半刚性基层沥青路面典型结构设计

1、半刚性基层沥青路面典型结构设计wyc912只看楼主 更多操作倒序阅读复制链接级别 : 关海土木技工发帖127 关海币49威望79贡献值27交易币0关注 Ta 发消息使用0 发表于 :2006-11-10 本帖被 土瓜 从 道路设计 移动到本区 (2007-05-26)半刚性基层沥青路面典型结构设计1 概述 ?我国 90% 以上的高等级公路沥青路面基层和底基层采用半刚性材料。半 刚性基层沥青路面已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。在七 ?五期间，国家组织开展了 “高等级公路半刚性基层、重交通道路沥 青面层和抗滑表层的研究 ”的研究工作，对沥青混合料的高温稳定性、低 温抗裂性，沥青面层的

2、开裂机理、车辙和疲劳、抗滑表层设计和应用、 半刚性基层材料的强度特性和收缩特性，组成设计要求等进行了深入的 研究工作，提出了较为完整的研究报告，为高等级公路半刚性基层沥青 路面的设计和施工提供了理论依据和技术保证。 由于现行的柔性路面设计规范颁布于 1986 年，随着国家对交通运 输业的日益重视和人们筑路经验的不断提高， 一致认为 1986 年版的柔 性路面设计规范已不能满足高等级公路半刚性基层沥青路面的需要。 由于对半刚性基层认识不足，使得设计结果具有一定的盲目性，设计结 果要么过分保守，要么因路面结构设计不当而产生早期破坏，造成很大 的经济损失。因此，如何利用七 ?五国家攻关项目取得的成果

3、，结合近十 年来半刚性基层沥青路面的设计和施工经验，根据实际使用效果，提出 适合本地区特点的路面结构，对路面结构设计方法的更新和路面实际使 用效果的改善具有重要的意义。根据江苏、安徽、浙江高等级公路的实 际，江苏在镇江、无锡、苏州、徐州、连云港共计4 线 10 段进行调查，安徽在合肥、马鞍山、淮南三市调查了 3 线 8 段，浙江在嘉兴和杭州调 查了 2 线 5 段共计 9 线 23 段。调查的路面结构具有一定的典型性。 ? 2 国内外研究概况 ?2.12.1 国外国道主干线基层的结构特点 国外国道主干线基层结构有以下特点： (1) 多数采用结合料稳定的粒料 (包括各种细粒土和中粒土 )及稳定细

4、粒 土 (如水泥土、石灰土等 )只能用作底基层，有的国家只用作路基改善层。 法国和西班牙在重交通的高速公路上，要求路面底基层也用结合料处治材料。(2) 使用最广泛的结合料是水泥和沥青，石灰使用得较少。此外，还使 用当地的低活性慢凝材料和工业废渣，如粉煤灰、粒状矿渣等。(3) 有的国家用沥青稳定碎石做基层的上层，而且用沥青做结合料的结 构层的总厚度 (面层+基层的上层 )常大于 20cm 。经过几十年的总结， 国外在半刚性基层沥青路面结构组合上虽有所改进， 但半刚性材料仍是常采用的基层和底基层材料。 ?2.22.2 国外典型结构示例 国外沥青路面结构设计方法经过几十年的完善，已经提出了比较成熟的

5、 设计方法，并且许多国家提出了典型结构设计方法，表 1 给出了法国典 型结构一个范例。土的等级交通等级 PF1 PF2 PF3To(750-2000) 7BB+7BB+25GC+25GC 7BB+7BB+25GC+20GC7BB+7BB+25GC+25GCT1(300-750)8BB+25GC+25GC8BB+25GC+20GC8BB+20GC+20GCT2(150-300)6BB+25GC+22GC6BB+22GC+20GC6BB+20GC+18GCT3(50-150)6BB+22GC+20GC6BB+18GC+18GC6BB+15GC+15GC注：(1)交通等级栏下括号内的数值指一个车道上

