南京路面结构研究Word下载.docx

1、比利时混凝土（4+8）沥青稳定碎石（16）底基层意大利沥青混凝土（3+7）沥青稳定碎石（15）级配砂砾（35）+砂层（3040）德国浇注式沥青混凝土（3.5）+沥青混凝土（8.5）+砂砾沥青混凝土（18）贫混凝土（15）防冻层沥青混凝土（4+3+5）沥青碎石（18）级配砂砾（15）+防冻层沥青混凝土（3.5+5）沥青稳定碎石（18）挪威沥青混凝土（10）沥青稳定碎石（10）+未筛分碎石（50）砂砾（30）+防冻层（4090）阿根廷沥青混凝土（7.5）沥青稳定碎石（12.5）+沥青乳液稳定砂土（10）防冻层（35）法国沥青混凝土（3+4）沥青稳定碎石（16）+水泥处治（1035）底基层砂（15）

2、荷兰沥青混凝土（4+4）沥青稳定砂砾（1218）水泥稳定砂（1540）瑞士沥青稳定碎石（11）砂砾（30）+水泥处治砂砾（20）英国热压式沥青混凝土（3.8）+粗粒式沥青混凝土（6.8）+热压式沥青混凝土（6.3）贫混凝土（19）级配砂砾（20）M4（9.521.5）（路面总厚4064）贫混凝土（1036）水泥结粒料（1030）瑞典沥青混凝土（5）+沥青碎石（7.5）水泥砂砾（18）西班牙沥青混凝土（35+46）沥青碎石（610）+水泥砂砾（20）级配砂砾或水泥砂砾（15）沥青混凝土（8）沥青混凝土（15）碾压混凝土水泥结粒料结合粒处治结合料处治（最小12）波兰中粒沥青混凝土（4）+粗料沥青混

3、凝土（6）+沥青矿料混合料（8）水泥石屑（石拌，27）水泥石屑（路拌（12）+石屑（5）（1015，中等交通）（20高速公路）水泥结粒料（20）18cm沥青面层水泥稳定粒料18cm+石灰土1.1.2我国近期建设的一些高等级公路的沥青路面结构 表2为我国近期建设的一些高等级公路的沥青路面结构。我国近期建设的一些高等级公路的沥青路面结构表2高速公路名称长度（km）路面结构面层（cm）基层（cm）底基层（cm）广佛15.74中粒式5粗粒式25水泥碎石或31水泥石屑2528水泥土京津塘142.55中粒式6粗粒式12沥青碎石20水泥粒料（碎石或砾石）或二灰碎石2535石灰土或水泥土、水泥石灰土、石灰粉煤

4、灰土沈大3756沥青碎石20水泥砂砾京石148沥青碎石15二灰砂砾40石灰土济青3186粗料式24二灰粒料42石灰土二灰土沪嘉20.514细粒式7粗粒式46二灰碎石20砂砾莘松18.92沥青砂44二灰碎石15砾石砂沪宁27430二灰碎石30二灰土1.1.3国内外高等级公路路面结构的比较 通过表1和表2所列的路面结构进行比较，国内外高等级公路路面结构的特点可以归纳如下：（1）中国高等级公路路面结构都采用半刚性基层结构，半刚性基层的类型以石灰粉煤灰稳定粒料和水泥稳定粒料为主，底基层的材料以石灰土、水泥土、二灰土、二灰等为主要材料。（2）国外高等级公路的路面结构除了半刚性路面结构以外，柔性路面结构占

5、有相当大的比例，柔性路面结构的基层大多采用沥青碎石基层，底基层大多采用粒料基层或处治的粒料基层。（3）国外的半刚性路面其基层一般都采用水泥结粒料基层，极少采用其它类稳定处治基层。（4）就路面结构总体厚度而言，我国路面结构总厚度与国外的总厚度大体相当，但面层厚度却比国外的薄，我国把沥青碎石一并计入沥青面层厚度，而国外则把沥青碎石作为沥青稳定类基层或作为面层与基层的联贯层。沥青碎石层的厚度通常在1520cm，有时达到30cm以上。上述的比较主要是针对结构而言的，事实上在材料基本要求、材料组成设计、路基路面结构排水设计、设计指导思想等诸多方面，我国高速公路的设计与发达国家尤其是美国还有显著差异。1.

