基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种沥青路面的刚柔复合基层设计方法，其设计方法是在常规的沥青路面的半刚性基层设计方法中，利用单一粒径的粗径石料作为基层基料，形成具有较好内摩阻力的骨架结构，将其直接摊铺在底基层或老路上；用厂拌细集料水泥稳定碎石做填料，按照设定的比例，通过路拌的方式与基料混合形成稳定的路面基层结构。本发明专利技术大幅延长道路使用寿命，减少大修次数和日常维修频率；保持良好的道路使用品质；大幅降低道路寿命周期费用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于道路建筑材料的设计领域，具体涉及基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法。
技术介绍
沥青路面是指在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面。沥青结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，使路面平整少尘、不透水、经久耐用。因此，沥青路面是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面。现有的沥青路面结构从下到上依次为垫层、底基层、基层以有最上面的面层。面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由1~3层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层;中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层。底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上底基层、下底基层。垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。现有的公路沥青路面基层分为半刚性基层和柔性基层。半刚性基层为无机结合处治材料，如：水泥稳定碎石，我国广泛性使用半刚性基层；柔性基层没有无机结合料，如：级配碎石，国外使用较多。半刚性基层的最大优点是板体性强，具有很高的承载力，在国外普遍用于交通量不很大的公路。其主要缺点：1.反射裂缝；2.透水性差；3.对重载敏感；4.没有愈合能力。尤其是反射裂缝问题，严重影响道路使用寿命，被称为半刚性基层沥青路面的“癌症”。我国高速公路普遍采用较厚沥青面层（一般18厘米以上）来延缓裂缝的反射，成本高，效果差。普通干线公路沥青面层较薄（一般10厘米以下），反射裂缝一般2到3年开始出现，发生早起破坏，其修补也比较困难，公路使用品质衰减较快。柔性基层的优点是无反射裂缝，透水性好，对重载不敏感，缺点是易产生水平推移、网裂下沉、车辙，尤其是渠化交通路段更明显。国外大多采用全厚式沥青层（20—40厘米）来克服网裂下沉等。如何集合半刚性基层和柔性基层路面两者的优点，而克服两者的缺点，是一个亟待解决的问题，国内外都没有一个完整的方案解决此技术问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于沥青路面的刚柔混合基层的设计方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其设计方法是在常规的沥青路面的半刚性基层设计方法中，利用单一粒径的粗径石料作为基层基料，形成具有较好内摩阻力的骨架结构，将其直接摊铺在底基层或老路上；用厂拌细集料水泥稳定碎石做填料，按照设定的比例，通过路拌的方式与基料混合形成稳定的路面基层结构。进一步地，所述单一粒径的粗径石料的粒径为40mm~60mm、60mm~80mm或20mm~40mm中的一种。进一步地，所述填料为常规的细集料水稳碎石，最大粒径为19mm，通过后场拌和机拌合，填料采用连续级配，含水量控制在最佳含水量，7天无侧限抗压强度大于6.0Mpa。进一步地，所述基料与填料比例的确定步骤为：1）确定基料的孔隙率：试验测得基料在充实情形和松堆情形下的孔隙率，取充实情形和松堆情形下孔隙率的中间值V中，为基料的孔隙率；2）确定每方混合料中水稳填料的体积假定水稳填料以试验室最佳含水量和最大干密度的状态下，填充在基料的空隙中，为保证水稳填料在基料空隙间能被很好的压实，水稳填料的用量应能够填满基料间的空隙并富余，则：每方水稳填料的体积V填=V中+V富余考虑到施工的变异性，V富余为V中的10%；3）计算填料与基料的质量比每方填料的质量=V填×填料的击实最大干密度每方基料质量=（1-V填）×基料表观密度，公式中的1是指每方；每方填料与基料的质量比=每方填料质量/每方基料质量；4）确定基料和填料的摊铺厚度首次摊铺试验段，根据基层的设计厚度、试验段摊铺宽度、长度，计算出摊铺段所需的基料以及填料的质量，按该数量在的试验段内均匀摊铺，最后实测的厚度，就是基料和填料的摊铺厚度；5）确定填料相对于基料摊铺厚度的松铺厚度系数根据试验段确定的基料和填料的摊铺厚度，在基层厚度、材料等变化不大的情况下，计算填料相对于基料摊铺厚度的松铺厚度系数,该系数可以作为摊铺填料时的厚度控制指标使用。