吳廣文

摘要:半剛性基層具有許多優(yōu)點(diǎn)的同時,存在排水不良、反射裂縫等不足;而柔性基層則反之。通過改革柔性基層傳統(tǒng)的材料與工藝,實(shí)現(xiàn)柔性與半剛性基層的優(yōu)化組合。從重交通對瀝青路面使用性能相互矛盾的要求,通過提高柔性基層質(zhì)量,提高柔性基層的模量,以減少瀝青路面的疲勞裂縫,實(shí)現(xiàn)柔性基層與半剛性基層的優(yōu)化組合。

關(guān)鍵詞:柔性基層;半剛性基層;級配碎石

1前言

半剛性基層具有良好的強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性,且造價(jià)較低,因此,半個世紀(jì)以來在我國得到廣泛的應(yīng)用。隨著交通需求,大量的工程應(yīng)用與研究發(fā)現(xiàn)半剛性基層也存在著一些不足。正是半剛性基層密實(shí)而剛度大,所引發(fā)出的橫向收縮裂縫、反射裂縫、路面內(nèi)滯水與基層表面沖刷、唧泥的路面病害。

針對上述不足特別是抗裂性,國內(nèi)進(jìn)行研究較多。但是密實(shí)作為半剛性基層固有的特性,不利于防止當(dāng)水滲入時瀝青面層的水損害,而柔性基層則反之。通過室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析以及現(xiàn)場試驗(yàn)路的修建與觀測,針對現(xiàn)有高等級公路半剛性基層瀝青路面存在反射裂縫與唧泥、水損害等的不足,在振動壓實(shí)工藝與緊排骨架--密實(shí)組成結(jié)構(gòu)相結(jié)合的柔性基層基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)柔性基層與半剛性基層優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合是一個有效的技術(shù)途徑。

2我國目前半剛性基層的應(yīng)用分析

為適應(yīng)我國高等級公路建設(shè)的需要,我國通過“七五”~“八五”期間大量的研究,在半剛性基層瀝青路面研究的應(yīng)用方面取得了舉世矚目的成就。半剛性基層較高的強(qiáng)度、承載力和使用性能,為實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)基薄面”的結(jié)構(gòu)提供了可靠保證,為公路建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了很大作用。半剛性基層由穩(wěn)定細(xì)粒土發(fā)展為穩(wěn)定集料,無疑是筑路技術(shù)的一大進(jìn)步,其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面:

具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度,而且具有隨齡期增加強(qiáng)度不斷增長的特性,具有較小的彎沉和較強(qiáng)的荷載分布能力,適應(yīng)重交通發(fā)展的要求。采用半剛性材料,特別是厚層的半剛性材料,可使路面具有很高的承載力。

具有較大的剛度,使得瀝青面層彎拉應(yīng)力值較小,減少了瀝青面層厚度,降低了路面造價(jià),具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

具有一定的水穩(wěn)性和冰凍穩(wěn)定性。由于半剛性基層具有以上特點(diǎn),通過對國內(nèi)已建高等級公路的使用調(diào)查發(fā)現(xiàn),半剛性瀝青路面的裂縫,無論是非冰凍地區(qū)的南方,還是季節(jié)性冰凍地區(qū)的北方,在通車1-2年后均出現(xiàn)不同程度的裂縫,且隨著時間的增長,這種裂縫還將增加和擴(kuò)大。裂縫產(chǎn)生的原因不能說只是瀝青面層溫縮的結(jié)果,半剛性基層的反射裂縫也不容忽視。大量裂縫的存在必然會降低路面的使用性能,例如,使裂縫處彎沉增大從而加速面層彎曲破壞,同時因裂縫使半剛性基層彈性模量降低,進(jìn)而影響了路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

由于瀝青路面面層有許多裂縫和一定的孔隙率,特別是裂縫下滲的雨水和雪水滯留在瀝青混合料結(jié)構(gòu)層內(nèi),當(dāng)雨水滲入路面內(nèi),雪水、雨水可能沿面層裂縫下滲軟化基層,降低承載力,同時半剛性基層路面排水差,密實(shí)性結(jié)構(gòu)的半剛性基層,使通過路面裂縫下滲的水份滯留在基層頂面,無法排出,受水浸蝕及動水壓力作用,將降低瀝青與石料的粘附性和瀝青混合料的耐久性,使路面產(chǎn)生剝落、松散、坑槽、泛油、車轍等病害,影響路面的強(qiáng)度;同時如水分進(jìn)入基層表面,使基層材料過份潮濕,在行車荷載作用下,路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)或基層材料中的水分會產(chǎn)生相當(dāng)大的動水壓力,沖刷基層材料中的細(xì)料,在行車荷載反復(fù)作用下,細(xì)料漿被逐漸擠出裂縫,形成瀝青路面的唧漿現(xiàn)象,導(dǎo)致路面進(jìn)一步損壞,特別是季節(jié)性冰凍區(qū)在凍脹和凍融的反復(fù)作用下,對面層和基層產(chǎn)生破壞的作用,最終導(dǎo)致基層喪失支撐及與面層的聯(lián)結(jié),從而使瀝青面層出現(xiàn)網(wǎng)裂等破壞,使路面損壞加劇,使用壽命縮短。

