩、干缩系数小,刚度适当,抗拉强度较高的混合料。不同的基层材料,在最佳含水量状态下,其温缩系数和干缩系数也不一致。按温缩系数的大小排列:石灰土>灰土砂砾>二灰>水泥砂砾>二灰砂砾;按干缩系数大小排列:石灰土>水泥砂砾>灰土砂砾>灰土碎石>二灰砂砾。
密集式二灰级料结构,如二灰碎石、二灰砂砾等,具有良好的力学性能,整体性、水稳性和抗冻性都较好,初期强度虽然偏低,但后期强度比石灰集料还高,甚至与水泥集料强度接近。水泥集料,如水泥碎石、水泥砂砾等,抗干缩能力强,抗温缩能力差,适用于日温变化不大的地区,在寒冷的北方地区应用难免会开裂。以细颗粒材料组成的基层结构,如石灰土、水泥土、二灰等,温缩、干缩系数都较大,抗裂性能较差,一般只作高速公路的底基层。密集式二灰级料结构是基层优选的结构类型。
2.1.2 结集料的最佳含量
试验证实,水泥剂量的多少与水泥稳定类材料的强度、收缩裂缝有直接关系。当水泥含量为5%～6%时,抗温缩和抗干缩性能较好;当水泥含量大于7%时,抗裂性能反而降低;当水泥含量降到3%时,抗温性能急剧下降。因此从减少横向裂缝考虑,水泥用量应控制在5%～6%为宜。从一些试验数据,可总结出如下规律:当灰土类集料在60%、二灰类集料在75%时有一温缩最小值(这些仅是参考值,因各地土类颗粒和成分不同,每个大型项目必须按实用材料做专门试验确定)。
为使结合料的胶结作用和集料的嵌挤作用共同发挥,共同充分压实,对灰土或二灰结集料类,一实方体中最多只能用一松方的集料,压实后可得到强度大、收缩系数小、耐用性强的半刚性基层。混合料中的石灰含量,应考虑集料的裹附吸附量,在任何情况下不得低于5%。
集料的最大粒径也是影响质量的关键因素。粒径太大,拌和、摊铺、压实均有困难;粒径太小,则动稳定性不足。因此应控制在5 cm左右,最大不超过6 cm。
2.1.3 设置横向假缝
半刚性基层材料因收缩变形将产生不规则裂缝,并向路面进行不规则反射。为使裂缝规则发生,减轻或防止向上反射,与水泥混凝土路面设缝的原理相同,在半刚性基层施工压实后的一定龄期,可间隔设置一道横向假缝,并用沥青材料填灌。假缝可以预设,也可在基层铺筑后切割。
2.2 在沥青路面方面
2.2.1 采用优质沥青或改性沥青
沥青质量是发生低温缩裂的关键。应选用延度大,耐久性好,抗老化的沥青,也可在沥青中掺入添加剂以提高沥青材料的抗拉强度,增强抗裂性能。
2.2.2 沥青层的厚度
初步研究结果表明,较厚的沥青面层,可以推迟半刚性基层的横向缩裂,还能增强对反射裂缝的抵抗作用。但沥青层太厚,不仅增加车辙量,也使半刚性基层的作用不能充分发挥。
目前,国内半刚性基层沥青路面的沥青层厚度一般在15 cm～25 cm之间。如何确定适宜的沥青层厚度是一个急待解决的难题。
2.2.3 调整面层结构
沥青面层既要有抗裂性,又要有抗车辙性。集料偏细,对抗裂有利,对抗车辙不利;反之,集料集配偏粗,对抗车辙有利,对抗裂不利。研究得知,从抗裂性能考虑,沥青混凝土优于沥青碎石,密集配混凝土优于开集配混凝土。因此,宜选用连续型密集配中粒式或粗粒式沥青混凝土作沥青面层。
2.3在铺设夹层方面
半刚性基层和沥青面层之间加铺一层应力吸收薄膜夹层,能吸收或缓冲裂缝尖端的应力集中,对抑制反射裂缝的产生与扩展有一定的效果,还能改善面层的抗疲劳性能,而且施工方便,价格便宜,有良好的发展前景。
目前我国实用的应力吸收薄膜夹层有:土工织物、沥青橡胶、704胶和塑料膜4种,土工织物和沥青橡胶较常用。
3结语
合理的设计、选材、精心施工、养护和及时的维修是提高半刚性基层沥青路面的使用性能,减少沥青路面裂缝产生的唯一途径。