6、2高速公路的基层 国外高速公路的基层分柔性基层和半刚性基层，半刚性基层实质上都使用水泥稳定粒料。我国已建的高速公路基层均为半刚性基层，常用的是水泥稳定粒料和石灰粉煤灰稳定粒料，江苏省已建高等级公路基层都是石灰粉煤灰粒料，因此这里就这二类基层的基本特性进行分析。1.2.1强度 表3是各类半刚性基层的抗弯拉强度，表中Sb是小梁三分点加载得到的抗弯拉强度，表中Sl是由圆柱形试件通过劈裂试验（间接拉伸）得到的劈裂强度。由表3可知：（1）水泥砂砾 28和90d龄期的抗弯拉强度和劈裂强度分别为 0.840.90MPa和大致为 1.21.4MPa。（2）石灰粉煤灰砂砾90d龄期的间接抗拉强度为0.360.4

7、5MPa，明显低于水泥砂砾28d龄期的间接抗拉强度。二灰基层材料强度比较单位：Mpa表3龄期（d）混合料2890180SbSl3水泥砂砾0.244.2水泥砂砾0.800.391.050.451.230.595水泥砂砾0.300.406水泥砂砾0.840.460.766水泥中碎石土0.900.428水泥土0.290.090.120.520.1510水泥土0.400.160.210.630.190.2112水泥土0.600.200.2176330石灰土碎石0.5511石灰土0.300.170.2314石灰土0.120.310.50.190.344:16:803:12:85石灰粉煤灰矿渣-0.641

8、.501.720.530.74624700.582.000.704888石灰粉煤灰砂砾0.190.890.56515800.810.960.360.451.081.170.620.68103060石灰粉煤灰碎石0.440.320.73112267石灰粉煤灰土0.210.251450.380.460.200.791.220.371.240.67单位：Mpa二灰碎石和水泥稳定粒料的抗压强度比较表4龄期（d）5水泥结碎石石灰粉煤灰碎石（31780）试件数744.50.1413.14.2730.610.069.80.5155.9320.39056.65.292.340.083.02.2167.834.

9、77.227.330.419.53.668.930.3894.48.296.4013.84.95Mpa二灰碎石和水泥稳定粒料的劈裂强度比较表50.8259.70.690.0410.40.340.910.09210.210.760.54表4和表5是东南大学交通学院的试验结果。从试验结果可见，二类基层都有较好的强度，都可以作为高速公路的基层，但水泥结碎石的早期强度要比二灰碎石的早期强度高得多，特别是28d以前的强度，早期强度对施工进度安排及施工季节气温等具有重要意义。应该予以强调指出的是，二灰碎石的后期强度（90d）增长数据是由实验室标准养护得到的。在实际工程中，由于受到施工、开放交通、自然条件、

10、特别是成型季节等的影响，后期强度的增加将受到影响，在不少情况下可能达不到人们基于实验数据而预期的强度。应该指出，基层的疲劳破坏是路面破坏的重要原因之一。过去这方面的研究工作开展得很少，基层材料的疲劳特性应该成为高速公路基层选型的重要依据之一。1.2.2半刚性基层材料的干缩系数。表6是几种半刚性材料干缩试验得到的干缩系数。根据“七五”攻关等许多研究结果，对于稳定粒料土（中粒土和粗料土），三类半刚性材料的收缩性大小的次序为，石灰稳定类石灰粉煤灰稳定类水泥稳定类。 例如，砂砾含量均为 55 的石灰土 半刚性基层干缩特性表6材料名称干缩系数（10-6）1/2最大失水量最大失水量石灰土680930420

11、484水泥土386545304384石灰土粒料104122二灰粒料（悬浮式）23109二灰粒料（密实式）13.515.55565水泥粒料5.384183砂砾和二灰砂砾（7d龄期）的最大干缩系数分别为301.810-6和112.310-6，风干状态时的平均干缩系数分别为121.510-6和50.210-6。砂砾含量均为75时（28d龄期），石灰土砂砾和二灰砂砾的最大干缩系数分别为244.210-6和122.410-6，以及风干状态的干缩系数分别为104.710-6和51.4剂量为5、6、7的水泥砂砾（7d龄期）风干状态时的最大干缩应变分别为14510-6，17910-6和29910-6，以及相应

