柔性基层混合料设计与施工

1、柔性基层混合料设计与施工要点张登良 教授一、沥青稳定碎石基层（一）沥青稳定碎石基层特点及基本要求（一）沥青稳定碎石基层特点及基本要求1特点兼具板体性与柔韧性使路面结构受力更加均匀强度形成快可避免沥青路面过早开裂（反射裂缝）2基本要求一定的强度扩散荷载稳定性与耐久性抗疲劳开裂和永久变形（二）沥青稳定碎石基层的应用（二）沥青稳定碎石基层的应用表1.1 欧洲各国最传统的沥青基层应用情况国家德国英国法国北欧意大利西班牙术语沥青结合料承重层DBMGB、EME Strato di baseG20、25公称粒径3228，4010，14，2025，3225-6020，25胶结料类型50/7050、100、20

2、035/50（GB）20/30，或改性（EME）70/10050/70，70/100一般不改性50，100，200沥青用量%3.63.5-43.5-4(GB)6 (EME)3-53.5-4.53.5-4空隙率%3-82-84-12(GB)6-10(EME)8-126-12 厚度cm大于87-10(28)9.5-14(40)8-15(GB)6-15(EME)大于66-154.5-15注：北欧：包括挪威、瑞典、丹麦、芬兰、冰岛等国。表1.2 日本、澳大利亚以及我国台湾省沥青基层应用情况国家台湾日本澳大利亚加拿大BC印度越南术语沥青处理基层沥青稳定基层 DBMATB公称粒径传统：19，25新增加：2

3、5，35传统：37.5新增加：31.520,28,4019,252525胶结料类型传统以85100为主,现部分地区已改用60/70一般为60/80,80/100;大粒径为40/60,60/80通常采用改性沥青75/60,40/50,25/3080/100,150/200,200/30060/70-沥青用量%3-5-4.5-64空隙率%传统3-10；大粒径沥青混凝土3-53-12轻交通：3-5，重交通5重交通：4-6轻交通：3-83-55-8厚度cm-最大粒径的2倍（5cm）以上4.5(20),5(28),10(40)-5-10-表1.3 美国部分州、部门密级配沥青基层应用情况州、部门德州加州路

4、易斯安那FHWA选择指南1）术语沥青稳定基层沥青混凝土基层沥青凝土基层沥青稳定基层沥青混凝土基层公称粒径ATB：25,35HAC：22.4,31.52025ATB：19,25,37.5HAC：19,2519,25,35胶结料类型 -PG64-22-沥青用量%3-9- 空隙率%3-5-3-53-5-厚度cm-5.7-7.5(19),7.5-10(25),10-15(37.5)注：1）为2001年NAPA和FHWA路面沥青混合料类型选择指南表1.4 Peport 386给出的美国各州大粒径密级配沥青混合料应用情况州阿肯色科罗拉多肯塔基密歇根新墨西哥俄勒冈田纳西德州加州公称粒径37.5192537.

5、525253037.537.525,37.5空隙率3-63-54.3-4.93.5-6.53-43.5-4.543-5.53.44-7沥青用量2.5-73.7-5.74.5-4.73-3.73.5-53.6-4.383-82.5-8.14.9-5.71绝大部分国家采用密级配的中粒式，粗粒式或特粗粒式沥青稳定碎石基层；2最大粒径欧州：25mm、28mm、32mm、40mm美国：1937.5mm日本：传统37.5mm、新增31.5mm台湾：传统19mm、25mm 开始应用大粒径沥青混凝土最大粒径为25mm、30mm（提高强度，减小沥青用量）澳大利亚：20mm、40mm（重载交通） 3空隙率一般36

6、%，也有38%有些采用开级配沥青稳定碎石，其空隙率18%4沥青标号法国：沥青稳定碎石一般35/50，高模量沥青混凝土基层20/30澳大利亚：40/50，重交通道路25/35英国：40/50加拿大、西班牙：特软沥青为200号台湾：85/100、60/70（重交通）日本：60/80、80/10040/60（重交通）印度：60/70美国：骨架型结构，允许采用较软沥青中国：一般50/70，寒冷地区90号，高温地区，爬坡路段30/505混合料级配美国：大碎石沥青混合料可提高结构性能与经济性（粗集料较多，则VMA相对低，沥青用量可降低）。粗集料较多，可形成骨架结构，对沥青的数量与质量的依赖性会降低，还可采