摘要：介绍了半刚性基层沥青路面结构的特点,分析了横向裂缝产生的原因,并从半刚性基层、沥青路面和铺设夹层三方面提出了防止或减少横向裂缝的措施,从而提高半刚性基层沥青路面的使用性能,延长路面的使用寿命。
关键词：半刚性基层,裂缝,沥青路面,强度
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半刚性基层路面 篇10
在我国公路建设中, 沥青路面是应用最为广泛的路面结构形式。路面基层材料是直接运用于沥青面层下作为承重层的, 在确保路面承载力方面起到了至关重要的作用。根据应用的材料和其力学特性的不同, 路面基层可分为三类, 分别是柔性基层、半刚性基层和刚性基层。
半刚性基层路面具有整体性好、强度高、水稳性好、承载力高的优点, 在二十世纪六七十年代, 半刚性沥青路面就成为欧洲、美国、日本等国主要的路面结构形式, 在这些国家得到了广泛应用。目前, 在我国已建的高速公路中, 大约85%的公路基层采用半刚性基层材料, 形成了以半刚性基层为主的格局。
随着半刚性基层的大量应用, 也暴露出其存在的一些问题。随着使用年限的增加, 半刚性基层路面会出现严重的基层裂缝, 在行车荷载的反复作用下将导致路面强度大大降低, 加速沥青路面的破坏, 影响公路使用质量和寿命。因此, 通过对半刚性基层进行进一步的研究, 在设计理论、指标标准、试验方法和质量控制等方面进行改进, 以确保和提高半刚性基层的路用使用性能。
1 半刚性基层材料设计及施工现状
半刚性基层主要有水泥稳定类、石灰工业废渣稳定类、石灰稳定类等。国外的半刚性材料主要是用水泥稳定碎石类, 对石灰稳定类使用较少。在我国, 通过对半刚性基层沥青路面出现的损害分析, 半刚性基层具有强度和刚度大, 板体性强的优势, 且水稳定性和抗冻性良好。但其抗变形能力较差, 收缩系数较大, 抗弯拉强度低, 这使得基层对荷载敏感性较大, 容易开裂。
在设计中, 实验室内材料的最大干密度和最佳含水量通过使用重型击实试验来确定, 测定7 d无侧限抗压强度通过使用静压成型试件来实现。在施工现场, 大多数施工中是使用振动压路机和胶轮压路机进行碾压。这一切都使得试验数据难以准确反映和控制现场施工质量。这些使得对混合料的综合路用性能难以进行有效控制, 严重影响着半刚性基层的施工质量, 导致路面基层的抗裂性和抗冲刷能力不足, 与面层的粘结差, 使用一段时间后出现大量裂缝等 (见图1, 图2) 。
在我国, 很多选择采用半刚性基层的沥青路面均出现了不同程度的早期损害现象。可这并不能否定半刚性基层材料良好的路用性能, 更不能说明选择采用半刚性基层作为高等级路面结构是不合适的。只能说明目前对于半刚性基层材料还需要进行进一步的研究, 通过对其设计、指标、试验方法等方面进行优化来显著提升其性能。
2 振动成型技术原理和特性
振动成型仪是振动成型技术的关键试验设备 (见图3) 。振动成型技术是通过振动压实原理来优化级配, 将水泥剂量适当降低, 在保证基层强度的前提下提高其抗裂性能。在级配优化中, 将粗集料含量适当提高, 有效提升颗粒间嵌挤效果。同时, 通过增强碾压可使得骨架间的内摩阻力增大, 使得基层密实度显著提高, 从而使得基层抗裂性能显著提高。
振动压实的原理:通过将振动冲击力施加给颗粒性材料, 在冲击波作用下颗粒间的摩擦力由静摩擦状态逐渐进入动摩擦状态, 使得材料间的摩擦阻力大大下降。在共振的作用下, 机械的振动频率与被压材料的固有频率两者一致时, 使得被压实材料的内部阻力降低, 得到显著压实效果。
