CN106939541A - 一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构及方法，属于道路工程领域。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。

Description

一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构及方法
技术领域
本发明涉及道路工程领域，具体地说是一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构及方法。
背景技术
随着我国交通运输业的发展，公路交通量不断增加，我国一些早期修建的重要高速公路逐步面临着改扩建的问题。在改扩建工程中，原路面的路面改造和拼接是高速公路改扩建的重点和难点，也是高速公路改扩建成败的关键所在。
我国早期修建的高速公路大都采用半刚性基层沥青路面结构，这种路面结构的优点是半刚性材料刚度大、板体性较好，缺点是路面结构使用期末半刚性材料层反射裂缝比较密集。在改扩建工程中为了充分利用老路半刚性基层残余承载力，减少大规模挖除重建，对部分路况较好路段通常仅进行简单病害处理保留原结构层使用。为了保持与原路面结构组合一致，传统扩建路面结构拓宽拼接方法是采用同样结构形式的半刚性基层沥青路面结构进行拓宽拼接。采用传统拼接方法时，没有考虑结构内部和结构层间排水预留通道，导致老路面结构和拼接接缝处很快出现开裂、唧浆、松散和坑槽等病害。另外，由于在长期反复荷载作用下，老路半刚性基层模量已经衰减，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不一致，由此增加了接缝纵向开裂的风险。近年来，有改造工程开始采用排水抗裂式大粒径沥青碎石路面拼接结构，虽然能较好解决上述问题，但其造价比传统方法高出很多。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构。与现有技术相比，本发明的结构具有确保结构内部排水、提高老路及拓宽路面结构承载力、增强接缝整体性及改造成本低等优点。
同时还提供该半刚性半柔性高速公路扩建路面结构施工方法。
本发明的技术任务是按以下方式实现的：
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。
一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构，包括内侧的半刚性老路，所述老路结构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、土基；其特征在于：在老路的外侧有拓宽的新路，所述新路为半刚半柔性复合路面结构，所述新路与老路对应的结构层为包括沥青表面层、沥青中面层、沥青下面层、透水级配碎石结构层、抗裂半刚性材料下基层、抗裂半刚性材料底基层、土基，所述新路与老路最上面层统一加铺一层表面层沥青混合料；新路与老路的拼接处为拼接台阶结构，所述新路中透水级配碎石层、抗裂半刚性材料下基层、抗裂半刚性材料底基层的底标高比对应老路结构层的层底标高要低，并在拼接台阶顶面设置钢筋网片。
所述透水级配碎石层采用开级配骨架结构，结构层厚度15～20cm，其级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配范围为：
31.5mm，85％～100％；26.5mm，60％～80％；16mm，40％～60％；9.5mm，30％～40％；4.75mm，15％～25％；1.18mm，12％～18％；0.6mm，10％～17％；0.075mm，1％～4％。
所述抗裂半刚性材料下基层和底基层采用骨架密实结构，厚度范围分别为15cm～20cm，其级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配范围为：
31.5mm,100％；19mm，76％～86％；9.5mm，43％～55％；4.75mm，26％～36％；2.36mm，16％～26％；0.6mm，8％～16％；0.075mm，0％～3％。
所述钢筋网片为1.8～2.2m宽。
所述钢筋网片中的钢筋直径为12mm，钢筋间距5cm×5cm。
所述新路中透水级配碎石层、抗裂半刚性材料下基层、抗裂半刚性材料底基层的底标高比对应老路结构层的层底标高要低0.5～2cm。
半刚性半柔性高速公路扩建路面结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)从拼接接缝处向外侧依次对老路各结构层拼接台阶的宽度进行分层铣刨，
