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1、第七章 路面基层 主要内容 第一节概述第二节碎石与级配碎石基层第三节无机结合料稳定材料基层第四节沥青稳定碎石基层第五节水泥混凝土基层第六节其他类型基层 第一节概述 基层作用 承上启下基层类型 刚度差异分为三类 柔性基层 半刚性基层和刚性基层 柔性基层包括碎石类材料和沥青稳定碎石 半刚性基层指的是以石灰 粉煤灰或水泥等无机结合料稳定或综合稳定土 刚性基层则是指碾压混凝土 贫混凝土和水泥混凝土 基层类型 结合料类型分为三类 无结合料的碎石类材料 如 级配碎石 无机结合料的半刚性材料 如 水泥稳定碎石 二灰稳定碎石 石灰土等 采用沥青 有机 结合料的沥青稳定碎石等 第一节概述 基层类型 欧洲路面结构
2、进行了调查 美国 加拿大 澳大利亚 新西兰 南非 法国 英国 德国 西班牙 意大利 比利时 波兰 捷克斯洛伐克 俄罗斯 挪 瑞典 丹麦 芬兰 冰岛 日本 印度 巴基斯坦南亚以及中东国家 第一节概述 欧洲路面结构的调查在高速公路上或交通量较大的道路 很多国家明确限制采用半刚性基层 且半刚性材料趋向做底基层 全厚式沥青路面和厚沥青层的柔性结构成为高速公路 大交通量 重载交通的主要结构 薄沥青层 厚级配碎石基层结构适合于中 轻交通道路 结论 基层类型值得研究和分析 第一节概述 国内路面结构的调查 90 以上采用半刚性基层 开展柔性基层的研究 第一节概述 国内路面结构调查主要结论半刚性基层是主要的路面
3、结构基层形式 柔性基层级配碎石基层可以减少 延缓沥青面层裂缝 级配碎石基层路面结构抗车辙性能不比半刚性结构差 为提高结构寿命 柔性基层的沥青层厚度不宜太薄 基层类型 刚性基层 半刚性基层 柔性基层 沥青稳定碎石 级配碎石 等 第二节碎石与级配碎石基层 核心内容碎 砾 石的类型碎 砾 石基层的力学特性普通碎石基层级配碎 砾 石基层优质级配碎石基层 1 碎 砾 石的类型 主要概念碎石指符合工程要求的石料 经开采并按一定尺寸加工而成的有棱角的粒料 砾石指石料经水流长期搬运而成的无棱角粒料 级配碎石指按一定级配要求设计的由碎石组成的材料 级配砾石指按一定级配要求设计的由砾石组成的材料 碎 砾 石路面类
4、型水结碎 砾 石材料碎石 砾石 材料填隙干压碎石材料 包括大块碎石基层 高级级配碎石材料泥结碎 砾 石土 碎 砾 石混合料泥灰结碎 砾 石级配碎 砾 石松散碎砾石材料既可用于路面基层 也可通过适当处理用于面层形成碎砾石路面 1 碎 砾 石的类型 1 碎 砾 石的类型 碎石生产过程 1 碎 砾 石的类型 反击式破碎机原理 生产高质量碎石 1 碎 砾 石的类型 颚式破碎机原理 1 碎 砾 石的类型 颚式破碎轧制的碎石样本 颚式破碎轧制的碎石 1 碎 砾 石的类型 反击式破碎的轧制碎石样本 反击式破碎的轧制碎石 1 碎 砾 石的类型 砾石样本 砾石 2 碎 砾 石基层的力学特性 碎 砾石基层的强度构
5、成按嵌挤原则或密实原则形成强度 由C和 表征的内摩擦力所决定的颗粒之间的联结强度即构成材料的结构强度 矿料颗粒之间的联结强度一般要比矿料颗粒本身强度小很多 内摩擦角 一般因剪切体积膨胀受阻而比单纯颗粒的表面滑动的摩阻角要大 内摩擦力受碎石料的强度 表面特征以及混合料的压实度影响 2 碎 砾 石基层的力学特性 纯碎石材料纯碎石材料按嵌挤原则产生强度 它的抗剪强度主要决定于剪切面上的法向应力和材料内摩阻角 纯碎石粒料摩阻角的大小主要取决于石料的强度 形状 尺寸 均勻性 表面粗糙度以及施工时的压实程度 当石料强度高 形状接近正立方体 有棱角 尺寸均匀 表面粗糙 压实度高时 则内摩阻力就大 2 碎 砾
6、 石基层的力学特性 土 碎 砾 石混合料土 碎 砾 石混合料的强度和稳定性取决于内摩阻力和粘结力的大小 含土量小 按嵌挤原则形成强度 不易压实 透水性好 不易冰冻 含土量较多时 按密实原则形成强度 密实度低 易冰冻 透水性差 水稳性差 含适量土 按嵌挤 粘结原则 易压实 透水性差 土 砾石混合料密实度和CBR值随细料含量的变化 第十章碎 砾石路面P266 279 上级上页下页 土体含量和粗粒粒径对CBR和 的影响对于CBR和 都存在有一个最佳的细料含量 和CBR随粗料粒径的增大而增大 最佳细粒含量随粒径增大而减小 最大CBR的细粒含量小于最大的含量 最佳细粒含量时 碎石的CBR 砾石的CBR