7、用较软的沥青。 表2 2002年俄亥俄州大马歇尔标准筛孔,mm5337.5251912.59.54.752.361.180.600.30.075通过率,%10085-10068-8856-8044-6837-6022-4514-358-256-184-132-6中国：骨架密实结构骨架的空隙由少量细集料、矿粉和沥青填充。表3 建议的密级配沥青碎石级配范围 5337.531.526.5191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075ATB-25 10090-10060-8048-6842-6232-5220-4015-3210-258-185-143-102-6ATB-

8、30 10090-10070-9053-7244-6639-6031-5120-4015-3210-258-185-143-102-6ATB-3510090-10075-9265-8549-7143-6337-5730-5020-4015-3210-258-185-143-102-6 该级配范围位于AC-型与型之间。实验表明，其具有较低的沥青用量，小的空隙率和良好的路用性能。 （三）沥青稳定碎石基层混合料设计方法（三）沥青稳定碎石基层混合料设计方法1试件成型方法及技术指标试验方法表4.1 各规范沥青基层混合料成型方法及设计参数国家日本加拿大越南印度德国成型方法标准马歇尔双面75次标准马歇尔双面

9、75次标准马歇尔双面75次标准马歇尔双面75次标准马歇尔双面50次设计参数体积参数及马歇尔指标体积参数及马歇尔指标体积参数及马歇尔指标体积参数及马歇尔指标体积参数及马歇尔指标国家英国南非法国澳大利亚台湾省成型方法振动锤成型1）击实锤击实2）旋转压实仪旋转压实仪大马歇尔双面122、标准马歇尔双面75次设计参数体积指标、力学性能试验(包括回弹模量和永久变形)三个标准：体积参数（空隙率和VMA）、IDT试验（如抗拉强度/破坏应变）以及动态蠕变模量混合料性能指标，包括室内空隙率、车辙、疲劳、直接拉伸、混合料模量等Superpave混合料性能指标体积参数及马歇尔指标注：1）vibrating hambe

10、r,试件直径152mm，试件成型后，被修剪成高70mm2）Rotatiing-base Marshall，试件直径152mm，击实锤击实，同时具有一定的搓 揉作用；3）大粒径沥青混合料采用大马歇尔试验，传统的沥青处理基层采用标准马歇尔。表4-2 美国各州、部门沥青基层混合料成型方法及设计参数项目FHWAAIMarshallHveemSuperpave1969年1992年1995年成型方法标准马歇尔HAC基层1）：性能A：双面75次性能B：双面50次沥青稳定基层2）：双面50次 施转压实标准马歇尔双面50次标准马歇尔重交通：双面75次中交通：双面50次轻交通：双面35次一般标准同1992标准，同

11、时要求对于大粒径的沥青混合料采用大马歇尔设计参数体积参数及马歇尔指标Hveem指标Superpave指标体积参数及马歇尔指标注：1）Marshall稳定度或单轴压缩试验抗压强度要求，以及单轴压缩试验中残余强度比或抗拉强度试验中抗拉强度比要求；2）Marshall稳定度要求，同时须满足单轴抗压试验或拉伸强度试验技术要求。表4.3 美国各州、部门沥青基层混合料成型方法及设计参数项目路易斯安那州得州阿肯色，俄亥州，新墨西哥，肯塔基、密歇根，田纳西，宾夕法尼亚等州加州MarshallSuperpave沥青稳定基层沥青混凝土基层大粒径密级配沥青混合料大粒径密级配沥青混合料成型方法标准马歇尔双面75次旋转

12、压实旋转压实旋转压实大马歇尔双面112次或标准马歇尔双面75次Hveem（1）马歇尔法仍是当前世界上使用最普遍的方法之一。（2）大马歇尔试件用于粒径较大的混合料（26.5mm）试件尺寸扩大1.5倍（直径150mm，高95.2mm）直径应大于公称粒径的4倍击实次数亦增大1.5倍（5075，75112次）稳定度和流值的标准相应提高2.25倍和1.5倍（3）试验表明集料击碎：大马歇尔优于标准马歇尔密度：大马歇尔小于标准马歇尔空隙率：大马歇尔大于标准马歇尔VFA：大马歇尔小于标准马歇尔稳定度、流值：从大量数据统计稳定度比值平均为2.05流值比值平均为1.46 均接近理论值（4）混合料空隙率的确定方法混