(2)新建拓宽车道采用半刚半柔性复合路面结构，自上而下包括沥青表面层、沥青中面层、沥青下面层、透水级配碎石层、抗裂半刚性材料下基层、抗裂半刚性材料底基层及路基，
(3)新路与老路最上面层统一加铺一层表面层沥青混合料
所述新老路面结构弯沉差要求小于4(0.01mm)。
新老路面结构弯沉采用双圆均布荷载作用下连续弹性层状理论计算，老路面结构加铺前的当量模量通过实测弯沉计算确定，扩建路面各结构层模量通过试验实测确定，计算采用模量及泊松比参考取值范围如下：
路基：100～300MPa，泊松比0.4；
半刚性材料层：12000Mpa～18000Mpa，泊松比0.25；
级配碎石层：200～400Mpa，泊松比0.25；
沥青混合料层：13000～15000Mpa，泊松比0.35。
所述老路路面在延铺沥青表面层之前进行病害处理后，撒布高粘弹沥青封层。
与现有技术相比，一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构及方法具有以下突出地有益效果：
(一)该结构方法针对老路结构内部损伤及排水特性，采用透水级配碎石层与半刚性基层形成的半柔性复合扩建拼接结构，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；
(二)该结构方法针对老路结构层使用期末模量衰减的特点，采用级配碎石层与半刚性基层形成的半柔性复合扩建拼接结构，使拓宽路面结构整体模量与老路病害处理及加铺后的整体模量一致，解决了变形不协调的问题，极大提高拓宽新老路面结构的整体性能；
(三)该结构方法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。
附图说明
图1一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构
具体实施方式
参照说明书附图以具体实施例对本发明的一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构作以下详细地说明。
本实施例是四车道高速公路改八车道扩建，两则加宽，需要进行车道拓宽拼接。
老路具体结构为4cmSMA-13(上沥青面层1)+6cmAC-20C(中沥青面层2)+8cmAC-25C(下沥青面层3)+18cm半刚性材料上基层4+18cm半刚性材料下基层5+18cm半刚性材料底基层6+土基。
新老路拼接接缝设置在老路外车道的外侧标线中心线上。从拼接接缝处向外侧对老路结构层进行分层铣刨，与老路路面结构相对应，按规范规定及本行业通常做法铣刨预留一定宽度的结构层拼接台阶。
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。新老路面结构统一加铺4cmSMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料10，拓宽拼接结构分别与4cmEME-13(上沥青抗车辙层11)+6cmAC-20C(中沥青面层12)+8cmAC-25C(下沥青面层13)对接，对应老路沥青表层1、中沥青面层2及下沥青面层3。
与原老路半刚性材料上基层4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14，与原老路半刚性材料下基层5及半刚性材料底基层6对应的扩建拼接路面结构层采用抗裂半刚性材料下基层15和抗裂半刚性材料底基层16。
为保证老路结构内部及结构层间横向排水，扩建拼透水级配碎石结构层14、抗裂半刚性材料层15与16的层底标高比对应老路结构层的层底标高低1cm。
新老结构层拼接处台阶8顶面(半刚性材料上基层4和透水级配碎石结构层14、半刚性材料下基层5和抗裂半刚性材料下基层15、半刚性材料底基层6和抗裂半刚性材料底基层16)设置钢筋网片9，增强新老半刚性材料层的整体性和抗拉、抗剪效果。钢筋网片2m宽，采用￠12钢筋网片，钢筋间距5cm×5cm。
为保证沥青层、基层结构内部排水及新老路面结构变形协调，拼接路面结构上基层透水级配碎石结构层14采用开级配骨架结构，结构层厚度18cm，其级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配为：
31.5mm，90％；26.5mm，71％；16mm，52％；9.5mm，35％；4.75mm，22％；1.18mm，16％；0.6mm，14％；0.075mm，3％。