由于基料粗而多，体积占总量的50%左右，所述稳定的路面基层结构为填料通过路拌的方式混合在基料空隙中，压实成型后，水稳填料在基料中处于三种状态：超密、密实、欠密，欠密状态一般在10%至30%，为基层结构内部提供了足够的松弛裂缝源，路拌混合工艺又弱化了基料与填料的粘接力，便于裂缝源扩展。由于基料具有较强的嵌锁能力，空隙中少量欠密状态在长期行车作用下也无法压实，对承载力不产生任何影响。上述中的三种状态中密实是指达到了实验室的标准密度，按交通运输部行业试验规程试验，欠密是指低于试验室的标准密度。本专利技术提供的方法通过在基层结构内部采取化整为零，产生微裂缝的松弛方式，以释放收缩应力，使应力不集中，应变不叠加，达到克服收缩裂缝和荷载裂缝的目的。由于基料形成嵌锁的框架，是路面基层强度的主要来源，水稳填料起到稳固基料框架作用。实际施工中，通过调整基料和填料的数量比例，使路面基层达到设计的回弹模量和抗裂效果的综合平衡。本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：有益效果：本专利技术相对现有技术而言，具有以下优点：1）本专利技术应用于新改建公路，可大幅度延长使用寿命，降低寿命周期费用。我国沥青路面因半刚性基层结构性破坏，一般使用寿命为10~15年。且恢复性大修难度大、成本高。该专利技术技术应用于沥青面层与半刚性基层之间，作为弹性过度，使路面结构组成更加合理，减少结构成自身破坏，延长沥青路面整体的使用寿命。该基层结构抗压回弹模量在900MPa左右,介于半刚性和柔性基层之间(柔性基层一般在300MPa左右,半刚性基层在1800MPa左右。回弹模量大,承载能力强),是一种刚柔相济的新型基层结构。该结构能够克服常规半刚性基层反射裂缝和柔性基层网裂、下沉等缺点，并具有足够的承载力，是一种新型刚柔混合基层。2）本专利技术能够降低沥青面层的铺设厚度，大大减少了道路建设成本。在路面结构设计时，将现有常规设计的2~3层水稳碎石中的上基层，变更设计为刚柔复合基层，比水稳基层造价增加20%左右，占新改建总投资1%左右，可以延长使用寿命1倍以上。若用于高速公路改建，可以将目前普遍采用厚沥青层减薄，由18厘米降为10厘米，实现“强基薄面”，不仅节省了大量投资，还减少了沥青面层车辙变形等病害。由于延长使用寿命，减少了日常维护，不仅保持常态良好的公路使用品质，还降低了寿命周期费用，经济效益和社会效益显著。本专利技术应用于半刚性沥青路面加铺大修，克服原有路面的反射裂缝，使之进入良性循环，其寿命的延长、节约寿命周期费用与新改建公路相同。除此之外，本专利技术还可以用作沥青路面废弃沥青混合料碎块（粒径大于2厘米），作为粗骨料直接使用，有利于环保和节能减排，循环经济效果好。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：其设计方法是在现有的沥青路面的半刚性基层设计方法中，利用单一粒径的粗径石料作为基层基料，形成具有较好内摩阻力的骨架结构，将其直接摊铺在底基层或老路上；用厂拌细集料水泥稳定石料做填料，按照设定的比例，通过路拌的方式与基料混合形成稳定的路面基层结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：其设计方法是在现有的沥青路面的半刚性基层设计方法中，利用单一粒径的粗径石料作为基层基料，形成具有较好内摩阻力的骨架结构，将其直接摊铺在底基层或老路上；用厂拌细集料水泥稳定石料做填料，按照设定的比例，通过路拌的方式与基料混合形成稳定的路面基层结构。2.一种根据权利要求1所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述单一粒径的粗径石料的粒径为40mm~60mm、60mm~80mm或20mm~40mm中的一种。3.一种根据权利要求1所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述填料为常规的细集料水稳碎石，最大粒径为19mm，通过后场拌和机拌合，填料采用连续级配，含水量控制在目标含水量，7天无侧限抗压强度大于6.0Mpa。4.一种根据权利要求1所述的基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其特征在于：所述基料与填料比例的确定步骤为：1）确定基料的孔隙率：试验测得基料在充实情形和松堆情形下的孔隙率，取充实情形和松堆情形下孔隙率的中间值V中，为基料的孔隙率；2）确定每方混合料中水稳填料的体积假定水稳填料以试验室最佳含水量和最大干密度的状态下，填充在基料的空隙中，为保...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋新明，
申请(专利权)人：蒋新明，
类型：发明
国别省市：安徽;34