13、合料的最大理论密度用真空法测定混合料的毛体积密度通常采用表干法，当吸水率大于2%时宜采用蜡封法，对空隙率大于8%时宜采用体积法。（5）最佳沥青用量的确定方法按照规范：用稳定度最大值，密度最大值，空隙率范围中值（或要求的目标空隙率），饱和度范围中值分别对应的油石比a1、a2、a3、a4的平均值，作为OAC1。当密度和稳定度未出现峰值时，以空隙率的中值或要求的目标空隙率所对应的沥青用量为OAC1。2沥青稳定碎石基层混合料设计标准 表5.1 部分规范沥青基层混合料马歇尔设计标准 单位俄亥俄州台湾吴学礼推荐台湾省“行政院公共工程委员”规范AI95版(重交通)FHWA路易斯安那州日本越南加拿大(重交通)

14、击实次数(双面)次大112大112大112小75小75大112大112小75小75小75小75空隙率%4.53.5-5.53-53-123-53-83-5%3-125-84-6VFA% 65-7550-80实测 60-75 VMA%11.511.5 按公称粒径和设计空隙率确定1112 13稳定度KN13.313.4208818 6.33.4388流值mm7.17.12.5-52-42-3.53-5.5 4.75mm）的破裂面通常要求不小于60%，以及75%的颗粒须具有2个以上的破裂面。（2）粗集料的强度一般用抗压碎值和抗磨耗值鉴定集料的强度（3）有害物质控制通常用砂当量、有机物、粘土团，以及硫

15、酸盐含量作为控制指标（4）耐久性一般采用冻融试验或硫酸镁安定性试验确定其耐久性 国家或部门液限塑指磨耗值砂当量耐久性要求安定性要求材料类型要求及其它FHWA25% 50% 粗料：35%细料：35%12%1）底基层、基层集料可以采用耐久、坚硬的碎石、轧制矿渣或碎砾石。不要采用冰冻、解冻时破碎的材料。采用的集料必须进行破碎、筛分，按一定配合比拌和。细料，即4.75mm以下料应该是天然砂或人工砂和细矿料颗粒。粗集料破裂面不小于50%，细集料中不含有机物和粘土团。ASTM基层254 35 粗集料为轧制碎石或者采用质量较好的矿渣、碎砾石。9.5mm以上料至少75%颗粒必须具有2个或2个以上的破裂面底25

16、6 30 英国基层250 基层为质量较好的碎石、碎矿渣，底基层有两类：Typel为碎石、轧制的水泥混凝土块，其0.425mm以下料为无塑性的：Type2为天然砂、砾石，塑性指数为不大于6%；底层250-6 法国基层 20-3050 法国集料较硬，级配碎石主要采用两种材料，即粗砂岩和砂质砂砾。不同的交通量其材料要求不同，同时还规定了其它要求。磨耗值、微型狄法尔耗值中交通 重交通 很重的交通基层30、25 25、20 20、15底基层40、40 30、25 25、20底层 25-4050 加拿大BC州基层 40-30 粗料：20%2）细料：25%2）基层：采用轧制的碎石、砾石等，筛分按一定的配比拌

17、和，破裂面不小于50%，最大粒径为25、50时砂当量为40，最大粒径为75时砂当量为30，离析系数不小35；底基层，可以对材料轧制筛分后再用，也可以直接用开挖出的料，同时离析系数不小于35。底层 20 南非基层 4-6 G1：密级配未风化轧制碎石，最大粒径37.5mm，体积密度（表观密度）86-88%，PI4G2：密级配轧制碎石，最大粒径37.5mm，体积密度（表观密度）85%，PI6G3：密级配碎石土，最大料径37.5mm，PI6。交通量80KN标准轴次：G1 G2 G3干区：107； 106107 11063106湿区：106 0.3106 1106俄亥俄州25650 15%1）碎石、碎砾

