柔性路面沥青稳定基层疲劳设计准则

柔性路面沥青稳定基层疲劳设计准则

蔡以政

中山翠亨新区工程项目建设事务中心 广东省 中山市

摘要：柔性基层沥青路面在我国高等级公路上的应用日益广泛,但目前仍缺乏系统的柔性基层沥青路面设计方法。本文首先讲了柔性路面透层沥青性能的评价，接着提出了柔性路面沥青稳定基层疲劳设计准则与方法，同时介绍了柔性路面沥青稳定基层设计准则，最后强调了柔性路面基层设计准则与设计。

关键词：柔性路面；基层；设计准则

一、引言：沥青路面的透层是指通过压实机将混凝土粘结在路面上形成一个具有一定厚度并且密实度,并能抵抗车辆及行人等行车荷载作用下的结构。其特点就是有较高强度和良好韧性、抗疲劳能力强。同时它还可以适应各种复杂交通状况下出现得特殊要求而被广泛应用于公路中作为面层材料使用;沥青路面透水性好是一种无接缝的复合地基基层技术,公路沥青路面的透层性主要是由材料组成、结构和性能等因素所决定。

二、 柔性路面沥青稳定基层疲劳设计准则与方法

2.1 柔性路面疲劳设计准则与指标

沥青材料在路面的表面层结构中,其自身具有一定程度上粘结性,而基层则由于其本身固有特性,使得它很难被直接使用。所以需要通过一些方法对路面进行改进来减少或者消除部分与面层之间产生摩擦力。
 (1)柔性混凝土的疲劳寿命计算公式:当达到了规定年限时应采用相应方法使沥青材料的抗拉强度和极限变形不低于屈服点;在超过一定程度后就可以继续保持原来状态,并在设计使用年限内继续稳定。(2)沥青材料的疲劳破坏机理:由于柔性混合料中存在一定量的胶凝物质,使得路面产生了局部变形,其塑形能力也会随着荷载作用而降低,因此需要采用一些方法对粘结层进行处理;同时还可能导致基层发生开裂现象;对于半刚性基层来说则不明显。并且可以用相同的方法来增加其疲劳寿命。

2.2 柔性路面沥青稳定层疲劳系数

柔性路面沥青稳定层疲劳强度是指在一定的荷载作用下,在沥青混合料中,随着外界环境温度和湿度变化,其表面会产生较大变形、开裂等现象。而影响这一病害主要因素包括材料本身特性以及施工工艺。
 (1)材料自身特性。由于柔性基层具有良好的粘结能力及较高抗拉强度;同时能够降低水对路基结构物造成的破坏程度或使沥青路面在长期荷载作用下会出现裂缝等问题,从而降低其使用寿命。(2)施工工艺。在沥青混合料的运输、摊铺以及压实过程中,应避免碾压机振动,同时要控制好温度及湿度等条件;此外还需注意对材料的养护和维修工作进行合理安排与实施;最后还要保证基层具有足够高粘结力及抗老化性能以满足路面长期保层厚度要求。

三、 柔性路面沥青稳定基层设计准则的建立 

3.2 柔性路面沥青稳定基层设计准则的评价标准

柔性路面沥青稳定基层的设计准则主要是以沥青材料作为基本组成,通过对不同级配组合形式、厚度及压实度等因素进行分析和对比后选择合适的路基横断面结构以及混合料中所含水率与最佳含水量来确定其力学性能。
 (1)在路肩宽度方面:采用横向单幅式双侧向空隙方式;采用纵向单向排水或竖直排隙方式。
 (2)在填筑材料方面,采用复合性沥青材料以及改性水泥、碎石料及其他混合级配组合形式,以提高其强度和稳定性。

 (3)在路基高度方面:设置路堤边坡与路面横断面结构层之间的过渡段。

(4)在路肩高度方面:设置横向单幅式双侧向空隙形式。柔性沥青稳定基层设计的评价标准为通过对不同材料进行对比,得出了以下两种评定指标。1.横向单幅式双侧向空隙方式,在路肩宽度方面,采用纵向单向排水或竖直排隙形式。2.纵断面形状及尺寸评定指标。横断面积度设计值应根据道路等级、路面类型、结构组成以及交通量等因素确定;结合材料的使用性能和工程性质进行综合考虑;对路基高度则主要通过沥青混合料中不同粒径级配组合方式来决定其最大填筑厚度,同时对其最大填筑厚度进行评定;结合路面类型、交通量大小和使用要求等因素,确定路肩宽度及横断面形式。

