CN114197262B - 一种处理全厚式沥青路面与路基结合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于路面铺装的技术领域，具体的涉及一种处理全厚式沥青路面与路基结合的方法。该处理方法首先在水泥稳定土铺筑的路床顶面上嵌入碎石；然后洒布乳化沥青稳定碎石；最后热沥青进一步加固碎石，并在路基路面之间形成一层防水层。所述处理方法有利于提高面层沥青材料与路基土质材料的结合，减少了由于界面滑动造成的沥青层的疲劳开裂，提高了路面结构的使用性能，延长了使用寿命。

Description

一种处理全厚式沥青路面与路基结合的方法
技术领域
本发明属于路面铺装的技术领域，具体的涉及一种处理全厚式沥青路面与路基结合的方法。
背景技术
我国公路沥青路面结构设计疲劳寿命为15年，周期性重建造成巨大的交通、环境与资金压力。我国公路交通建设进入新的发展阶段，绿色可持续的长寿命路面技术是交通强国战略的要求，也是未来的发展趋势。全厚式沥青路面是指路床顶以上各结构层(垫层除外)均采用沥青混合料铺筑的路面，结构使用寿命可超过35年。
全厚式沥青路面结构为直接在路基顶面直接铺筑沥青混合料层，由于路基为无机材料属性，路面沥青属于有机材料，两者性质差别巨大，因此全厚式沥青路面与路基之间的结合成为该种路面结构的薄弱环节。如果直接在路基顶面铺筑沥青混合料层，则会造成路基与路面连接不良，路基毛细水与路表下渗水极易形成连通；沥青混合料层的底部会出现较大拉应力，在反复荷载及干湿循环的作用下路面结构极易损坏。
为了解决全厚式沥青路面与路基之间的结合问题，目前通常额外设置一层一定厚度的级配碎石垫层。因受级配碎石施工压实最小厚度的限制，所设垫层级配碎石的厚度一般需20cm以上。由于级配碎石为无结合料的散体材料，其强度一般较低，导致额外设置的垫层不仅增加了路面结构的厚度，还因强度低而弱化了道路的承载力，使得沥青层底部极易开裂，从而造成资源的巨大浪费。因此亟需一种有效解决全厚式沥青路面与路基结合问题的处理方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种处理全厚式沥青路面与路基结合的方法。该处理方法有利于提高面层沥青材料与路基土质材料的结合，减少了由于界面滑动造成的沥青层的疲劳开裂，提高了路面结构的使用性能，延长了使用寿命。
本发明的技术方案为：一种处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，首先在路床顶面采用水泥稳定土进行填筑，当水泥稳定土施工完成后，在水泥初凝时间前，对填筑完成的路床顶面进行碎石洒布施工；当碎石洒布完成后，进行碾压使得碎石部分嵌入填筑完成的路床顶面，确保碎石剩余部分形成能够使路面底层沥青混合料嵌入的空隙；然后喷洒乳化沥青进行碎石稳定养生；在沥青混合料施工前，在乳化沥青稳定的碎石层上洒布热沥青进一步固化；固化完成后，分层铺筑上层的沥青混合料层。首先碎石部分嵌入水泥稳定土中，水泥稳定土固化后粘结住碎石，此时碎石便与路基成为一体，乳化沥青用来封水养生水泥稳定土和碎石；再洒布沥青后，路床上碎石表面裹附沥青，上层沥青混合料层施工后沥青便与沥青粘结了，加之上层沥青混合料的粒径较小，碾压完成后上层沥青混料便嵌入到表面凹凸不平的碎石所形成的空隙中。本发明所述方法与先混料再铺筑具有实质性区别，若先混料再铺筑，碎石表面裹附有一层沥青，具有粘性，碎石不易分散；且碎石表面的裹附沥青与水泥稳定土之间难以粘结，嵌入土中的碎石不牢固；而且先混料的话在路床表面无法形成密不透水的一层沥青膜；施工复杂，造价高。
所述碎石的最大粒径至少为沥青混合料层所用集料公称最大粒径的2倍。
所述碎石呈立方体状；碎石规格为碎石规格为10-30mm、15-30mm或20-40mm中的一种。
所铺筑的沥青混合料层的底层所用集料公称最大粒径小于等于19mm。
所述碎石的洒布量为单层且100％覆盖路床顶面的宽度。
所述碎石为碱性材料；使用前碎石除尘至粉尘含量≤0.5％；所述碎石为石灰岩、钢渣。
所述碾压完成后的碎石嵌入深度为其公称最大粒径尺寸的75％-90％。
