CN104499398A

CN104499398A - 一种适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构

Info

Publication number: CN104499398A
Application number: CN201410769138.8A
Authority: CN
Inventors: 黄晓明; 李昶; 程永振
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2015-04-08

Abstract

本发明提供了一种适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构，该路面结构从上到下依次包括沥青面层，密级配沥青碎石基层，夹层以及底基层；所述沥青面层包括表面层及下面层，所述表面层位于所述沥青路面的上表面，所述下面层铺设于所述表面层下方，所述表面层和下间层之间喷洒有黏层油；所述密级配沥青碎石基层铺设于所述下面层下方，密级配沥青碎石基层和下面层之间喷洒有黏层油；所述夹层铺设于所述密级配沥青碎石基层下方，所述底基层铺设于路基之上。本发明可以有效缓解黑棉土地区路基不均匀变形对路面造成的附加应力的影响，减少路面裂缝的发生。

Description

一种适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构

技术领域

本发明涉及一种公路沥青路面结构，特别涉及一种适应黑棉土路基胀缩变形的沥青公路路面。

背景技术

黑棉土成分以蒙脱石或蒙脱石/伊利石混层结构为主，并含有少量高岭石、埃洛石。天然状态下的黑棉土具有较高的含水率、液限和塑限指数。具有较高的膨胀潜势，吸水后迅速膨胀，强度急剧衰减，失水后会干缩，发展成龟裂，并反射到路基，造成路基路面病害发生。由于地表水下渗或地下水影响，导致路基发生胀缩变形和填方不均匀下沉而引起沥青路面的波浪、拥包和沉陷病害，半刚性基层和面层的开裂病害。

长期以来，级配碎石垫层或夹层结构被认为是协调路基路面变形的合适结构，并得到广泛应用，但是级配碎石整体性差，荷载传递能力和承载能力不足，关键是级配碎石置于面层下面易使沥青面层发生疲劳破坏。

土工格室为上世纪80年代在国际上出现的一种新型三维土工合成材料，它是一种高分子聚合物宽条带经强力焊接而形成的三维网状结构体，伸缩自如，运输时可缩叠起来，使用时可张开，并在格室中填砂、碎石或粘土材料，构成具有强大侧向和大刚度的柔性结构层。目前土工格室在浅层地基处理和坡面防护得到大量应用，当在路面结构中使用较少。基于土工格室级配碎石既能发挥级配碎石的柔性变形能力，相比级配碎石增加了刚度和整体性，可以用于适应黑棉土路基胀缩变形的路面结构中。

发明内容

技术问题：本发明是针对上述现有技术领域存在的缺失，提供了一种适应黑棉土路基胀缩变形的新型沥青路面结构，以解决黑棉土地区路基出现不均匀变形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。

技术方案：本发明提供如下技术方案：

一种适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构，该路面结构从上到下依次包括沥青面层，密级配沥青碎石基层，夹层以及底基层；

所述沥青面层包括表面层及下面层，所述表面层位于所述沥青路面的上表面，所述下面层铺设于所述表面层下方，所述表面层和下间层之间喷洒有黏层油；

所述密级配沥青碎石基层铺设于所述下面层下方，密级配沥青碎石基层和下面层之间喷洒有黏层油；

所述夹层铺设于所述密级配沥青碎石基层下方，所述底基层铺设于路基之上；

所述表面层采用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA-13)，所述下面层采用美国SHRP研究成果高性能沥青路面混合料(Superpave-20)，所述基层采用密级配沥青稳定碎石混合料(ATB-25),所述夹层采用土工格室级配碎石，底基层采用水泥稳定碎石；

所述土工格室级配碎石的最大粒径不大于31.5mm，并采用骨架密实结构，格室片的拉伸屈服强度大于23.0MPa，焊接处抗拉强度大于100N/cm；

所述土工格室级配碎石的最大粒径不大于31.5mm，并采用连续级配结构。

优选的，所述沥青面层的表面层为40mm的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA-13)，最大公称粒径为13mm，间断级配；