7、最佳料含量越多 混合料的强度和稳定性越低 细料含量偏大时 混合料的强度随塑性的粒径和细料的含量 CBR即加州承载比 是评定土基及路面材料承载能力的指标 加州承载比CBRCaliforniabearingratio是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法 承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征 并采用标准碎石的承载能力为标准 以相对值的百分数表示CBR值 这种方法后来也用于评定土基的强度 由于CBR的试验方法简单 设备造价低廉 在许多国家得到广泛应用 采用CBR法确定沥青路面厚度 有配套的图表 应用十分方便 受到工程技术人员的欢迎 测定加州承载比 CBR 的仪具 由机架
8、加荷装置 测力装置 贯入压头 百分表等组成 2 碎 砾 石基层的力学特性 土 碎 砾 石混合料三种物理状态 2 碎 砾 石基层的力学特性 松散碎 砾 石料的强度指标 土 碎石混合料密实度和CBR值随细料含量的变化 2 碎 砾 石基层的力学特性 松散碎 砾 石料的强度指标 混合料密实度和CBR值随细料和最大粒径的变化 按AASHTO标准密实度为100 的试验 2 碎 砾 石基层的力学特性 松散碎 砾 石料的强度指标 塑性指数对砾石 最大粒径2 54cm 饱水三轴强度的影响 2 碎 砾 石基层的力学特性 松散碎 砾 石料的应力 应变特性抗压回弹模量 通过三轴试验测定 Er k1 k2 MPa 材料
9、的模量决定于材料的级配 形状 表面构造 密实度和含水量等 一般密实度愈高 模量值愈大 棱角多 表面粗糙者有较高模量 当细料含量不多时 含水量影响小 2 碎 砾 石基层的力学特性 松散碎 砾 石料的应力 应变特性 碎 砾石材料应力 应变关系 干的轧制集料回弹模量随主应力和的变化 偏应力 三轴试验中作用于试样上的轴向应力与试样周围的压应力之差 回弹模量 路基 路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值 不同的应力水平下具有不同的塑性变形特征 在应力水平较低的情况下 塑性变形量较小 且在一定的荷载作用次数以后变形不再发展 应力较大时 则形变随作用次数迅速发展 并最终导致破坏 2 碎
10、 砾 石基层的力学特性 松散碎 砾 石料的形变累积特性 使用要求及特点水结碎石路面 泥 灰 结碎石路面以及密级配的碎 砾 石路面等通常由碎石或砾石为主要路面材料铺筑的能适应中低等交通量的路面 碎 砾 石路面结构强度形成特点表现为矿料颗粒之间的联结强度一般都要比矿料颗粒本身的强度小 在外力作用下 材料首先将在颗粒之间产生滑动和位移 使其失去承载能力而遭致破坏 晴天时扬尘很大 3 普通碎石基层 3 普通碎石基层 影响因素结构强度和稳定性不仅与碎石集料的形状及表面特性有关 而受细料含量与性质影响很大 优点 投资不高 随交通量的增加分期改善 缺点 平整度差 易扬尘 泥结碎石路面雨天还易泥泞 3 普通碎
11、石基层 1 水结碎石路面 10 16cm2 泥结碎石路面 8 20cm3 泥灰结碎石路面 石灰剂量为8 12 4 填隙干压碎石基层 8 16cm5 级配碎 砾 石基层 3 普通碎石基层 普通碎石基层的类别 4 优质级配碎石基层 无结合料处治粒料 unboundmaterial 在国外是一种应用极为普遍的筑路材料 广泛用于柔性路面的基层和底基层 用于基层的常为较优质的碎石层 美国 澳大利亚及南非还把最佳级配的优质碎石用于半刚性基层与沥青面层之间 作为减少沥青路面反射裂缝的措施 我国也在多项大型工程中应用了这类材料和结构作为柔性基层 取得了较好的效果 4 优质级配碎石基层 优质级配碎石基层强度主要