所述乳化沥青稳定时间至少7天；乳化沥青洒布量为2.5kg/m2-4.5kg/m2；乳化沥青渗透深度为10-15mm；乳化沥青蒸发残留物含量为50％-90％；乳化沥青采用PCR阳离子乳化沥青。
所述热沥青固化时间为12-24h；热沥青的洒布温度为150-170℃；热沥青的洒布量为1.6-2.0kg/m2；热沥青选用改性沥青；优选的，热沥青为SBS改性沥青。
所述水泥稳定土中水泥掺量的质量百分比为4％-6％；水泥稳定土的压实度为96％-100％；水泥稳定土中水泥的初凝时间为4-10h；路床顶面以下20cm内的水泥稳定土采用摊铺机摊铺施工，路床顶面平整度小于等于12mm，纵断高程质量标准为(+5，-10)mm。
本发明的有益效果为：本发明所述方法首先在水泥稳定土铺筑的路床顶面上嵌入碎石，形成凹凸不平的粗糙表面，确保路面的沥青混合料嵌入碎石剩余部分所形成的空隙中，提高增强面层沥青有机材料与路基无机材料的结合，减少了由于界面滑动造成的沥青层的疲劳开裂；在路基顶面所洒布的碎石起到应力吸收的作用，提高了路面结构抵抗反射裂缝的能力，大大延长了路面结构使用寿命，有效避免路面短期内出现结构性损坏；然后洒布乳化沥青稳定碎石，同时起到对水泥稳定土保水养生的作用，提高了施工效率，减少了洒水养生造成的水资源的浪费；最后热沥青进一步加固碎石，并在路基路面之间形成一层防水层，阻止路标水分下渗冲刷路基，同时防止路基毛细水分上升造成路面损坏，起到双向防水的功能；碎石、乳化沥青、热沥青与下层嵌入水泥土及上层粘结沥青层共同发挥作用。该处理层较薄，可减薄路面结构，减少了对砂石材料的消耗。
具体优势如下：
(一)通过在路基与路面之间设置单层满铺碎石，形成凹凸不平的粗糙表面，有利于提高了面层沥青材料与路基土质材料的结合，减少了由于界面滑动造成的沥青层的疲劳开裂，提高了路面结构的使用性能，延长了使用寿命。
(二)沥青固化碎石处理层为柔性散体材料，能承受较大拉压变形，起到应力吸收的作用，提高了路面结构抵抗反射裂缝的能力，减低了路基开裂对路面寿命的影响，有效避免路面短期内出现结构性损坏。
(三)沥青固化碎石处理层在路基路面之间形成了一层防水连接层，避免路基路面之间形成水分通道，起到双向防水的功能，阻止路表水分下渗冲刷路基，同时防止路基毛细水分上升造成路面损坏。
(四)该处理层较薄，可替换级配碎石垫层，在保证长寿命路面使用性能的前提下，减薄了路面结构厚度，降低了对砂石材料的消耗，减少对生态环境的破坏，降低工程造价。
(五)通过设置沥青固化层，在路基顶面形成防水层可防止路基顶面水分的散失，起到保水养生的作用，无须额外进行覆盖洒水，减少了施工工序，提高了施工效率，减少了洒水养生造成的水资源的浪费，节约施工成本。
附图说明
图1为现有常规技术中沥青路面与路基的结构示意图。
图2为本发明所述处理方法的处理层位置示意图。
图3为本发明所述处理方法的效果示意图。
图4为本发明中路面沥青层底受拉力示意图。
图5为本发明中使用年限与轴载次数关系图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，首先在路床顶面采用水泥稳定土进行填筑，所用水泥稳定土中水泥掺量的质量百分比为5％；水泥稳定土的压实度为96.3％；水泥稳定土中水泥的初凝时间为4h；路床顶面以下20cm内的水泥稳定土采用摊铺机摊铺施工，路床顶面平整度为10mm，纵断高程为1.5mm。
当水泥稳定土施工完成后，在水泥初凝时间前，对填筑完成的路床顶面进行碎石洒布施工；所用碎石呈立方体状；碎石规格为10-30mm。碎石的洒布量为单层且100％覆盖路床顶面的宽度。碎石为石灰岩，使用前碎石除尘至粉尘含量为0.2％。
当碎石洒布完成后，碾压4遍，使得碎石部分嵌入填筑完成的路床顶面，确保碎石剩余部分(即未嵌入部分)形成能够使路面底层沥青混合料嵌入的空隙；其中碾压完成后的碎石嵌入深度为23mm，约为公称最大粒径尺寸的77％。然后喷洒乳化沥青进行碎石稳定养生；乳化沥青稳定时间为7天；乳化沥青洒布量为4kg/m2；乳化沥青渗透深度为13mm；乳化沥青蒸发残留物含量为60％；乳化沥青采用PCR阳离子乳化沥青。