3.3 柔性路面沥青稳定基层设计准则选取

柔性路面设计准则的选取主要考虑以下几个方面:
 (1)材料本身。沥青与水拌和时容易出现较大摩擦,所以在混合料中加入不同比例级配碎石、水泥等不同集料。同时还应该保证基层具有一定厚度。对于一些需要改部分面层结合处或压实的部位应采用新铺旧摊机上填入适当数量、密度及强度较好的粗粒土。(2)施工方法。沥青与水拌合材料是通过路基层表面水和水泥等分散剂混合而形成稳定层。所以对于摊铺机来说可以采取先粗后端的方式对新旧面进行均匀搅拌;同时还应该保证碾缝区的平整度符合规范要求并能有效防止出现裂缝现象。(3)压实度。在路面施工过程中,由于摊铺设备对混合料的要求较高,因此其压实效果也要满足一定的规范标准。

3.4 沥青稳定基层设计准则评定
   (1)在沥青混凝土配合比例不变时。当用不同种类石子作为原料制备而成的混合物料具有相同或相近性较差时可以采用两种方法进行拌合,并根据材料性质选择适当配比以获得更好效果,但要注意混合料的拌和顺序不同,在同一配比中,不同材料之间会发生相互作用,所以需要根据实际情况对配合比例进行调整。(2)采用马歇尔试验法。当用相同石子作为原材料制备而成混合物时可以采取三种方法:一种是将沥青与集料分别添加到一定体积下;另一种则是先加入适当质量分数的粗砂、细砾等低聚物和高聚物混合搅拌均匀后再拌合即可,最后再加入适当胶凝剂,混合料拌合物时,其配合比必须在一定范围内波动。(3)采用单轴向旋转压实法。当用相同石子作为原材料制备而成混合物的时候可通过调整两种方法来改善沥青性能:一种是将不同粒径和含量的粗砂、细碎石等材料分别添加到同一个骨中;另一种则是从路面基层试件上直接加入改性剂,使混合料拌合物与天然胶凝物之间相互粘结并形成一个新粘层。

四、柔性路面基层的结构设计要点

在基层的结构设计中,我们应该遵循以下原则:
   (1)要有一定厚度及强度;材料应具有足够高韧性。由于沥青混合料对温度和湿度有不同要求。因此,其抗压能力也不同。为了保证沥青路面长期保持良好状态的稳定性和耐久性等性能指标是必须考虑到这些因素来提高它;同时在施工过程中需要考虑各种因素影响下所产生不良状况的可能性以及原因进行充分分析与研究以确定最佳方案。
    (2)柔性基层的厚度应根据其设计荷载进行选择。在沥青路面结构中,由于材料性能和施工条件,材料因素会影响到它的使用寿命、稳定性等指标;而这些参数又是由各种物理力学性质决定或与其它相关因素相互制约共同作用得出结论:如温度变化引起变形、季节气候对其产生不良影响时就应考虑柔性基层的厚度及强度要求。

(3)要有一定程度变形能力。沥青路面结构中最常见的是摊铺机与压实度较高、施工缝数量多和摊铺层厚度大等缺点;此外还有一些其他问题如:混合料温度控制不均或过低都将使基层出现裂缝而影响到整个面的质量以及稳定性,柔性基层设计过程中的弹性模量是由材料、施工条件和气候环境等因素共同决定。

第五章 结论

本文主要以沥青混合料的路表修补为例,对柔性路面基层进行了设计,并根据现场实际情况,提出相应的改进方案。通过研究得出以下结论:(1)对于沥青混凝土面层、底板及垫层等材料应采用改进来调整其配合比;(2)在基层与基床接触面上设置一定厚度可调顶隙来改善压实度和平整程度，对柔性路面结构进行了设计分析,并根据现场实际情况提出相应的改进方案。(3)根据柔性路面结构的设计,提出相应的材料调整方法,并对压实度和平整程度进行了检验，在沥青混凝土面层、基层与垫层等材料配合和底板及垫料上设置适当厚度以改善其与基床接触面上摩擦系数变化趋势。

参考文献：

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