所述沥青面层的下面层采用60mm的美国SHRP研究成果高性能沥青路面混合料(Superpave-20)，最大公称粒径为20mm；

所述沥青面曾的下面层之下采用150mm密级配沥青碎石层，其最大公称粒径为26.5mm。

优选的，所述密级配沥青碎石层基层和底基层之间采用200mm厚的土工格室级配碎石夹层，其最大公称粒径为31.5mm；

土工格室为强化的高密度聚乙烯(HDPE)片材料经过强力焊接而形成的三维网状结构；格室片的拉伸屈服强度大于23.0MPa，焊接处抗拉强度大于100N/cm；

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89.5％，尺寸为9.5mm的方孔筛，碎石通过率为58.2％，尺寸为4.75mm的方孔筛，碎石通过率为33.8％，尺寸为2.36mm的方孔筛，碎石通过率为21.5％，尺寸为0.6mm的方孔筛，碎石通过率为11.9％，尺寸为0.075mm的方孔筛，碎石通过率为3.0％。

优选的，底基层采用200mm水泥稳定碎石，其最大公称粒径为31.5mm，水泥稳定碎石的弹性模量1600Mpa～2000MPa。

有益效果：本发明是一种适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构。水泥稳定碎石具有较好的应力扩散能力，可以有效缓解黑棉土地区路基不均匀变形对路面造成的附加应力的影响，减少路面裂缝的发生。采用强度等级较高的水泥和级配密实结构可以提高该层的强度和模量，使得该层具有更好的稳定效果和力学性能。土工格室级配碎石层具有较好的变形能力和一定的刚度，可以起到很好的应力吸收的作用，能有效的缓解黑棉土路基不均匀胀缩变形对路面结构的影响。土工格室具有三维增强作用，保证级配碎石具有一定的整体性和刚度，可以缓解普通级配碎石做基层或垫层而造成面层结构疲劳病害。密级配沥青碎石混合料的使用可以避免路面结构面层直接置于级配碎石夹层之上而出现疲劳破坏，较厚的密级配沥青碎石混合料基层同样具有协调路基路面不均匀变形的效果，并具有较好承载能力和传荷能力，避免土工格室级配碎石层因受力不均而产生差异竖向变形。本发明的水泥稳定碎石底基层、土工格室级配碎石夹层和密级配沥青碎石混合料的基层结构可以有效缓解黑棉土地基和路基胀缩变形对路面结构层的影响。

附图说明

图1为一种适应黑棉土路基胀缩变形的新型沥青路面结构；

图2为本发明土工格室级配碎石夹层剖意图。

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。

本发明提供了适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构，该路面结构从上到下依次包括沥青面层，密级配沥青碎石基层，夹层以及底基层；

所述沥青面层的表面层为40mm的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA-13)最大公称粒径为13mm，间断级配；

所述密级配沥青碎石层基层和底基层之间采用200mm厚的土工格室级配碎石夹层，其最大公称粒径为31.5mm；

底基层采用200mm水泥稳定碎石，其最大公称粒径为31.5mm，水泥稳定碎石的弹性模量1600Mpa～2000MPa。

本发明采用土工格室级配碎石夹层缓解黑棉土路基的不均匀变形，密级配沥青碎石混合料的应用增加含级配碎石层的路面结构的抗疲劳性能。本发明中的路面结构，所述沥青面层的表面层为40mm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；所述沥青面层的下面层采用80mm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。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。

所述面层下方采用150mm密级配沥青碎石混合料，最大公称粒径为26.5mm，该层采用基质沥青，控制沥青含量为最佳含量+0.2％，使得该层具有较好的应力吸收性能和优良的抗疲劳性，能够有效抑制和减少沥青路面反射裂缝的产生。

所述密级配沥青碎石混合料基层下方采用厚度200mm的土工格室级配碎石，级配碎石是非线性的，其弹性模量随着应力水平而变化，具较好的适应路基不均匀变形的能力，同时土工格室保证级配碎石具有一定的刚度。采用上述尺寸的土工格室级配碎石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，级配碎石层有缓解路基不均匀变形的能力，起到均化地基差异的作用，在一定程度上减少不均匀沉降。

