- 文献综述(或调研报告):
我国现在广泛使用的半刚性基层存在大量横向开裂、水损坏和车辙问题,半刚性基层在温度和水分影响下极易出现开裂;半刚性基层本身细料含量多,材料致密,基本不透水,因此结构中的雨水不能从基层迅速排走,只能沿层间扩散、积聚,在荷载作用下出现水损害;我国很多薄沥青层的半刚性沥青路面,车辙相当严重。半刚性基层模量越高沥青层剪切应变水平越不利,结构抗车辙性能越差,这已经是行业中公认的事实。计算表明,随着半刚性基层强度增加,沥青结构层剪应变明显增大,导致结构的抗车辙性能不佳,而且由于半刚性基层和沥青层之间的层间粘结问题导致半刚性基层对于重载交通更加敏感,更加容易产生车辙。
相比于半刚性基层,级配碎石基层在上述问题上有更好的表现。级配碎石基层对干湿、温度的变化不太敏感,不会产生干缩、温度裂缝而导致自下而上的结构性反射裂缝;在采用开级配设计时,渗透系数大,可以有效降低结构内部的饱水时间和动孔隙水压力,减少水损害;其强度不会随龄期逐渐衰减,因而具有特别好的耐久性和稳定性;另外,根据AASHTO的研究表明,路面车辙随着沥青层厚度增加而增加,但当增加到15cm继续增加沥青层厚度,此时随着沥青层厚度增加路面车辙反而下降,所以当沥青层厚度达到15cm时,车辙就只会出现在沥青上表面。
我国在发现柔性基层沥青路面的优点后,交通部公路科学研究院自2001年以来在各省铺筑了多个不同结构试验路,并进行了大量研究。青海省平西、马平试验路建设了全柔性沥青路面结构,级配碎石过渡层,以及不同强度的水稳基层和石灰稳定基层五种结构类型,通过对不同结构的裂缝发展情况的比较可以看出,对于柔性基层及级配碎石过渡层基本没有出现开裂,因此,柔性基层和设级配碎石过渡层的结构可以大量减少,至少可以说延缓横向裂缝的产生。山西祁临高速公路试验段结构为6中,其中A、B、C为半刚性基层沥青路面结构,其中A为表面层改性,B为双层改性,E为采用GTM设计的结构。D、E、F为柔性基层沥青路面结构,其中D为现在SMA路面结构,在半刚性基层上加铺12cm碎石排水层,作为半刚性基层的过渡层;E为沥青稳定碎石基层沥青路面,沥青层总厚度24cm;F为双层SMA路面结构。在对C,D,F,E加载一定次数后在各段切横向裂缝,随后在每条横缝上打了两条一直贯穿到基层、孔径40mm的加水孔,再向基层加水后加载到100.25万次。研究表明,随着向基层中加水后,半刚性基层的C结构的车辙量极大增加,而设计有良好排水性能级配碎石基层的结构的车辙量发展稳定,这说明采用级配碎石基层可以明显改善结构的抗水损坏性能。
但我国目前的级配碎石施工工艺研究和材料质量管理研究还存在缺陷,在四川省成渝高速公路级配碎石路段就出现了龟裂、坑槽和车辙破坏,原因是沥青面层厚度严重不足,达不到设计12cm要求,级配碎石基层也不是真正意义上的级配碎石,路拌法施工的均匀性差;同时材料差,粗集料主要是轧碎的卵石,细集料为砾石中的细砂,再掺加了大量的极易风化的泥岩。从现场取样看,级配碎石级配根本满足不了设计要求,0.5mm和0.075mm严重超标,最大达到38%和26%,同时很多粗集料为超粒径、特超粒径的未破碎卵石。级配碎石基层的细料太多,不利于排水,同时泥岩遇水后易软化,承载能力极差。因此对于柔性路面,加强级配碎石基层材料质量控制和现场施工控制是保证级配碎石基层路用性能的关键。
根据NCHRP的研究,级配碎石基层的质量可以通过以下六个规格类别控制,即强度、级配、细料、风化程度和坚固性、粉碎颗粒的特性、水敏感性和压实度。
强度:碎石骨料的强度通常没有规定,在这种情况下,可以通过其他特性(通常是级配)来确保足够的承载能力。
R值:由Hveem稳定仪(美国国家公路和运输官员协会[AASHTO]T-190,美国材料试验协会[ASTM]D2844)确定。道路建设中使用的土壤和骨料通常在5到85之间。加州和内华达州为基地规定的最小值为78,而爱达荷州规定的最小值为75。
LBR(石灰承载比):与CBR实验类似,将加州的碎石换为佛罗里达州的一种石灰,且所得结果与CBR相比偏激进。
德克萨斯三轴试验:不同于标准三轴压缩试验,试样的围压是通过压缩空气在金属三轴电池和其与试样接触的厚橡胶衬里之间产生的,但NCHPR研究发现德克萨斯州的标准是偏保守的,诸多地区选择放弃德克萨斯三轴试验。
级配:传统上,人们认为密级配材料具有较高的抗剪强度和刚度,但有一种趋势是,有更多的排水开级配材料具有更大的抵抗过度水分和霜冻的作用。
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