在沥青混合料施工前，在乳化沥青稳定的碎石层上洒布热沥青进一步固化；热沥青固化时间为16h；热沥青的洒布温度为160℃；热沥青的洒布量为1.9kg/m2；热沥青选用SBS改性沥青。
固化完成后，分层铺筑上层的沥青混合料层。所铺筑的沥青混合料层的底层所用集料公称最大粒径为9.5mm。沥青层的结构为：自下而上依次为6cmFAC-10抗疲劳层、12cmAC-25连接层、12cmAC-25下面层、6cmAC-20中面层和4cm SMA-13上面层自下而上组合而成，层间设有热沥青粘层，沥青层总厚度为40cm。
实施例2
所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，首先在路床顶面采用水泥稳定土进行填筑，所用水泥稳定土中水泥掺量的质量百分比为5％；水泥稳定土的压实度为96.3％；水泥稳定土中水泥的初凝时间为4h；路床顶面以下20cm内的水泥稳定土采用摊铺机摊铺施工，路床顶面平整度为10mm，纵断高程为1.5mm。
当水泥稳定土施工完成后，在水泥初凝时间前，对填筑完成的路床顶面进行碎石洒布施工；所用碎石呈立方体状；碎石规格为15-30mm。碎石的洒布量为单层且100％覆盖路床顶面的宽度。碎石为石灰岩，使用前碎石除尘至粉尘含量为0.2％。
当碎石洒布完成后，碾压4遍，使得碎石部分嵌入填筑完成的路床顶面，确保路面的沥青混合料嵌入碎石剩余部分所形成的空隙中；其中碾压完成后的碎石嵌入深度为26mm，约为公称最大粒径尺寸的87％。然后喷洒乳化沥青进行碎石稳定养生；乳化沥青稳定时间为7天；乳化沥青洒布量为3.5kg/m2；乳化沥青渗透深度为12mm；乳化沥青蒸发残留物含量为60％；乳化沥青采用PCR阳离子乳化沥青。
在沥青混合料施工前，在乳化沥青稳定的碎石层上洒布热沥青进一步固化；热沥青固化时间为16h；热沥青的洒布温度为160℃；热沥青的洒布量为1.8kg/m2；热沥青选用SBS改性沥青。
固化完成后，分层铺筑上层的沥青混合料层。所铺筑的沥青混合料层的底层所用集料公称最大粒径为13.2mm。沥青层的结构为：自下而上依次为6cmFAC-13抗疲劳层、12cmAC-25连接层、12cmAC-25下面层、6cmAC-20中面层和4cm SMA-13上面层自下而上组合而成，层间设有热沥青粘层，沥青层总厚度为40cm。
实施例3
所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，首先在路床顶面采用水泥稳定土进行填筑，所用水泥稳定土中水泥掺量的质量百分比为5％；水泥稳定土的压实度为96.3％；水泥稳定土中水泥的初凝时间为4h；路床顶面以下20cm内的水泥稳定土采用摊铺机摊铺施工，路床顶面平整度为10mm，纵断高程为1.5mm。
当水泥稳定土施工完成后，在水泥初凝时间前，对填筑完成的路床顶面进行碎石洒布施工；所用碎石呈立方体状；碎石规格为20-40mm。碎石的洒布量为单层且100％覆盖路床顶面的宽度。碎石为石灰岩，使用前碎石除尘至粉尘含量为0.1％。
当碎石洒布完成后，进行碾压使得碎石部分嵌入填筑完成的路床顶面，确保路面的沥青混合料嵌入碎石剩余部分所形成的空隙中；其中碾压完成后的碎石嵌入深度为30mm，约为公称最大粒径尺寸的75％。然后喷洒乳化沥青进行碎石稳定养生；乳化沥青稳定时间至少7天；乳化沥青洒布量为3kg/m2；乳化沥青渗透深度为10mm；乳化沥青蒸发残留物含量为60％；乳化沥青采用PCR阳离子乳化沥青。
在沥青混合料施工前，在乳化沥青稳定的碎石层上洒布热沥青进一步固化；所述热沥青固化时间为16h；热沥青的洒布温度为160℃；热沥青的洒布量为1.7kg/m2；热沥青选用SBS改性沥青。
固化完成后，分层铺筑上层的沥青混合料层。所铺筑的沥青混合料层的底层所用集料公称最大粒径为19mm。沥青层的结构为：自下而上依次为6cmFAC-20抗疲劳层、12cmAC-25连接层、12cmAC-25下面层、6cmAC-20中面层和4cm SMA-13上面层自下而上组合而成，层间设有热沥青粘层，沥青层总厚度为40cm。
对比例1
现有技术的处理方法，土基1上方，自下而上依次为6cmFAC-13抗疲劳层、12cmAC-25连接层、12cmAC-25下面层、6cmAC-20中面层和4cm SMA-13上面层自下而上组合而成，层间设有热沥青粘层,沥青层总厚度为40cm。