18、石、碎矿渣等AASHTO25650 碎石、碎砾石、碎矿渣，其磨耗值规定采用2mm以上材料磨耗得出AI基层250 35 12%1）该数据为92年规范，同71年规范相比，只是砂当量由以前的50%放宽到35%。其它同ASTM低层256 25 台湾省高公局基层 40 当砂当量大于45时，CBR可由工程师视情况而定。低层 35 表6 各规范级配碎石基层、底基层材料类型和技术要求续上表台湾省公路局基层25450 集料应为岩石、砾石或炉渣扎制而成的碎石。底层25650 台湾省行政院公共工程委员基层2505035-40 12%1）集料应为岩石、砾石或炉渣扎制而成的碎石。粗集料，以重量计算，至少应有75%以上具

19、有2个以上的破碎面。二类要求砂当量不低于35%，三类不低于40%。底层2565020-30 集料应为岩石、砾石或炉渣扎制而成的碎石级配料或天然级配料。日本基层 450 20%2）级配碎石基层可以采用玄武岩、安山岩、粗石英岩、硬质砂岩、硬质石灰岩、砾石进行轧碎，对于碎砾石最少60%的颗粒具有2或2个以上的破裂面。得克萨斯州35-4010-1240-45 除了以上要求，还要求材料的线收缩率不大于2%，基层级配碎石分为4类，A：大粒径的岩石轧制的碎石，B：碎砾石或砾石，C：全部为轧制的砾石，4.75mm以上料最少60%的颗粒具有2或2个以上的破裂面，D：由设计文件定。对于最大粒径为45mm的材料要求

20、液限、塑指、磨耗值为35、10、40，最大粒径为63mm对应值分别为40、12、45，其中磨耗值为水中磨耗值。加州基层 2535 基层用集料应为岩石、砾石或炉渣扎制而成的碎石底层 21 荷兰基层 在荷兰由于岩层埋藏较深，因此其基层除了火山岩外，如高炉矿渣、轧制混凝土块、建筑物碎碎材料等，但是对于高速公路，其材料一般还是火山岩。我国现行规范基层286-9压碎值：按交通等级26%、30%、35%压碎值按交通等级：基层底基层高、一级公路26%30%二级路30%35%三级路35%40%底层286-9压碎值：按交通等级30%、35%、40%表7为我国初步推荐的级配碎石材料的技术要求。表7 推荐的级配碎石

21、材料技术要求级配碎石试验内容技术指标液限25%塑性指数45%压碎值26%洛杉矶磨耗值35%安定性试验12%针片状指数20%2级配碎石的级配范围（1）集料的最大粒径粒径越大，则强度越高，但工艺性较差（如易离析，不易整平，对拌和设备磨损较大等）。对基层级配碎石，最大粒径通常为4050mm。试验表明，最大粒径为37.5mm时，CBR值最大；最大粒径为50mm时，可获得最大干密度。级配碎石最大粒径，应综合考虑对级配碎石性能的影响，确保施工中不离析，以及具体材料、气候条件确定。表8是各国对最大粒径的规定表8 各规范级配粒料基层、底基层材料的最大粒径情况（mm）国家基层底基层英国5075印度5375美国F

22、HWA50、37.5、2563、50美国得克萨斯州45、6345、63美国ASM5050美国科罗拉多州100、63、50、37.5、25美国俄州50美国AASHTO50、25美国加州50、2575日本53、37.5、31.553、37.5、31.5加拿大魁北克州40、31.580加拿大BC州75、50、2575法国40、31.580、60、40、31.5续上表荷兰(45)（45）、（80）台湾高公局50、2550台湾行政院公共工程委员50、2525、50、75、100台湾省公路局50100南非37.537.5、63、7586基层施工规范（中国）40、50、6040、50、60 注：（）内数据为

23、公称最大粒径：加拿大BC即加拿大的大不列颠哥伦比亚州。（2）细集料含量 表9 各规范级配碎石4.75mm通过率情况国家基层国家基层英国3）50：25-40日本53：30-6537.5：30-6531.5：30-65美国FHWA50：33-4737.5：39-5325：47-59加拿大BC州75：20-4050：25-5525：35-70美国得克萨斯州45：35-5563：25-55加拿大魁北克州31.5：35-60美国ASTM50：35-55法国1）40：21-4531.5：30-53美国AASHTO50：25-55荷兰1）45：33-63美国加州50：25-4525：35-55台湾省高公局5