半刚性材料振动成型过程:在振动击实作用下, 半刚性基层材料处于振动状态。在水分的离析作用下, 在材料颗粒表面形成的一层水膜, 其具有的润滑效果可使得颗粒间的摩擦力和粘结力有效减小。在振动状态下的颗粒发生位移, 相互填充从而形成骨架密实型嵌挤结构 (见图4) , 这对于提高基层的承载力和稳定性是十分有效的。
振动成型法的技术特点:
1) 最大限度的模拟施工现场碾压情况。在我国, 半刚性基层施工一般都选择使用振动压路机和轮胎压路机。研究表明, “振动成型仪—被压材料”的动态响应与“振动压路机—被压材料”的动态响应基本一致, 表明实验室内的振动压实效果与振动压路机在施工现场的压实效果基本相似, 将实验室数据用于现场施工质量的指导、预测和控制是可行的。
2) 以振动击实密度来控制施工现场的压实度。研究表明, 振动击实密度一般比传统的重型击实密度提高了3%~4%。选择使用振动成型法进行施工质量控制, 将施工现场压实度标准设定为振动击实密度。通过压实标准的提高, 可使得室内成型法与施工实际不符而导致的压实度超百现象得到有效避免, 显著提高半刚性基层强度及其抗裂和抗疲劳性能。
3) 通过降低水泥剂量来提高基层的抗裂性。振动成型技术的特性在于通过优化级配提高颗粒之间的挤嵌效果, 有效降低水泥剂量1.0%~1.5%, 可使得基层强度和抗裂性能显著提高。试验表明, 采用振动成型法下试件的干缩抗裂系数是传统的静压成型试件的1.5倍。
4) 优化级配范围较窄, 便于进行施工质量控制。以确保基层强度和抗裂性最佳为依据, 对半刚性材料使用振动成型法进行级配优化, 相对于规范要求其范围较窄, 这对进行混合料生产的质量控制是有利的。
3 静压成型法和振动成型法的对比
在传统方法下, 静压成型法是通过静荷载对材料施加的剪应力迫使材料颗粒间相互靠近, 从而达到压实的效果。振动成型法则是利用高频的振动作用使得材料产生液化位移, 从而形成相互填充挤嵌的效果来达到压密的目的。
从图5, 图6可以看出, 两种不同的成型方式差异显著, 振动成型技术可显著提升基层的密实度和抗裂性。
在图5中, 从两种试件的外观上进行对比, 可以看出, 由于振动具有提浆效果, 振动成型法下的试件表面和侧壁均有水泥浆, 试件表面光滑密实, 脱模时的阻力小。静压成型法下的试件表面多孔粗糙, 脱模时的阻力大。
从图6中两种试件的剖面结构上进行对比, 可以看出, 在振动成型法下的试件, 其剖面结构密实, 粗集料排列紧密且均匀, 整体性好。混合料中的细集料及胶结料对粗集料的骨架间隙实现了有效填充, 大的空隙肉眼观察不到。在静压成型法下的试件, 其剖面结构呈松散状态, 粗集料分布不均。集料颗粒未被细集料及胶浆充分裹覆, 可用肉眼看到分布于剖面表面大大小小的空隙。
4 施工中的原材料质量控制
在振动成型施工中, 为确保施工质量, 应进行原材料质量控制、混合料级配控制、施工机械配置控制和施工关键控制点等质量控制措施。
原材料质量控制是确保施工质量的一个重要因素, 在本文中仅介绍原材料的质量要点。
1) 集料。集料的压碎值、针片状含量、含泥量等应符合规范要求。骨架密实结构对集料的规格性和均匀性要求较高。粗集料的含量是影响基层强度的关键因素。在施工中, 通过对关键筛孔的通过率进行质量控制, 以达到在粗集料之间形成骨架结构的目的。
石屑是影响混合料路用性能的重要因素, 其含泥量和级配变异性较大, 对混合料级配的稳定性和质量的均匀性有着直接影响, 进行质量控制的难度较大。在施工过程中, 严格地落实源头管理, 加大筛分频率, 合理确定整体变异程度, 堆放时采取苫盖等措施。
2) 消石灰。在施工中, 应分批采购进料, 既不影响施工进度, 又不过多存放。