路床改善土的技术要求与实施例1-3相同，路面结构与实施例2相同。区别在于，该对比例直接在土基上铺筑沥青混合料层。
采用现行沥青路面设计规范方法对实施例1-3以及对比例1所述处理方法的路面结构进行验算分析：选用实测的结构与材料参数，实施例和对照例两种路基路面界面处理方法的全厚式长寿命沥青路面结构的沥青层底拉应变指标进行计算，详细如下。
一、验算参数的设定
1.设计使用年限
设计使用年限按30年计算。
2.交通荷载参数
根据OD调查分析，断面大型客车和货车交通量AADTT为3560辆/日,交通量年增长率γ为4.0％,方向系数DDF取55.0％,车道系数LDF取45.0％。根据交通历史数据，根据该TTC分类的当地经验值确定该设计公路为TTC1类，根据《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2017表A.2.6-2得到车辆类型分布系数如表1所示。
表1车辆类型分布系数
车辆类型 2类 3类 4类 5类 6类 7类 8类 9类 10类 11类
车型分布系数(％) 6.4 15.3 1.4 0 11.9 3.1 16.3 20.4 25.2 0
根据现场交通荷载数据的调查分析，得到了各轴载谱参数，各类车辆、各种轴型的轴数系数如表2所示。
表2轴数系数
车辆类型 2类 3类 4类 5类 6类 7类 8类 9类 10类 11类
前轴 1 1 1 1 2 1 1 1 2 0
单轴 0.99 1 0 0 0.5 1 0.93 0 1 0
双联轴 0.01 0 1 0 0.5 1 0.14 1 0.15 0
三联轴 0 0 0 1 0 0 0.93 1 0.85 0
根据《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2017表6.2.1，该设计路面对应的设计指标为沥青混合料层疲劳开裂、沥青混合料层永久变形、路基顶面竖向压应变。按式《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2017 A.3.1-4计算得到各类车辆在不同设计指标下的当量轴载换算系数如表3所示。
表3各类车辆当量轴载换算系数
Figure BDA0003365142650000071
Figure BDA0003365142650000081
根据公式(A.4.2)计算得到对应于沥青混合料层永久变形、疲劳开裂的当量轴载累计作用次数为34,175,391次。对应于路基顶面竖向压应变的当量轴载累计作用次数为73,227,939次。本设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为30,560,348，交通等级属于特重交通。
3.初拟路面结构方案及材料参数
进行计算的各路面结构及材料参数如表4-6所示。
表4实施例1路面结构
结构层编号 层位 材料类型 厚度(mm) 模量(MPa) 泊松比
1 面层 沥青混合料 40 11000 0.35
2 面层 沥青混合料 60 16000 0.35
3 面层 沥青混合料 240 12000 0.35
4 面层 沥青混合料 60 9000 0.35
1 路基 土基 160 0.4
表5实施例2及对比例1路面结构
结构层编号 层位 材料类型 厚度(mm) 模量(MPa) 泊松比
1 面层 沥青混合料 40 11,000 0.35
2 面层 沥青混合料 60 16,000 0.35
3 面层 沥青混合料 240 12,000 0.35
4 面层 沥青混合料 60 10,000 0.35
1 路基 土基 160 0.4
表6实施例3路面结构
Figure BDA0003365142650000082
Figure BDA0003365142650000091
路基标准状态下回弹模量取160MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取1,干湿与冻融循环作用折减系数Kη取1,则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为160MPa。