6、的日交通量，以载重 5t以上的车计； ?(2) PF1 ，PF2 和 PF3 指土的种类和土基的潮湿状态， PF1 相当于一般的 土基； ?(3) BB 指沥青混凝土， GC 指水泥粒料； ?(4) 表中数字单位为 cm 。? 一些国家在高等级公路上实际采用过的半刚性基层沥青路面结构见表2。?一些国家在高等级公路上实际采用过的半刚性基层沥青结构表 表 2 国家 沥青层厚度 (cm) 半刚性材料层厚度 (cm) 备注 日本 20 30 水泥碎石， 30 20荷兰 20 26 水泥碎石， 40 15西德 30 贫混凝土， 15 另有防冻层英国 9.5 16.9 贫混凝土， 15 另 有底基层瑞典1

7、2.5水泥粒料南非17.5水泥砂砾，30西班牙 8水泥粒料当前的规定2.3其它高速公路路面结构?沥青路面典型结构设计 ? 表 3? 道路名称 长度(km) 路面结构面层 (cm) 基层 (cm) 底基层 (cm)广佛路 15.7 4 中粒式5 细粒式25 水泥碎石或31 水泥石屑25-28 水泥土沈大路 3754 中粒式5 细粒式6 沥青碎石25 水泥碎石京津塘 142.5 5 中粒式6 细粒式12 沥青碎石25 水泥碎石 30石灰土京石 144 中粒式8 沥青碎石15 二灰碎石 40石灰土济青路15-18 开级配中粒式38-40 二灰碎石 42 石灰土正在建设的沪宁高速公路路面结构如表4。?

8、标段结构层 A1B4 B5B7 C1C4 C5C2 D1D6 D7D9 E1E5 F1F6 F7G1G2G4 G5 G6面层 16AC 16AC 16AC 16AC 16AC 16AC 16AC 16AC 16AC 16AC 16AC基层 30LFA 30LFA 25LFA 25LFA 40LFA 38LFA 30LFA 20 LFA 18 LFA 20 LFA 20 LFA 底基层 30 LF 30 LFS 33 LS 33 LFS 18 LF 20 LFS 33 LFS 40 LFS 36 FS 40 LFS 40 LFD 注： AC-沥青面层 (4cm 中粒式， 6cm 粗粒式， 6cm

9、 中粒式 )；? LFA- 二灰碎石， LF-二灰， LS-石灰土； ?LFS-二灰土， LFD- 二灰砂。 ?国内七 ?五期间修筑的主要几条试验路的结构、 实体工程及正在建设的一 些高等级公路的结构表明，半刚性基层是沥青路面最主要的结构类型， 同时，不同设计人员所提出的结构组合相差较大，甚至，对同一条路， 不同设计单位设计的路面结构相差也很大。因此，根据设计与施工经验 提出的适应不同地区的典型结构具有一定的理论意义和实践意义。 ? 3 路面结构调查 ?典型结构调查要求选择的路线及路段具有典型性，公路等级要求是二级 或二级以上的半刚性基层沥青路面，施工质量达到一定的水平，或者由 专业队伍承担施

10、工任务。 施工质量检查比较严格， 如有相应的试验路段， 尽可能根据当时试验目的及原始测试数据进行跟踪调查。 选择的调查路 段使用年限应达到三年以上，并有一定的交通量。路段应包括不同的路 基结构 (即填控情况 )不同的地带类型，不同的路面结构 (含不同材料和不 同厚度 )，不同的使用状态 ( 如完好，临界和破坏 ) 和不同的交通量。被选 择的路段的基层结构应符合公路路面基层施工技术规范的规定，即 不是用稳定细粒土或悬浮式石灰土粒料做的基层。路段长度在100 500m 之间。为此，浙江、江苏和安徽分别选择 320 国道嘉兴段， 104 国 道萧山段， 206 国道淮南段， 205 国道马鞍山段，合

11、蚌路， 312 国道镇 江、无锡、苏州段， 310 国道新墟段、徐丰线进行全面的调查和测试。 根据选择路段的基本情况，本次典型结构调查路段选择具有以下特点：(1) 反映了不同地区，不同的道路修建水平；(2) 反映了不同地区，不同的路面结构组合类型；(3) 包括了表处，贯入式等一般二级公路采用的结构，也包括了高速公路 采用的结构； (4) 包括中间夹有级配碎石连结层的路面结构；（5）反映了经济和地区水平的差异；（6）包括了不同地区主要使用的半刚性基层材料。 ?3.1 路段测试内容及测试方法 本次路况测试主要包括：外观、平整度、车辙、弯沉、摩擦系数及构造 深度。外观测试是裂缝、松散、变形等破坏的定