在施工前, 消石灰必须充分消解。否则, 碾压完成后, 基层出现局部胀松鼓包, 影响底基层的整体强度和平整度。
消解后的石灰应保持一定湿度, 控制在15%~20%为宜, 不得扬尘, 也不可过湿成团。
在每次使用之前, 必须复检有效钙和氧化镁含量, 不合格的消石灰不得使用。
增加消石灰含量可以提高强度, 但会严重影响混合料的收缩性能, 在施工过程中必须严格禁止随意提高消石灰含量。
堆放时, 需采取苫盖措施, 以确保含水量的均匀性。
3) 粉煤灰。存放时, 料堆表面应保持湿润, 含水量宜控制在15%~20%, 做到既不扬尘也不过湿成团。存放时必须采取苫盖措施, 若部分粉煤灰凝结成块, 使用时须将灰块打碎。
4) 水泥。对强度形成起关键作用。重视水泥的品质和剂量, 在符合规范要求的前提下, 形成定时与不定时相结合的抽检制度, 严格复检选择采用水泥的各项指标, 坚决禁止使用不合格的水泥。
5 结语
半刚性基层是我国应用最广泛的基层结构形式, 具有强度高、稳定性好、刚性大以及板体性好等优点。随着使用年限的增加, 出现严重的基层裂缝会影响公路的使用质量和寿命。
振动成型技术能够最大限度的模拟现场的施工条件, 应用于进行现场的施工指导, 对进行现场的施工质量控制效果显著。因此, 在我国大力推广和应用振动成型技术, 在确保提高半刚性基层强度的前提下, 能显著提高基层的抗裂和抗疲劳性能, 实现路面使用寿命的有效延长。
摘要：介绍了公路工程中半刚性基层材料设计及施工现状, 根据振动成型技术原理, 论述了半刚性基层路面振动成型技术的特点, 并对比分析了静压成型法与振动成型法的优缺点, 提出了振动成型施工中原材料的质控措施, 提高了半刚性基层路面的抗裂性和抗疲劳性, 延长了路面使用寿命。
关键词：半刚性基层,振动成型,原材料
参考文献
[1]天津市市政工程研究院.半刚性基层振动成型法施工技术与质量控制[Z].2010.
[2]高畅, 陈颖.基于振动成型法的半刚性基层配合比设计和施工技术探讨[J].公路交通技术, 2011 (5) :55-56.
半刚性基层路面 篇11
近年来,随着我省高等级公路的迅速发展,大多数高等级公路都采用较厚的半刚性基层,在基层上直接铺筑沥青混凝土的路面结构形式。这种结构整体强度高、性能好,但我省地处沿海多雨地区,地质条件决定高速公路很多段建于深厚软基上,尤其是长江以北地区的几条高速公路(宁—连、宁—徐、宁—盐、连—徐等) ,由于施工措施不力和管理养护不善等原因,在运营初期,局部路段沥青混凝土路面就出现不同类型、不同程度的早期开裂(横裂、纵裂、网裂或龟裂) 的病害,严重影响路面功能和使用寿命的问题日益突出。本文在对开裂路段的施工方法、管理和养护及其他原因进行了实际调查的基础上,结合理论分析,就半刚性基层沥青混凝土路面早期病害的几个技术问题进行初步探讨,提出了综合防治半刚性基层沥青混凝土路面早期开裂的施工控制措施,所有建议意见与同行共同商榷。沥青混凝土路面出现的病害按不同类型、不同程度及不同特性可以划分为非结构性和结构性两类。非结构性路面病害主要有:局部裂缝、搓板、推移、网裂和坑槽;主车道车辙、泛油、路拱变缓;有规则的纵、横缝;等等。结构性病害主要有:局部沥青混凝土路面龟裂、半刚性基层破损、沉陷、翻浆;结构性辙槽;等等。各种病害对路面的运营状况和耐久性都有着明显地不良影响,还直接导致路面的维修困難。
1.半刚性基层及其质量控制
1.1关于半刚性基层
