一种抗裂路基路面结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种抗裂路基路面结构，路面结构自上而下依次为沥青混合料磨耗层+土工格栅；路基结构上层为土工格室固化土，下层为至少一层的土工格室素土与压实素土互层，其下为经过平整压实达到规范要求的路床。本实用新型专利技术土工格室的侧向约束效应限制了路基路面侧向变形和裂缝的产生和发展，多层土工格室土产生的厚板效应能大幅度提高路基的抗弯刚度，减少路面的不均匀沉降，增加行车舒适性。该道路结构具有设计模块化、施工方便、环保、水稳定性好、造价低、抗高温车辙能力强、承载力高等优点，可以有效杜绝路面裂缝和永久变形等病害的产生，大幅增加工程的服役寿命，适用于各种等级公路、城市道路、运动场地、飞机跑道等工程。飞机跑道等工程。飞机跑道等工程。

【技术实现步骤摘要】
一种抗裂路基路面结构


[0001]本技术涉及一种交通工程领域道路工程，尤其涉及一种抗裂路基路面结构。

技术介绍

[0002]我国高速公路采用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或处治碎(砾)石，或是用各种水硬性材料结合料的工业废渣修筑的半刚性基层，强度主要受级配组成、粉粒含量、水泥剂量影响，它具有强度高、稳定性好、刚度大、整体性好等优点，但不足之处是脆性大、抗变形能力差。在其基层强度形成过程中以及营运期间路面交通荷载重复作用下，半刚性基层会产生干缩裂缝和低温收缩裂缝。铺筑在半刚性基层之上的柔性沥青混凝土路面，对温度和湿度变化比较敏感，基层的裂缝会直接扩展到沥青路面面层形成路面反射裂缝，不仅影响路面美观、降低平整度，而且会削弱路面的整体强度。特别是当路面开裂后，路面积水会通过裂缝渗到路面基层、底基层甚至路基，削弱基层、土基的强度，从而加剧路面的破坏，缩短路面的使用寿命。
[0003]路面裂缝包括横向裂缝和纵向裂缝两部分，是路面早期破损最常见的病害之一。由于路面裂缝的产生，地表的水分会沿裂缝直接渗入基层，使基层甚至路基软化，导致路面承载能力下降，加速路面破坏。横向裂缝可分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两类。荷载性裂缝是由于路面设计不当和施工质量低劣，或由于车辆严重超载，致使沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而产生裂缝；非荷载性裂缝是横向裂缝的主要形式，它包括沥青面层低温收缩性裂缝和基层反射性裂缝。纵向裂缝多发于半填半挖路基处，主要是由于路基压实度不均匀或是路基的不均匀沉降造成。
[0004]半刚性基层沥青路面的裂缝形成主要与材料性能、结构层组合设计、温湿循环、车辆荷载疲劳作用以及施工工艺有关。
[0005]路面材料及路基填料对裂缝形成的影响：高速公路路面基层通常采用“水泥稳定碎石层+二灰碎石+石灰土底基层”结构，这种半刚性基层的无机结合料是由固相(组成其空间骨架的原材料的颗粒和其间的胶结料)、液相(存在于固相表面与空隙中的水和水溶液)和气相(存在于空隙中的气体)组成，固液气三相在降温过程中相互作用，使无机结合料稳定材料产生体积收缩。水是影响此类材料温度收缩的主要因素，水对无机结合料的影响主要通过扩张作用、毛细管张力和冰冻作用实现，特别是在非饱水状态时影响较大。当水分蒸发时，毛细管水面下降，弯液面的曲率半径变小，致使毛细管负压力增大，从而产生收缩。毛细水蒸发完后，随着相对湿度的继续减小，半刚性基层材料的吸附水开始蒸发，使颗粒表面水膜变薄，颗粒间距离变小，分子力增大，导致其宏观体积进一步收缩，其收缩量要比毛细管作用的影响大得多。当吸附水膜减薄到一定程度后，收缩量逐渐减小，直至终止收缩。由于压实后水泥稳定基层的密度存在不足，土质不均匀，其中的水分不断蒸发和水泥水化作用，使水泥稳定基层水分不断减少，基层发生体积收缩，形成基层收缩裂缝，基层开裂导致裂缝顶端产生应力集中，裂缝向面层扩展，最终到达路表，形成反射裂缝。反射裂缝包括纵向裂缝和横向裂缝，但以纵向裂缝较多，分布较广，裂缝带宽度从几毫米至几十毫米不等，
多数纵向裂缝伴随一定宽度的轻微破碎沉陷，部分纵缝伴随严重破碎沉陷，甚至出现错台现象。