12、量描述；弯沉由标准黄 河车（后轴重 10t）及 5.4m（或 3.6m）弯沉仪测试；摩擦系数由摆式摩擦系 数测定仪测试； 构造深度由 25ml 标准砂 （粒径 0.15 0.3mm） 摊铺得； 平 整度为 3m 直尺每 100m 路段连续测 10 尺所得统计结果； 车辙是 3m 直 尺在轮迹带上所测沉陷深度。 ?3.2 数据采集方法（1）合理性检验。由于实测数据存在偶然误差，因此，在进行误差分析之 前，须去除观测数据中那些不合理的数据，代之以较合理的数据，进行 合理性检验。实际工作中常用 3原则和戈氏准则， 3原则较近似， 戈氏准则较合理。（2）代表值的确定。代表值是在最不利情况下可能取得的值

13、：97.7% 的保证率， 取 2.0 ；95%的保证率， 取 1.645 。? 在后面计算中，代表值确定如下：弯沉取；平整度、车辙为；摩擦系数、 构造深度为 X= -1645S 。3.3 路面使用品质分析3.3.1 平整度 根据公路养护技术规范，不的道路等级对平整度有不同的要求。但本次 调查结果表明：各路段的平整度与结构层组合与施工组织状况有关。由 于选择路段路面结构使用了沥青贯入式， 沥青贯入式是一种多孔隙结构， 整体性较差，在行车荷载的重复作用下被再压实，导致纵向出现不平整 现象。同时施工时各层纵向平整度的严格控制对路面表面平整度控制有 十分重要的意义。 ?3.3.2 车辙 沥青路面车辙是

14、高等级公路重要病害之一。国外设计方法中A 法以控制土基顶面压应变为指标， shell 设计方法则通过分层总和法直接从沥青 面层厚度及面层材料诸方面控制车辙。我国还没有采用车辙指标，作为 设计控制值，而是通过材料动稳定度或其它指标达到减少车辙的目的。 对半刚性基层沥青路面，由于土基顶面压应力较小，在重复荷载作用下 土基产生的再压实的剪切流动引起的。在调查路段，沥青贯入式结构由 于其级配较差，在重复荷载作用下极易产生剪切流动和再压实，同时其 高温稳定性较差，调查路段车辙量较大。3.3.3 抗滑能力 沥青路面抗滑性能评价方法主要是测定面层的摩擦系数和纹理（构造 ）深度。沥青面层纹理深度与矿料的抗磨能

15、力 （磨光值指标 ）和沥青混合料高 温时的内摩阻力和粘聚力有关。纹理深度达到要求必须合理选定矿料级 配、沥青材料满足高等级道路石油沥青技术标准。调查路段面层矿质材料为石灰岩， 磨光值只有 37 左右，达不到高等级公 路和大于 42 的要求。面层磨擦系数普遍较小，不满足抗滑性要求。 ?3.4 路面结构强度分析 调查路段经过两年的弯沉及交通量实测，结果表明：不同调查路段由于承受的交通量不同，虽然路面结构相同，但强度系数不同。因此，只有根据强度系数才能判别路面结构是否达到使用寿命。同时，有些路段其 路面结构组合及厚度明显不符合设计要求或施工质量较差，因此必须调 整设计厚度及结构组合。3.5 沪宁高速

16、公路无锡试验路综合调查 沪宁高速公路无锡试验路段是本次调查唯一针对高速公路特点的路面结 构，通过近三年的运行和观察，对高速公路设计与施工提出了许多有益 的结论。(1) 半刚性基层路段弯沉在 (2.13 8.25)(1/100mm) 范围，级配碎石段 (X、X )弯沉为 0.122mm 和 0.135mm ，但在裂缝边缘弯沉值明显大于没有 裂缝处的弯沉，裂缝边缘弯沉最大达 20(1/100mm) 。因此，在试验路段 弯沉绝对值能满足高速公路强度要求，但必须注意裂缝对半刚性路面结 构强度影响。(2) 路面平整度基本没有改变，并能满足要求。(3) 1994 年夏季高温持续时间长，对沥青路面高温稳定性