二、沥青混合料层疲劳开裂验算结果
根据以上参数，按《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2017式(B.1.1)计算得到沥青层疲劳开裂寿命Nf1为见表7。
表7路面结构计算指标
Figure BDA0003365142650000092
由上表7可知，在设计年限(30)年内，本发明的处理方法全厚式沥青路面沥青层的疲劳开裂对应的累计当量轴次均大于传统处理方法，即本发明的处理方法可使长寿命路面结构承受更多车辆荷载的作用，从而使得路面结构具有更长的使用寿命，更好的整体性能。

Claims (9)

1.一种处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，首先在路床顶面采用水泥稳定土进行填筑，当水泥稳定土施工完成后，在水泥初凝时间前，对填筑完成的路床顶面进行碎石洒布施工，其中，碎石规格为10-30mm、15-30mm或20-40mm中的一种；碎石的洒布量为单层且100%覆盖路床顶面的宽度；
当碎石洒布完成后，进行碾压使得碎石部分嵌入填筑完成的路床顶面，确保碎石剩余部分形成能够使路面底层沥青混合料嵌入的空隙，其中所述碾压完成后的碎石嵌入深度为其公称最大粒径尺寸的75%～90%；
然后喷洒乳化沥青进行碎石稳定养生；在沥青混合料施工前，在乳化沥青稳定的碎石层上洒布热沥青进一步固化；固化完成后，分层铺筑上层的沥青混合料层；
通过上述步骤首先使得碎石部分嵌入水泥稳定土中，水泥稳定土固化后粘结住碎石，碎石与路基成为一体，乳化沥青用来封水养生水泥稳定土和碎石，其中乳化沥青渗透深度为10-15mm；再洒布热沥青后，路床上碎石表面裹附沥青，上层沥青混合料层施工后沥青便与沥青粘结，加之所述碎石的最大粒径至少为沥青混合料层所用集料公称最大粒径的2倍，碾压完成后上层沥青混料嵌入到表面凹凸不平的碎石所形成的空隙中。
2.根据权利要求1所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，所述碎石立方体状。
3.根据权利要求1所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，所铺筑的沥青混合料层的底层所用集料公称最大粒径小于等于19mm。
4.根据权利要求1所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，所述碎石为碱性材料；使用前碎石除尘至粉尘含量≤0.5%。
5.根据权利要求4所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，所述的碎石为石灰岩、钢渣。
6.根据权利要求1所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，所述乳化沥青稳定时间至少7天；乳化沥青洒布量为2.5kg/m2-4.5kg/m2；乳化沥青蒸发残留物含量为50%-90%；乳化沥青采用PCR阳离子乳化沥青。
7.根据权利要求1所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，所述热沥青固化时间为12-24h；热沥青的洒布温度为150-170℃；热沥青的洒布量为1.6-2.0kg/m2；热沥青选用改性沥青。
8.根据权利要求7所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，所述的热沥青为SBS改性沥青。
9.根据权利要求1所述处理全厚式沥青路面与路基结合的方法，其特征在于，所述水泥稳定土中水泥掺量的质量百分比为4%-6%；水泥稳定土的压实度为96%-100%；水泥稳定土中水泥的初凝时间为4-10h；路床顶面以下20cm内的水泥稳定土采用摊铺机摊铺施工，路床顶面平整度小于等于12mm，纵断高程质量标准为（+5，-10）mm。
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