24、0：30-4325：35-55台湾省公路局50（甲）：25-5550（乙）：30-60我国86规范2）60：27-5050：30-5540：30-55台湾省“行政院公共工程委员”50（一类A）：25-5550（一类B）：30-6050（二类）：35-5550（三类）：30-4525（三类）：35-55我国2000规范37.5：29-5431.5：29-54注：表中除荷兰45表示为公称最大粒径外，其余均为最大粒径；1）表示4.75mm通过率是通过插值获得；2）表示为圆孔筛，筛孔为5mm；3）表示筛孔为5mm时通过率。 混合料的干密度与强度随细集料的变化出现峰值，该峰值一般出现在细集料3050%之

25、间。（3）细料（0.5mm）通过率及其塑性指数 表10 各规范级配碎石0.425mm（0.5mm）通过率以及塑性指数要求国家基层国家基层 英国1）LL25%PI=0(无塑性)50 6-19日本PI4%53、37.5、31.5：10-30 美国FHWALL25%50 10-1937.5、25 12-21美国得克萨斯州LL35%PI10%45 15-30 加拿大BC州1）PI4%75 4.5-1250 7-1825 7-23法国3）40 4.5-19(5-20)31.5 5.5-21(6-22)爱尔兰石灰石LL20,其它为21塑限不要求加拿大魁北克州1）31.5 10.5-22 台湾行政院公共工程

26、委员LL25%PI=0(无塑性)50(二类)：9-22美国ASTM1）LL25%PI4%50 9.5-21 美国加州1）50 8-2125 8-25台湾高公局1）50 8-2125 8-25 美国AASHTOLL25%PI6%50:8-20台湾省公路局LL25%PI4%50(甲) 8-20 试验表明，当细料含量为822%区间，干密度与强度出现最高值。随着细料塑性指数的增大，饱水CBR值减小。（4）粉粒（86-88%1)G2：体积密度（表观密度）85%1)英国重型击实（方法规范，没有提压实度要求）澳大利亚重型击实-法国重型击实平均密度大于100%层底密度大于98%我国重型击实中间层：100%基层

27、：98%底基层：96%注：1）表示为理论最大密度，而不是重型击实的最大干密度。（3）试验表明重型击实最佳含水量小于振动成型。当干密度较小时重型击实的干密度要大于振动成型的干密度；而干密度较大时则相反。振动戌型的CBR要大于重型击实的CBR。2级配碎石混合料设计技术指标表15 各规范粒料（底）基层混合料技术要求部门、国家基层底基层部门、国家基层底基层AI（1971）100（或8020（或55）英国80底基层30、垫层为15AI（1993）80（或78）20（或55）新西兰3）8030加州（或78）（或40-60）加拿大BC州8030AASHTO8020台湾省高速公路8530日本80炉渣、砂为20

28、30、其它为30台湾省行政院公共工程委员二类：80（78）三类：85二类：20（或50）三类：35、20、10印度1）8025英国道路31号1）8025澳大利亚根据其在磨耗层下的深度而确定，可在设计图表中查得南非4）级配碎石：G1：体积率85%;G3：级配砾石、天然砂砾：G4：CBR.80；G4：CBR25爱尔兰3）150-我国5）16040、60 注：表中数据（或）为R值，表示也可以用R值代替CBR试验作为其设计指标；其余数值为CBR值。CBR数值中除1）+表示轻型击实，2）表示振动成型，其余为重型击实。3）还有其它指标。4）级配碎石用作高等级道路基层，级配砾石、天然砂砾用作高等道路底基层。

29、5）表示我国的无结合料粒料基层、底基层的规定：对于基层，级配碎石没有规定CBR，而级配砾石4天饱水CBR不小于160；而对于底基层，轻交通级配砾石4天饱水CBR不小于40%，中交通不小于60%。各国主要是材料重型击实的CBR指标，基层一般80，底基层2030。3推荐的级配碎石混合料设计指标（中国）（1）固体体积率级配良好的级配碎石，其固体体积率可达8590%，故推荐固体体积率85%。（2）CBR推荐重型击实饱水CBR100。（四）级配碎石基层施工要点（四）级配碎石基层施工要点1集中厂拌。2含水量比最佳含水量高12%，以补充运输和摊铺过程的损失。3用摊铺机摊铺或平地机摊铺均可。4当粒径较粗时，为避免离析，亦可用两台摊铺机，