[0006]外界环境条件的影响：高速公路温度裂缝分布非常普遍，大部分横向裂缝都贯通了路面表面，而且横向裂缝间距较为均匀，裂缝的数量及分布密度与温度下降幅度关系密切，裂缝随低温持续时间增长而不断增多和加密，同一条裂缝宽度也随温度下降而逐渐加宽。沥青面层上的非荷载裂缝主要是温度裂缝，温度裂缝包括低温收缩裂缝和温度疲劳裂缝。沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松弛性能，温度升降产生的变形不致产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩。由于沥青面层在路面中是受到约束的，当气温大幅度下降时，沥青面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度或极限拉应变，沥青面层就会开裂。由于一般道路沥青面层的宽度都不很大，收缩所受的约束小，所以低温裂缝主要是横向的。在日夜温差大的地区，沥青面层白天温度与夜间温度之差相当大，在沥青面层中会产生较大的温度应力，由于长时间温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小，加上沥青的老化使沥青脆性增高，应力松弛性能降低，最终达到极限抗拉强度，使路面产生裂缝。
[0007]重载车辆作用：根据对高速公路路面裂缝的分车道的分布规律调查可知，行车道裂缝分布长度远大于超车道分布长度，唧浆、裂缝的分布也主要以行车道为主，路面横纵裂缝交错，甚至产生网裂，这充分说明重载车辆对路面裂缝的影响非常大，重载车辆甚至超重载车辆加剧了路面破损的速度，导致路面唧浆，甚至发生结构性破坏。
[0008]造成沥青路面破坏的根本原因是多因素的组合，在不同条件下、不同程度的交叉组合使沥青路面破坏的原因有时显得极为复杂。调查表明，沥青路面破坏往往集中在春秋多雨季节，当沥青路面透水严重或路基面排水不畅时，极易产生路面裂缝。雨水通过沥青面层空隙或缝隙，或者由分隔带或路肩渗入到路面结构内，若不能够及时予以排除，就会浸湿各结构层材料甚至路基土，使其强度下降，变形增加，承载力降低，使用寿命缩短。更为严重的是，进入路面结构层之间的空隙中的水分，在行车荷载的作用下，会成为高孔隙水压力和高流速的水流，冲刷层面材料并产生唧泥现象，促使沥青面层出现剥落、松散等病害，从而使整个路面结构的使用性能迅速变坏。
[0009]目前高速公路路面裂缝的防治措施主要是通过确定合理的路面厚度、确定半刚性材料的合理组成、加铺路面防裂层和下封层、设置基层预切缝、选择合理面层材料、设置中央分隔带和路肩的防、排水设施等措施来实现。
[0010]确定合理的路面厚度：目前国际上通用的结论是需要将沥青面层增加至15～25ｃｍ，通过增加沥青面层厚度可以减少面层的温度变化，并降低加铺层的拉应力，防止基层反射裂缝。同时可以增加路面结构的弯曲刚度，降低接缝处的弯沉差，减少加铺层的剪切应力，同时可以延长其疲劳断裂寿命。但单纯依靠增加加铺层厚度的方法有可能会受到路面标高的限制，同时必将大幅度增加路面造价，而且在夏季高温时沥青混合料高温蠕变易产生车辙。
[0011]确定半刚性材料的合理组成：进行半刚性材料的合理组成设计，如调整结合料用量与比例，增加粗骨料含量并严格设计级配，以尽可能的减小其温缩和干缩系数，增加半刚性基层材料的抗裂性能，但是不能从根本上消除半刚性材料的开裂而导致的路面反射裂
缝。
[0012]加铺路面防裂层和下封层：在面层与基层之间增加优质级配碎石作为上基层，而半刚性材料作为下卧层，这种上柔下刚式的“组合基层”在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝，同时级配碎石基层还能充当具有排水功能的基层。必要时可在半刚性基层顶或沥青之间设置各种土工合成材料，可以提高沥青混合料的抗拉强度与抗变形能力。下封层可以阻止雨水下渗破坏基层，并可有效阻止水分向基层及其以下侵渗。对于高等级半刚性基层沥青路面，尽量考虑设置下封层，下封层可采用拌和法或层铺法施工的单层式沥青表面处治，也可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗裂路基路面结构，其特征是：路面结构自上而下依次为沥青混合料磨耗层+土工格栅；路基结构上层为土工格室固化土，下层为至少一层的土工格室素土与压实素土互层，其下为经过平整压实达到规范要求的路床。2.根据权利要求1所述的抗裂路基路面结构，其特征是：所述的沥青混合料磨耗层为5.0cm厚度的空隙率不超过6%的沥青混合料磨耗层。3.根据权利要求1所述的抗裂路基路面结构，其特征是：所述的土工格室选用50mm或100mm高度的HDPE纹面片材经焊接而成的三维网状或蜂巢状格室。4.根据权利要求1所述的抗裂路基路面结构，其特征是：所述的土工格室固化土和土工格室压实素土中的土工格室，依据排水需要在1～3%的横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：李仁平，周基，阳令明，
申请(专利权)人：湖南科技学院，
类型：新型
国别省市：