所述土工格室级配碎石夹层下方采用厚度200mm的水泥稳定碎石底基层。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1800MPa左右。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，水泥泥稳定碎石底基层就有较高的弹性模量和板体性，可以起到均化地基差异变形的作用，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5层。分别是SMA-13层、Superpave-20层、ATB-25层、土工格室级配碎石层和水泥稳定碎石层。其中沥青面层包括SMA-13层、Superpave-20层，层间喷洒黏层油，以加强层间连接。基层采用密级配沥青碎石混合料，密级配沥青碎石混合料层和下面层之间喷洒黏层油。密级配沥青碎石混合料层下部采用土工格室级配碎石层夹层，底基层采用水泥稳定碎石层。

在铺设本发明的沥青路面时，首先铺设水泥稳定碎石层，水泥稳定碎石层具有较好的强度、刚度和平整度，有利于土工格室级配碎石层夹层压实。水泥稳定碎石的集料配合比和水泥用量应通过试验确定。

本发明的土工格室级配碎石夹层应使用了土工格室三维增强结构，提高了其刚度和强度，具有更好地应力吸收能力。现行《公路路面基层施工技术规范》中对于级配碎石应用于高等级路面只要求级配碎石所用石料的压碎值，而对级配碎石混合料无具体要求。在本发明中，通过级配碎石的级配、土工格室等因素的控制使得该层有较好刚度、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。所述土工格栅级配碎石采用如下方法制备：

1碎石级配

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。本发明中土工格栅级配碎石采用如附图2所示的土工格室三维增强级配性集料结构，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，细集料含量对级配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：

土工格栅级配碎石层采用上述的碎石级配，并使用土工格室三维增强结构，使得本发明的土工格栅级配碎石的抗压强度、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土工格室

土工格室型号为TGLG-PP-300-340-1.2，格室片的拉伸屈服强度大于23.0MPa，焊接处抗拉强度大于100N/cm，格室组间连接处抗拉强度(格室片边缘)大于200N/cm，格室组间连接处抗拉强度(格室片中间)大于120N/cm，保证施工时格室不会破坏和焊接处断开。

3含水量

含水量不同影响级配碎石的压实效果，合适的含水量可使级配碎石获得最大干密度和最佳压实效果，从而保证级配碎石的结构强度和整体性。本发明中的水泥稳定碎石材料根据击实试验得到最佳含水量。

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。由于土工格室三维增强作用级配碎石底基层的获得比普通级配碎石较大的刚度，达到应力吸收，减小路基不均匀变形的目的。

ATB-25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。

表面层、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。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，在黑棉土地区地基、路基易发生不均匀变形，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。在本发明中，基层使用了密级配沥青碎石混合料，并使用了土工格室级配碎石层夹层，以起到均化不均匀变形的目的。

Claims

1.一种适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构，其特征在于，该路面结构从上到下依次包括沥青面层，密级配沥青碎石基层，夹层以及底基层；

所述表面层采用沥青玛蹄脂碎石混合料，所述下面层采用沥青路面混合料，所述基层采用密级配沥青稳定碎石混合料,所述夹层采用土工格室级配碎石，底基层采用水泥稳定碎石；

2.根据权利要求1所述的适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构，其特征在于，

所述沥青面层的表面层为40mm的沥青玛蹄脂碎石混合料，最大公称粒径为13mm，间断级配；

所述沥青面层的下面层采用60mm的高性能沥青路面混合料，最大公称粒径为20mm；

3.根据权利要求1所述的适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构，其特征在于,

土工格室为强化的高密度聚乙烯片材料经过强力焊接而形成的三维网状结构；格室片的拉伸屈服强度大于23.0MPa，焊接处抗拉强度大于100N/cm；

4.根据权利要求1所述的适应黑棉土路基胀缩变形的沥青路面结构，其特征在于，底基层采用200mm水泥稳定碎石，其最大公称粒径为31.5mm，水泥稳定碎石的弹性模量1600Mpa～2000MPa。