12、的平均干缩系数分别为4110-6、6110-6和8310-6 。众多的研究还表明，水泥砂砾的干缩性稍优于密实式二灰砂砾的干缩性，明显优于悬浮式二灰砂砾的干缩性。1.2.3半刚性基层材料的温缩特性表7是半刚性基层材料自由状态下的温缩试验结果，其中封闭最大温缩系数是最佳含水量下的试验结果。半刚性基层材料的温缩特性表7 干缩应变（10-6）温缩应变平均温缩系数最大混合收缩系数封闭最大温缩系数35.50石灰粉煤灰159.61680.424.0131.0517.20二灰砂砾112.01508.0215417.7024.83石灰土砂砾92.92258.132.2634.7019.98水泥砂砾56.5141

13、1.520.1623.3216.89许多试验结果表明，三种稳定粒料的温缩性大小依次排列为（-20C）：石灰土砂砾（16.710-6）悬浮式石灰粉煤灰粒料（15.310-6）密实式石灰粉煤灰粒料（11.410-6）和水泥砂砾（5和7水泥剂量，1010-61510-6）。1.2.4二灰碎石与水泥处治级配碎石的经济比较 对于高速公路，基层的施工都必须采用机械摊铺，因此二灰碎石基层与水泥处治级配碎石基层的施工方法是一致的，造价的不同主要在于水泥和石灰的价格不同及用量的不同，一般对于水泥处治级配碎石，水泥用量不超过56，而二灰结石石灰用量约56，按水泥和石灰的单价分别为330元/t和110元/t，石料单

14、价按80元/m 3（设粉煤灰与石料同价），则二灰碎石与水泥处治级配碎石的单价比约为11.2。如考虑到水泥处治级配碎石强度约比二灰碎石大50，以及再考虑路面结构厚度，按等效折算，则前者的经济性要优于后者。1.2.5两类基层的选择根据水泥稳定碎石和二灰碎石的材料特性和已有的工程实践，这两种基层都可以作为高等级公路路面的基层。课题组曾建议采用水泥稳定碎石基层，其理由是：水泥稳定碎石早期强度高，对保证工期有利；水泥稳定碎石基层疲劳特性较好，路面长期性能好；江苏省已建高等级公路路面基层只有二灰碎石一种形式，从技术积累角度不利，加之有些地区粉煤灰资源开始减少，价格上扬，原来价廉的优点开始丧失。建设部门为此

15、专门召开了专家咨询会，部分专家认为江苏省缺乏水泥稳定粒料的工程实践，仍采用二灰碎石为宜，加之与会专家对二类基层的认识不尽相同，无法取得统一认识，指挥部门仍然选择了江苏省惯用的二灰碎石基层。2二灰碎石合理级配研究2.1问题的提出 半刚性基层沥青路面已成为我国高等级公路沥青路面主要形式。常用的半刚性基层有水泥稳定粒料土类、石灰稳定粒料土类和石灰、粉煤灰稳定粒料土类。这类基层具有耐久性好、强度高、造价低等许多优点，但在其上修建的沥青路面往往建成通车12年后相继出现裂缝，裂缝通常被认为是半刚性基层沥青路面主要缺陷之一。初期产生的裂缝对行车无明显影响，但随着表面雨水或雪水的浸入，在大量行车荷载反复作用下

16、，会导致路面强度明显降低，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青面层碎裂，加速沥青路面的破坏，影响沥青路面的使用性能。裂缝在我国各个地区的沥青路面上十分普遍，不单在北方冰冻地区有，在南方非冰冻地区也有，只是裂缝的轻重程度不同。裂缝在开放交通后的第一个冬季就可能发生，在以后的其他季节还会继续增加。我国新建的几条高速公路均存在不同程度的裂缝问题。沪嘉高速公路1988年通车后，1992年裂缝即达300条，1993年每隔1230m一条，1994年达1215m一条，目前全线已有1千多条横向裂缝。莘松高速公路1990年12月竣工后，经过三年的通车使用也出现横向裂缝，有些裂缝间距在1215m左右。沈

17、大高速公路14个月裂缝平均增加21.4。济青高速公路也出现裂缝。沥青路面上产生裂缝，在其他国家，例如美国、加拿大、英国、法国、日本、澳大利亚以及非洲一些国家，也是很普遍的现象。随着江苏省高等级公路的修建，特别是沪宁高速公路及宁连、宁通一级公路的兴建，材料要求和施工逐步规范，二灰稳定碎石表现出了良好的强度和稳定性。然而在江苏省采用现行部颁规范的二灰碎石配合比设计暴露出来的粒料偏细、细料含量过多、收缩性较大等问题也日益突出。因此，研究二灰碎石基层材料的合理组成、裂缝机理及防治措施，成为江苏省公路建设中的一个迫切需要研究的课题，也是机场高速公路重点研究的课题。2.2国内外研究概况半刚性路面的裂缝有荷