17、提出了严峻的 考验。 1994 年观测结果表明， 试验路段车辙较 1993 年基本没有变化。(4) 路表面在行车碾压作用下，行车带渗水很小或根本不渗水。(5) 从路面构造深度和摩擦系数二方面分析，面层摩擦系数较 1993 年减 少约 (9 14) ，在 1993 年新铺路段，摩擦系数从 65.4(LK-15A) ， 61.9(L H-20 分)别减少到 35.4 和 32.0 ，减少约 30。对同一级配来说， LH-2 0 玄武岩径一年行车碾压后的摩擦系数值比行车碾压二年后砂岩(LH-20 的)摩擦系数值还要小， 说明玄武岩的抗摩擦能力小于砂岩。 对 LK- 15A 加铺层段，LK-15A 段

18、的摩擦系数 LH-20 加铺层路段摩擦系数大。(6) 对比英国产摩擦系数仪，英国产摩擦仪测试结果较国产摩擦仪增大范 围是： (16.6 23.65) 平均约 21.0 ，其回归关系式为 ?f 上=1.13 f东+16.9 。?式中： f 上为上海测试值； f 东为东南大学测试值。(7) 半刚性路面裂缝较为严重，经二年运行，裂缝间距宽约为7090m ，窄的约为 15 25m 。裂缝宽度在 1 10mm 之间。而在 层的开裂是面层开裂的主要原因3.6 调查路段综合结论(1) 本次调查涉及高速公路结构，一级公路、二级公路，因此，调查工作 可靠，对提出典型结构具有指导意义。(2) 调查路段路面结构有许

19、多贯入式结构。虽然这种结构整体稳定性不 好，但调查结果表明，由半刚性材料引起的反射裂缝也相应减少。(3) 对高速公路路面结构，面层厚度 0cm 。(4) 对一级公路路面结构，面层厚度5cm1 。(5) 对二级公路路面结构，面层厚度cm。 ?4 土基等级划分 ? 土基是影响沥青路面结构承载能力、12 16cm ，基层底基层厚度 506812cm ，基层底基层总厚度 405610cm ，基层底基层厚度 3545结构层厚度和使用性能的重要因素。土基的强弱直接影响路表弯沉值的大小和沥青路面使用寿命的长短。路面力学计算结果表明， 沥青路面的回弹弯沉值绝大部分是由土基引起的。 合理划分土基等级，保证土基施

20、工质量对路面弯沉控制有重要的意义。 柔规 规定土基必须处于中湿状态以上， Eo 的建议值根据土的相对含 水量及土质确定。实际上，土基的回弹模量 (Eo) 值随土的特性、密实度、 含水量、路基所处的干湿状态以及加荷方式和受力状态的变化而变化。 土基回弹模量 Eo 值规定以 30 径刚性承载板在不利季节测定、 在现场测 定。柔性路面设计规范中的 Eo 建议表，就是根据全国各地旧路上不利 季节在路面完好处， 分层得出 E1 ，E0，并在土基测点中心钻孔取土测 d、W WP ，同时用手钻在板旁取 W校正，得出 80cm 范围内的平均值， 整理得出 EP 的建议值。该表采用 6g 锤的液限值，现改用 1

21、00g 锤测定 液限。 如果用相对含水量确定土基的回弹模量，对重型击实标准，可将原建议 值提高 30% 。如华东地区中湿状态土基加强弹模量最小值 23MPa 。则 高等级公路路基的回弹模量最小值为 231.3=30MPa 这再一次证明土基 回弹模量低限取 30MPa 是合理的。如果路基回弹模量最小值达不到要 求，要求采取某种处治方法进行处治。 第二种确定土基回弹模量的方法是通过压实度和土的稠度来计算土基的 回弹模量。对比土的相对含水量与稠度的关系曲线，当 Wc=1.0 ，0.75 和 0.50 时，相当于地下水对路基湿度影响有关的临界高度的分界相对含 水量 W1 、W2 、W3 ，即当 W?c