目前,我省高速公路采用的水泥稳定碎石及石灰、粉煤灰稳定碎石两种半刚性基层。具有强度高、刚度大、整体好的优点,但有其致命弱点: (1)当含水量和温度变化时,易产生规则的干燥收缩裂缝和温度裂缝,并会引起路面面层在一定位置对应开裂,习惯上称为半刚性基层的反射裂缝,会直接导致该处受雨水侵蚀。在高速行车作用下,不透水半刚性基层顶面受层间有压水冲刷,出现局部破损从而导致沥青混合料松散破损并发展为啃边、网裂和坑槽等病害。(2)如半刚性基层养护不到位和管理不力,基层顶面常易被松散的尘粒裹覆,使基层和面层分离形成一个滑动状态的“工作面”,从而导致沥青面层在行车水平力作用下产生推移、搓板和坑槽等病害。(3)半刚性基层稳定性的好坏直接决定面层是否出现龟裂、沉陷和翻浆等结构性损坏。
1.2半刚性基层的病害防治对策及质量控制
由水泥、石灰、粉煤灰等与无机结合料形成的半刚性基层,由于其材料具有较高的温缩和干缩特性,使得半刚性基层在温度、湿度环境因素作用下,往往先出现开裂,并反射到沥青混凝土面层,造成面层松散,产生网状裂缝。因此,针对这些问题,在施工过程中必须采取多种措施加以避免。
1.2.1认真做好原材料试验和选择
材料质量的好坏,直接影响半刚性基层的施工质量,尤其是就地采备的粗、细集料。在进行基层施工前至少28d ,应将原材料样品委送到实验室,按规定项目要求进行原材料检测,并将试验结果送交监理工程师认定,严禁一切不合格材料进场使用。
1.2.2合理确定集料级配与混合料配比
施工单位配比设计的目的,主要是调剂集料级配进行击实试验来选择合理的配合比,确定混合料的最佳含水量和最大密实度。
半刚性基层集料级配的要求非常严格。因为混合料中的孔隙仅靠水泥和二灰填充是远远不够的,必须要求集料从粗到细连续级配,严禁使用塑性指标偏高的土作为细填充料。施工中严格控制集料级配,加强集料级配的自检力度,并严格控制最大颗粒尺寸。试验是施工质量的基本前提,因此,从试验条件、试验方法到试验操作和数据处理都必须严格按照国家相关规范进行。严禁使试验成为形式主义和走过场,杜绝施工后补做和补资料。
1.2.3规范现场施工
基层施工一般工期较长、环节较多,技术人员应从各方面严格管理、严肃纪律,确保基层合格。因为施工期长,应关注天气条件的变化,并判断天气条件是否会影响质量。比如阴雨天气,混合料易受雨淋,使混合料的含水量产生变化,影响压实度,降雨时应停止施工,有条件的话混合料最好覆盖;再如气温太低也会影响施工,当现场气温低于5度就不宜进行施工。在铺筑半刚性基层前,首先应将底基层上的浮土、杂物全部清除,保持表面整洁,并适当洒水湿润,对底基层已出现的不均匀、破损或开裂等部位应按要求进行整修处理。否则,半刚性基层会受其影响而开裂。
2.沥青混凝土面层病害对策及质量控制
2.1施工前的各项检测试验
沥青路面基层的质量检测。基层是路面的主要承重层,在铺筑沥青混凝土面层前,应按有关部门规范的要求对其质量进行全面认真的检查,对发现的不平、松散、凹坑和软弱之处,要及时整修以达到验收规范的要求。
材料的检测。材料进场后,应将各种集料、沥青等样品按JTJ052-93 规定进行原材料试验检测,视检测结果决定是否使用。同时,对施工设备的性能和计量精度也要进行细致地检查,良好运营的设备是高质量施工的前提和保障。沥青混合料的配比设计与检测。沥青混合料的配比设计主要任务是确定粗、细集料、矿粉和沥青的最佳配比组成,配比设计既要依据理论又要结合施工实践经验。沥青混合料的最佳用量,采用马歇尔试验法确定,通过试验路段确定生产用的标准配比,在施工过程中不能随意变更。
2.2施工中的质量控制