12、来源于碎石本身强度及碎石颗粒之间的嵌挤力和内摩阻角 级配是影响级配碎石强度与刚度的重要因素 4 优质级配碎石基层 级配碎石弹性模量随应力状态而变化的非线性特性 重型击实和振动成型方法对级配碎石的试验表明 振动成型可使级配碎石获得更高CBR值和回弹模量值 路面结构为5 20cm沥青面层 10 15cm碎石上基层 40 50cm半刚性基层 土基 路面结构为5 20cm沥青面层 20 40cm半刚性基层 20cm碎石底基层 土基 第三节无机结合料稳定材料基层 核心内容无机结合料材料的物理力学特性石灰稳定类基层水泥稳定类基层工业废渣稳定基层 无机结合料稳定材料定义在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的水
13、泥 或石灰 或工业废渣等无机结合料及水 拌和得到混合料经压实和养生后 其抗压强度符合规定要求的材料 由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性材料 如沥青混合料 和刚性材料 如水泥混凝土 之间 所以也称为半刚性材料 由其铺筑的结构层称为半刚性层 无机结合料稳定材料的特点板体性好 具有一定的抗拉强度 稳定性好 抗冻性强 强度和刚度随着龄期而增长 经济性好 干缩温缩大 耐磨性差 抗疲劳性也稍差 无机结合料稳定材料及其特点 第三节无机结合料稳定材料基层 1 原材料 土 广义 细粒土 粗粒土 巨粒土 无机结合料 水泥 石灰 工业废渣等2 无机结合料稳定种类 细粒土 二灰土 水泥土 石灰土 水泥石灰土 三灰土
14、粗粒土 二灰碎石土 二灰稳定碎石 二灰碎石 水泥碎石土 水泥稳定碎石 二灰砂 水泥砂无土 二灰 二渣 水泥矿渣等 1 无机结合料材料的物理力学特性 无机结合料稳定材料的种类 1 强度和模量随龄期增长而变化 不同种类材料的强度变化规律也不同 2 有较好的板体性 具有一定的抗拉性能 3 用抗压强度与抗压回弹模量 劈裂强度与劈裂回弹模量 抗弯拉强度与抗弯拉弹性模量 干缩与温缩等来衡量材料的性能 4 应力 应变特性与原材料和结合料的性质与用量 混合料的含水量及密实度以及龄期 温度等有关 1 无机结合料材料的物理力学特性 无机结合料稳定材料的应力 应变特性 1 无机结合料材料的物理力学特性 无机结合料稳
15、定材料的应力 应变特性 无机结合料稳定材料的强度与时间和温度有关 所以要按不同龄期 7d 28d 90d 120d 180d等 和不同的温度 20 和15 来测定试件的强度 抗压和劈裂测定用圆柱体试件 1 无机结合料材料的物理力学特性 弯拉强度试验示意图 1 无机结合料材料的物理力学特性 主要试验方法 设计龄期 不同无机结合料稳定材料的强度和模量随龄期增长的速度不同 因此 在路面结构设计时的参数设计龄期 对于水泥稳定类材料的劈裂及模量的龄期 90天 对于石灰或者二灰稳定类的龄期 180天 水泥粉煤灰稳定类 120天 材料组成设计 7天的抗压强度 设计指标 由于半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗
16、压强度 因此抗拉强度 劈裂强度 是路面结构设计的主要指标 抗压强度是材料组成设计的主要指标 1 无机结合料材料的物理力学特性 无机结合料稳定材料的设计龄期 所谓疲劳是指在荷载反复作用下 材料的极限强度会随着作用次数的增加而降低的现象 一般有劈裂疲劳和小梁疲劳试验 我国无机结合料稳定材料的疲劳一般采用劈裂疲劳 无机结合料的疲劳寿命一般取决于重复应力与重复荷载作用前的一次性极限应力的比值 试验证明 用双对数方程或单对数方程表示较合理 为 或 1 无机结合料材料的物理力学特性 无机结合料稳定材料的疲劳特性 1 无机结合料材料的物理力学特性 图中所示为小梁弯拉疲劳试验 半刚性材料可以进行小梁弯拉疲劳试验 但是一般认为其变异性较大 室内小梁弯拉疲劳试验设备照片 三分点加载 无机结合料稳定材料的疲劳特性 1 无机结合料材料的物理力学特性 无机结合料稳定材料的疲劳特性 劈裂试验示意图 同时由于劈裂试验更能反映材料在路面结构中的受力状态 因此实际常采用劈裂疲劳试验 典型的劈裂试验 是在圆柱体试件的直径方向上放入上下两根垫条 施加相对的线性荷载 使之沿试件直径向破坏 测得试件的抗拉强度 1 通过不同应力