3瀝青路柔性基層(級配碎石)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 目前國內(nèi)外路面設(shè)計(jì)參數(shù)概況

粒狀材料在交通荷載作用下表現(xiàn)出非線性和依賴于時間的彈塑性特性,為了表述這種非線性特征,通常用回彈模量表達(dá)。傳統(tǒng)的柔性基層通常是設(shè)置于土基或其它柔性基層上,其彈性模量一般較低,美國瀝青協(xié)會(AI)設(shè)計(jì)法中規(guī)定粒料基層棤一般采用100~350Mpa,并控制基層模量與路基模量之比在2~4之間。

前蘇聯(lián)《柔性路面設(shè)計(jì)須知》中推薦嵌擠型碎石彈性模量,1~3級配碎石350~450Mpa,1~4級普通碎石為200~250Mpa,級配碎石為150~250Mpa。

我國《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ014-97)中提出:級配碎石可作任何等級公路的基層,并給出抗壓模量,抗壓模量一般在200~350Mpa范圍內(nèi),當(dāng)交通量較大時,級配碎石不宜作基層,或不能作為承重層,否則需加大瀝青的厚度。

為了解級配碎石的強(qiáng)度變化規(guī)律,本文對級配碎石的回彈模量設(shè)計(jì)參數(shù)作了重點(diǎn)研究。

3.2 級配碎石回彈模量的測定

本課題分別在遼源試驗(yàn)路、通化試驗(yàn)路對級配碎石基層進(jìn)行了承載板試驗(yàn)共完成25個點(diǎn)的承載板測定。

遼源試驗(yàn)路測定的數(shù)據(jù)在570MPa-690Mpa;由通化試驗(yàn)路測定的結(jié)果看,級配碎石的彈性模量在290Mpa-1710Mpa,平均值在600MPa-950Mpa,但變異系數(shù)較大,主要是在施工程中,受降雨的影響;級配碎石材料具有較顯著的非線性,這種非線性使其在剛性較大的下臥層上,表現(xiàn)出較大的回彈模量,通過室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)路測定,級配碎石的彈性模量可通過級配的調(diào)整、施工工藝等方法,在一定組合(其下有較好的半剛性基層),其彈性模量可達(dá)到400Mpa-500Mpa。從而亦具有足夠的抵抗應(yīng)力及變形能力,最終使得級配碎石頭作為上基層不僅具有減緩半剛性瀝青路面反射裂縫的作用,同時也具有足夠的抗疲勞能力。

3.3級配碎石彈性模量建議值

規(guī)范JTJ014-97表D2提出符合級配要求的級配碎石上基層,抗壓模量取值300~350Mpa。本文建議保留這一取值的基礎(chǔ)上增加一個檔次400~500Mpa,以供設(shè)計(jì)選擇。選用400~500Mpa的條件如下:

空隙率為20±3%條件下級配符合緊排骨架--密實(shí)原則的同時,現(xiàn)場有包括裝備與施工技術(shù)兩方面在內(nèi)的較高的壓實(shí)工藝水平,達(dá)到振動壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的0.98。

級配碎石為上基層,應(yīng)有強(qiáng)度較高的以穩(wěn)定粒料為主的半剛性底基層。

4 柔性基層與半剛性基層的優(yōu)化組合

由于柔性基層具有較大的變形,其自身的破壞主要在反復(fù)荷載作用下,當(dāng)累計(jì)殘余變形達(dá)到一定值,路面會產(chǎn)生沉陷或車轍,這種殘余變形是路基和其結(jié)構(gòu)層發(fā)生塑性變形的綜合反映,它不僅同荷載大小、作用次數(shù)、應(yīng)力水平、應(yīng)力歷史、密實(shí)度、級配的性質(zhì)等方面有關(guān)。故傳統(tǒng)的級配碎石由于主要應(yīng)用在底基層,而受各種影響因素,其強(qiáng)度較低,路面破壞往往表現(xiàn)在變形量過大而影響整體強(qiáng)度。

如將柔性基層設(shè)置在剛度較大的半剛性基層之上,由于半剛性基層的變形較小,對柔性基層的變形起到了約束作用,同時通過級配的調(diào)整、施工工藝的提高等,使其強(qiáng)度參數(shù)得以較大的增加,則路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、受力等與傳統(tǒng)的柔性基層結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有所不同,故可通過柔性基層與半剛性基層的優(yōu)化組合,提高路面的使用性能,減少路面的早期病害。

5 結(jié)束語

柔性基層與半剛性基層優(yōu)化組合的路面結(jié)構(gòu)仍然體現(xiàn)了強(qiáng)基、薄面的設(shè)計(jì)思想。首先,振動壓路機(jī)的普遍使用與控制技術(shù)的發(fā)展,為提高級配碎石工程質(zhì)量創(chuàng)造了條件;其次,由于瀝青材料的供應(yīng)與施工設(shè)備已發(fā)生了重大的變化,更由于高速、重載交通對路面結(jié)構(gòu)化使用性能與功能性使用性能的全面要求,用瀝青修筑基層的技術(shù)-經(jīng)濟(jì)條件已經(jīng)具備,因此在富于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)建設(shè)與使用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,發(fā)展兩種基層結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合是技術(shù)進(jìn)步的必然,并有必要加快完善和系統(tǒng)配套。

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