沥青混合料的拌制。沥青混合料配比确定以后,应严格控制各种材料用量及加热温度,拌和后的沥青混合料应均匀一致、无花白、无离析和结团成块等现象,沥青混合料的加热温度应调节到能使混合料出厂温度符合JTJ032-94的要求。沥青混合料的拌和时间可以通过试拌确定,应以拌和均匀为衡量标准,所有矿物颗粒全部包裹沥青,间歇式拌和机每锅拌和时间宜为30～50s,连续式拌和机拌和时间有上料速度及拌和温度调节,并应得到稳定控制,使混合料的拌和质量均匀一致。沥青混合料的摊铺。混合料应采用机械摊铺,摊铺前先熟悉机械性能并将其调试到最佳状态,为了防止和消除摊铺作业中可能出现的质量隐患和路面早期病害,要严格控制混合了的温度和铺机的行进速度,保证厚度均匀。沥青混合料摊铺后应立即进行充分、均匀的碾压。碾压温度最好为混合料的最压实温度,一般不得低于120℃;压路机的行进速度也应控制在4～5km/h ,速度过快会使混合料产生推移、横向裂纹等,速度过低会直接使压实工作间断,影响压实质量;碾压过程应遵循先轻后重、由边到中心的程序。
2.3养护管理
沥青混合料路面的初期养护与管理也是防止路面早期病害的重要环节之一。应在混合料摊铺完成并自然冷却到低于50 ℃以后,才能开放交通,并对通行车辆实行管理,使其在全路面内匀速行驶,避免急转和急刹。
3.结束语
高速公路沥青混凝土路面早期病害预防与整治是一项系统工程。首先,从设计、施工到监理都必须具有高度的事业心和强烈的责任感;其次,对每一项工程的过程和细部应严格按规范设计、施工和验收;再次,要人员、设备、工序和工艺一丝不苟,精益求精,才能全面提高工程质量,交给人民一项优良工程。
半刚性基层路面 篇12
我国公路经过十几年的建设, 大部分沥青路面均采用半刚性基层, 其应用技术也越来越熟, 施工企业也积累了丰富的经验, 但是半刚性基层对应变很敏感, 对于正常施工的半刚性基层沥青路面而言, 路面交通荷载重复作用下半刚性基层的这种因温度和湿度变化产生的干、缩裂缝会扩展到沥青路面面层引起开裂。路面裂缝不仅影响路面美观、降低平整度, 更重要的是路面开裂后路表水通过裂缝渗到路面基层、底基层甚至土基, 削弱基层、土基的强度, 从而加剧路面的破坏, 缩短路面的使用寿命。
以某工程为例:该工程路面结构形式:15cm水泥稳定砾石基层+下封层+4cm中粒式沥青面层+3cm细粒式沥青面层。施工时间为2005年6月至8月, 工程竣工后进行路面工程质量评定, 进行了路表弯沉值、取芯、马歇尔、横坡度、平整度等指标的测定, 均符合设计要求。在2005年底个别地段出现少量的横向丝状裂缝, 进入严冬、春融后, 原丝裂缝明显增大, 最大横向裂缝宽3~5mm, 裂缝数量也增多, 一般5~30m一道, 多居路面两侧边缘, 弯道外侧。
2 产生裂缝的原因分析
半刚性基层材料的干缩性和温缩性相对较大, 故在其施工碾压、养生过程甚至在沥青面层铺筑后, 半刚性基层会不可避免地产生裂缝;因而在开放交通后, 在一定的气候因素和交通因素的作用下, 便会产生路面裂缝。
2.1 半刚基层沥青路面反射裂缝
反射裂缝通常由温缩和干缩共同作用产生的。路面结构都是铺筑在地表, 地表随着季节的变化产生温差, 随着路面结构深度的增加, 结构内部的温差逐渐减小, 即在结构内部存在一定的温度梯度从而产生温缩。
同时因该工程半刚基层在高温季节施工, 成型初期内部含水量大, 且未被沥青面层封闭, 此时基层内部的水分必然要蒸发, 从而发生由表及里的干燥收缩。所以, 修建初期的半刚性基层同时受到干燥收缩和由昼夜温差引起的温度胀缩疲劳作用的综合效应, 这个阶段是以干燥收缩为主, 温度收缩为辅的综合过程。