22、 1.00 时，相当于处于干燥状态。 土基强度等级划分结果表明：必须使土基处中湿成干燥状态，否则要作 适当处理。 如果根据 CBR 确定土基回弹模量， 则第三种方法根据室内试 验，用 E0=6.4CBR 确定土基回弹模量值。综上所述，土基强度等级划分为 S1 、S2 、S3 三个等级与各参数间相互 关系见表5 土基强度等级 土基强度等级表5回弹模量范围 (MPa) 承载比范围 (CBR)S1 30 454.5 7.0S2 45 657.0 10.0S3 6510.05 交通量等级的划分 ?影响一条公路的交通量的因素既多又复杂， 每个因素的不确定性又较大。因此，不可能较准确地知道公路开放时的平均

23、日交通量，也不可能较可 靠地确定交通组成和各自的平均年增长率。其结果是实际交通量与路面 结构设计时预估的交通量有很大差异。 ?5.1 高等级公路交通量取值范围 高等级公路泛指二级汽车专用道以上的公路，二级汽车专用道第一年日 平均当量次最小值一般为 500 ，如以 8%的增长率增长， 15 年累计作用 次，对于小于该作用次数的公路将不作高等级公路处理。对高速公路而 言，通行能力 (混合交通 )应大于 25 000 辆/日，标准轴次一般为 6 000 8 000 辆/日，因而，若以 5%的增长率增长， 5 年最大累计作用次数一般为 15 1806 次左右。 ?5.2 划分办法及具体结果 交通等级划

24、分将以累计标准轴载作用次数对容许弯沉的均等影响为依据 进行划分。交通量等级划分结果见表 6。 ?交通等级划分结果 表 6 等级标准 T1 T2 T3 T4 累计标准轴次 （次 ）第一年日平均当量轴次 （次） 1200 注：第一年日平均当量轴次由标准累计作用次数计算得，设计年限 取为 15 年，增长率取为 8% ， 且以单车道计。 ?6 典型结构图式 ?6.1 典型结构推荐的基本原则 结合结合调查路段的路面结构和实际的使用状况，以及国内外半刚性基 层沥青路面实体工程设计成果，半刚性基层沥青路面的承载能力主要依 靠半刚性基层。因此承载能力改变时主要通过改变基层的厚度来实现。 沥青面层的厚薄主要考虑

25、道路等级 （交通量 ）的影响，为此，可得出半刚 性基层沥青路面典型结构沥青面层、 基层、底基层厚度改变的基本原则。（1）沥青面层总厚度控制在 616cm 。对相同交通等级， 不同的路基等级， 基层 （或底基层 ）厚度不同，不同的交通等级，相同的土基等级改变沥青 面层的厚度。（2）基层（或底基层 ）厚度变化尽可能考虑施工因素，即施工作业次数最 小。（3）不同的交通等级，主要改变基层或底基层的厚度，并且综合考虑造价 因素。（4）材料选择应结合华东片区实际，基层采用二灰碎石和水泥稳定粒料， 底基层则采用石灰土和二灰土 （二灰 ）（5）为减少面层开裂，推荐结构提出采用级配碎石过渡层。 ?6.2 半刚性

26、基层沥青路面典型结构 根据参数分析，推荐的基本原则及国内外路面结构设计原则，对半刚性 基层沥青路面共推荐 60 种典型结构， 供有关单位设计时直接选用， 表 7 是其中之一。重交通道路沥青路面典型结构图 表 7?交通量土基强度等级 T1 T2 T3 T4S18 10AC20LFGA10 12AC12 14AC30LFS20LFGA35LFS20LFGA37LFS14 16AC20LFGA40LFSS28 10AC18LFGA30LFS 10 12AC20LFGA30LFS 12 14AC20LFGA32LFS 14 16AC20LFGA35LFSS38 10AC20LFGA20LFS 10 12AC18LFGA30LFS 12 14AC18LFGA32LFS 14 16AC20LFGA32LFS6.3 构推荐和验算的几点说明(1) 沥青面层厚度在 8 15cm 之间，这主要根据调查结果及我国道路建 设的现状和水平。(2) 基层和底基层的厚度充分反映了结构的受力特性和结构层的经济合 理性要求。(3) 推荐的底基层厚度在三种验算方