18、载引起的结构性破坏裂缝，有沥青面层的温度收缩裂缝，还有由半刚性基层的温缩裂缝或干缩裂缝引起沥青面层产生的反射裂缝。保证半刚性路面不发生荷载性破坏裂缝可从路面结构设计上考虑，如保证基层有足够的厚度，有坚固的底基层、垫层和路基，控制半刚性基层和底基层底面弯拉应力等等。对裂缝问题研究可以从三个方面入手：第一是针对基层材料本身，第二是针对半刚性基层和沥青面层之间设置的隔离裂缝中间层或应力吸收中间层，第三是针对沥青面层。本课题主要对前一个方面进行研究。国外，对半刚性基层材料路用性能有一定的研究。1964年，A.Herzog、R.Bock研究了影响二灰稳定土强度的一些因素。1976年，R.S.Andres

19、研究了影响石灰、粉煤灰碎石混合料耐久性的因素。1988年，B.R.A.Akofo通过对二灰稳定土无侧限抗压强度的室内试验，得出最佳的石灰和粉煤灰含量。1988年，Bapkal，Gokhan对二灰稳定土进行短期高温养护和低温长期养护的试验，得出了两者之间的关系，用短期、高温养护条件下的实测值来预测设计值，而对二灰碎石半刚性基层研究较少。国外高等级公路的路面结构除了半刚性路面结构以外，柔性路面占有较大比例。纵观当今世界对半刚性基层的研究，可以发现国外大部分局限于水泥稳定基层的范围。对二灰碎石半刚性基层很少使用。而且对半刚性基层及其裂缝的研究远没有对一般沥青路面裂缝研究那么深入和广泛。国外对半刚性基

20、层沥青路面裂缝的研究，无论室内试验或试验路研究，还是理论研究，都与一般的沥青罩面裂缝研究相类似，以减少反射裂缝为中心；防治措施也基本一致，如采用土工织物与土工网等。这些措施在许多国家得到研究和应用，结论不尽一致，但认为或多或少有一定效果。长期以来，国外认为采用半刚性基层可以提高沥青面层抗疲劳破坏能力，普遍认为这种结构中沥青面层的裂缝是由半刚性基层引起的反射裂缝。壳牌沥青路面设计方法在概括各国的观点和使用经验时指出，水泥底基层上沥青路面面层厚度取决于允许产生裂缝的程度，常变化在1525cm之间。在日本，用水泥和特殊沥青乳剂综合稳定使水泥与沥青混合以防水分的蒸发。而沥青乳剂中的水分则供给水泥硬化，

21、使收缩系数随沥青乳剂量的增加而减少。前苏联水泥稳定砂砾基层的研究结果表明，掺加粉煤灰可以减少路面裂缝。美国、法国、德国、荷兰、瑞士、比利时、西班牙、南非等国家都对半刚性基层路面裂缝进行大量的研究。许多国家还建立了半刚性路面的设计方法，有典型结构设计方法，也有理论分析设计方法。在德、法、英、比利时、西班牙、奥地利等国家，采用典型结构法，并通过适当增加面层的厚度等措施来减少反射裂缝。在第十八届世界道路会议上，有近二十个国家介绍了各自使用半刚性基层的经验和减轻半刚性基层沥青路面反射裂缝的措施。概括起来如下：（1）半刚性基层预切缝：德国1986年新设计规范规定，当沥青罩面的厚度小于或等于140mm，不管基层厚度多大，只要基层抗压强度超过12MPa，基层必须预先切纵缝和横缝。（2）预制微裂纹：在基层中制造微裂纹的目的是降低其收缩性，同时水硬性结合料稳定基层内的均匀细裂缝网有好的传荷能力，对该层的永久承载力有利。（3）中间层；俄罗斯在140100mm厚的沥青混凝土下设置乳化沥青处理集料防裂中间层或集料中间层。（4）提高沥青面层厚度，选择模量低的沥青混凝土和提高沥青混凝土抗剪疲劳强度等措施以减少半刚性路面裂缝。（5）设置应力消解层：如英国采用高抗拉强度的聚合物网作为半刚性基层与沥青层的中间层以延缓裂缝向上传播。有些国家使用土工织物或橡胶沥青中间层以减少