众所周知, 反射裂缝在瞬间是不可能贯穿整个路面宽度的, 除非在应力作用时, 裂缝的长度已经等于或大于相对于整个路面宽度的临界长度。较为合理的发展过程是裂缝首先在路表面某些位置产生, 然后再向两侧扩展。一般情况下, 反射裂缝多出现在轮迹处, 因为温度对反射裂缝的影响在整个路面宽度内都是相同的, 而行车荷载则是以一定的频率分布在车道上。
2.2 下封层的施工
下封层的主要作用是防止进入沥青路面的水下渗侵入到基层中同时使面层和基层间形成足够的结合力, 基层与面层结合良好可以使薄沥青面层不产生滑动、推移等破坏。施工中通常在基层表面喷洒适量的乳化沥青, 然后均匀地撒布单粒径碎石并以轻型轮胎压路机稳压, 碎石覆盖率一般是整个面的60%~65%, 但实际操作中, 通过人工很难做到均匀撒布, 特别是在无法封闭交通施工路段, 下封层就无法有效起到阻止水分下渗的作用。
2.3 水的影响
因该工程地处山区, 年降水量较大, 地下水系丰富, 路面设计结构面层为AM16, 抗滑表层则采用AM13, 空隙率达到6%以上, 因而只要有降雨, 抗滑表层内部总是处于饱水状态;而下面层则会由于表面水少量的渗入, 路面开裂以及基层中毛细水上升等原因使得有不少水分滞留在混合料的空隙中, 随着轴载重量和数量的增加, 路面内部的水在重力的作用下可能形成很大的真空吸力, 可使路面产生比降低抗剪强度更加严重的破坏, 如翻浆和面层材料的剥落侵蚀等。
同时, 半刚性基层集料施工配合比及水泥的剂量对路面半刚性基层收缩裂缝均产生一定程度的影响。通过本工程在施工中很好的控制水泥剂量, 避免了因水泥剂量过大产生的收缩裂缝, 建议在施工中每个工作日应做水泥剂量试验, 严格控制水泥剂量在设计范围内, 做到试验结果及时指导施工。
3 防治措施
综合以上分析, 半刚基层沥青路面裂缝形成有复杂的原因, 与材料性能、结构层组合设计、施工环境、施工工艺等方面有关, 其防治是一个综合治理的过程, 必须要结合施工现场实际情况做出全面的考虑, 采取切实可行的措施才能取得预期的效果。
3.1 选择合理的基层材料。控制集料中细集料的含泥量和塑性指数, 以减少水稳集料中粘土含量。
3.2 进行合理的结构组合设计。
路面结构层的确定, 在降雨量大的多雨湿热地区, 在满足抗滑性能要求的同时尽量降低其空隙率。建议对下面层尽可能采用I型的密级配沥青混凝土, 一方面使路面水尽可能少地渗到基层中, 另一方面, 也可以阻隔基层中的毛细水, 从而增加整个沥青中面的水稳定性。
沥青面层厚度的确定。所选用的沥青面层厚度应考虑到足以抵抗基层裂缝反射对面层的影响同时要考虑到经济可行。
此外, 由于沥青混凝土面层厚度与混合料级配的最大粒径之比不当, 施工中不利于压实, 造成孔隙率过大。因此合理考虑沥青面层厚度与所选择设计级配的最大公称粒径尺寸的关系也是应当予以重视的因素。
3.3 控制施工碾压时的含水量。
通过试验发现, 含水量每增加1%对基层干缩应变的影响相当于水泥剂量2~3倍。含水量较大情况下的基层混合料, 具有较大的缩裂性质, 严格控制含水量的混合料压实后可以明显降低缩裂程度, 当基层混合料的含水量略低于最佳含水量 (1%~2%) 时, 对施工压实及强度造成影响, 而且还明显减少了水泥稳定基层的干缩裂缝。
3.4 减少半刚性基层的曝晒时间。
在基层施工中, 应注意湿治养生并及时做封层处理以防止基层初期破坏和干缩裂缝产生。对于已发生初期裂缝的基层应全面而详细调查, 如果裂缝较严重, 则应采取切割、开挖的办法并利用合适的材料重新铺筑基层。
3.5 设置完善的路面内部排水结构, 尤其是设置好路边缘的排水设施。
摘要：针对公路沥青路面结构半刚性基层施工现状, 简单分析路面产生裂缝的原因, 并提出了相应对策措施。