所述抗裂半刚性材料层采用骨架密实结构，结构层总厚度36cm，分抗裂半刚性材料下基层15和抗裂半刚性材料底基层16，单层厚度范围18cm，其级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配为：
31.5mm,100％；19mm，80％；9.5mm，49％；4.75mm，32％；2.36mm，21％；0.6mm，12％；0.075mm，2.5％。
根据检测和试验确定材料参数，验算新老路面结构弯沉差是否小于4(0.01mm)。
新老路面结构弯沉差采用双圆均布荷载作用下连续弹性层状理论验算。老路面结构加铺前的当量模量通过实测确定。通过检测及试验，路面结构参数及泊松比取值如表1所示。通过计算得到老路面结构弯沉：10.8(0.01mm)；扩建半刚性半柔性路面结构弯沉：9.7(0.01mm)；扩建传统半刚性基层对比结构弯沉：6.0(0.01mm)。由此可知，半刚性半柔性路面拼接结构弯沉与老路面结构弯沉差为1.1(0.01mm)，满足弯沉差小于4(0.01mm)的要求。
表1路面结构验算参数取值及不同结构弯沉对比

Claims (10)

1.一种半刚性半柔性高速公路扩建路面结构，包括内侧的半刚性老路，所述老路结构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、土基；其特征在于：在老路的外侧有拓宽的新路，所述新路为半刚半柔性复合路面结构，所述新路与老路对应的结构层为包括沥青表面层、沥青中面层、沥青下面层、透水级配碎石结构层、抗裂半刚性材料下基层、抗裂半刚性材料底基层、土基，所述新路与老路最上面层统一加铺一层表面层沥青混合料；新路与老路的拼接处为拼接台阶结构，所述新路中透水级配碎石层、抗裂半刚性材料下基层、抗裂半刚性材料底基层的底标高比对应老路结构层的层底标高要低，并在拼接台阶顶面设置钢筋网片。
2.根据权利要求1所述的半刚性半柔性高速公路扩建路面结构，所述透水级配碎石层采用开级配骨架结构，结构层厚度15～20cm，其级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配范围为：
31.5mm，85％～100％；26.5mm，60％～80％；16mm，40％～60％；9.5mm，30％～40％；4.75mm，15％～25％；1.18mm，12％～18％；0.6mm，10％～17％；0.075mm，1％～4％。
3.根据权利要求1所述的半刚性半柔性高速公路扩建路面结构，所述抗裂半刚性材料下基层和底基层采用骨架密实结构，厚度范围分别为15cm～20cm，其级配以各粒径矿料通过标准尺寸筛孔百分率计，其级配范围为：
31.5mm,100％；19mm，76％～86％；9.5mm，43％～55％；4.75mm，26％～36％；2.36mm，16％～26％；0.6mm，8％～16％；0.075mm，0％～3％。
4.根据权利要求1所述的半刚性半柔性高速公路扩建路面结构，所述钢筋网片为1.8～2.2m宽。
5.根据权利要求4所述的半刚性半柔性高速公路扩建路面结构，所述钢筋网片中的钢筋直径为12mm，钢筋间距5cm×5cm。
6.根据权利要求1所述的半刚性半柔性高速公路扩建路面结构，所述新路中透水级配碎石层、抗裂半刚性材料下基层、抗裂半刚性材料底基层的底标高比对应老路结构层的层底标高要低0.5～2cm。
7.权利要求1－6任一所述半刚性半柔性高速公路扩建路面结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)从拼接接缝处向外侧依次对老路各结构层拼接台阶的宽度进行分层铣刨，
(2)新建拓宽车道采用半刚半柔性复合路面结构，自上而下包括沥青表面层、沥青中面层、沥青下面层、透水级配碎石层、抗裂半刚性材料下基层、抗裂半刚性材料底基层及路基，
(3)新路与老路最上面层统一加铺一层表面层沥青混合料。
8.根据权利要求7所述的施工方法，所述新老路面结构弯沉差要求小于4×0.01mm。
9.根据权利要求8所述的施工方法，新老路面结构弯沉采用双圆均布荷载作用下连续弹性层状理论计算，老路面结构加铺前的当量模量通过实测弯沉计算确定，扩建路面各结构层模量通过试验实测确定，计算采用模量及泊松比参考取值范围如下：
路基：100～300MPa，泊松比0.4；
半刚性材料层：12000Mpa～18000Mpa，泊松比0.25；
级配碎石层：200～400Mpa，泊松比0.25；
沥青混合料层：13000～15000Mpa，泊松比0.35。
10.根据权利要求7所述的施工方法，所述沥青表面层混合料延展于老路路面之前需进行病害处理。
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