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1、公路半刚性基层材料结构理论、多指标控制设计方法及工程应用公路半刚性基层材料结构理论、多指标控制设计方法及工程应用 长安大学 沙爱民 2010 年 04 月09日 基层路基面层基层是公路路面的主要承重层,基层的使用寿命决定着整个公路路面的使用寿命。大背景:公路建设快速发展。 减少路面早期损坏，延长路面使用寿命。供车辆安全、平稳行驶主要起承重作用本项目是在我国公路建设快速发展的背景下，围绕减少路面早期损坏、提高路面质量、延长路面使用寿命等方面提出问题并开展研究的。公路路面一般是由沥青或水泥面层，和位于面层下的基层构成。面层主要提供车辆安全、平稳的行驶条件，而基层主要起承重作用。路面面层损坏后，修复
2、只在表面进行，相对容易；然而基层一旦损坏，无论面层完好与否，整个路面都需要挖除重建。因此，基层质量决定着整个路面质量，基层的使用寿命决定着整个公路路面的使用寿命。*+拌合、摊铺水泥 或石灰砂石材料或工业废渣 半刚性基层压实、养生 半刚性基层在我国应用极广，占到基层用量的85%（各级公路基层）至95%（高速公路基层）以上。 图1 各级公路基层类型 图2 高速公路基层类型半刚性基层是用水泥或石灰作为结合料，来稳定砂石材料或工业废渣，经过拌合、摊铺、碾压和养生等工序形成的一种路面结构层。由于半刚性基层性价比高，在我国应用极广，成为我国路面基层最主要的类型。据统计，我国各级公路基层的85%以上，高速公
3、路基层的95%以上都采用的是半刚性基层。*沥青路面早期损坏成因的“内忧外患”超载问题?施工质量问题?路面结构设计方法问题? 路面结构类型（半刚性基层沥青路面） 设计理论体系（指标与方法）抗裂性不足导致面层反射裂缝冲刷能力不足导致面层唧浆、松散强度不足导致面层疲劳破坏半刚性基层在具有显著技术、经济优势的同时，存在下列突出问题。半刚性基层在具有显著技术、经济优势的同时，也存在着特有的缺陷，即：1）容易产生收缩开裂，并将裂缝反射到路面面层；2）当水分进入路面后，在车辆荷载作用下，容易产生冲刷，造成路面冒浆、唧泥；3）基层强度过高，容易发脆开裂，强度过低，在行车荷载作用下容易发生路面疲劳破坏。半刚性基
4、层抗裂、抗冲刷以及强度不足会引起的路面结构损坏是导致我国公路路面早期损坏的主要原因。每年造成巨额经济损失，成为公路行业亟待解决的焦点问题。*半刚性基层的“问题”强度高且容易开裂半刚性基层容易发生水损坏半刚性基层的耐久性需要考证 ?半刚性基层何去何从?半刚性基层强度高抗裂性好抗冲刷性能强 国外对半刚性基层的开裂与冲刷损坏主要是通过增加面层厚度和控制面层的渗水来避免和减少，效果有限，成本较高。 国内曾采取过在基层中通过设置应力吸收层、铺设土工布、预锯缝以及封层等方式减少基层自身收缩开裂和冲刷现象以及对面层的影响，效果不明显，且易引起新的破坏现象。长安大学自“八五”开始至今，近二十年长期对半刚性基层
5、的抗裂性、强度形成机理以及综合性能改善等方面开展了大量研究和实践，发现：半刚性基层性能改善的经济、有效途径在于改进材料的组成设计。研究内容理论依据试验手段设计方法工程应用理论依据强度问题半刚性基层的可设计强度值域很宽:0.512MPa半刚性基层材料的强度不仅靠结合料的剂量,更应要靠良好的集料级配.在一定条件下可以做到高强又不开裂.高强度半刚性材料应该是结构设计的要求的结果,而且应该是有界限的.水泥稳定土的无侧限抗压强度和弯拉模量 土 类级配良好的砾石-砂-粘土，砂或砾石粉质砂，砂质粘土粉质-砂质粘土，级配差的砂粉土，粉质粘土，级配很差的砂重粘土79d无侧限抗压强度（MPa）2.810.51.7
6、3.50.71.70.351.050.7弯拉模量（103MPa）72173.573.51.4水泥剂量（干土重%）5791013收缩开裂问题温度或干燥收缩是材料的“天性”。及时的保湿养生可以避免干燥收缩裂缝。控制细料含量可以显著减小温度收缩开裂可能。干缩系数Chart30007083.3333333333121.66666666675087.5176.6666666667142.5155226.666666666781.6666666667192.521083.333333333393.333333333367.55033.636363636430水泥碎石 XM 4%水泥碎石 XM 5%水泥碎石
7、 XM 6%时间（h）干缩系数（/%）插图振动法击实法水泥碎石XM 4%5.005.50水泥碎石XM 5%5.205.70水泥碎石XM 6%5.005.50水泥碎石GM 4%4.805.20水泥碎石GM 5%4.805.00最佳含水量水泥碎石GM 6%5.005.00水泥碎石GK 6%3.804.60水泥碎石GK 8%4.004.60水泥碎石GK 10%4.504.80二灰碎石XM 411858.507.50二灰碎石XM 9167510.008.50二灰碎石GM 411858.007.11二灰碎石GM 411858.007.00振动法击实法水泥碎石XM 4%2.4142.410水泥碎石XM 5
8、%2.4302.421水泥碎石XM 6%2.4352.423水泥碎石GM 4%2.4152.410水泥碎石GM 5%2.4192.405最大干密度水泥碎石GM 6%2.4282.395水泥碎石GK 6%2.2052.216水泥碎石GK 8%2.2122.221水泥碎石GK 10%2.2312.225二灰碎石XM 411852.2152.210二灰碎石XM 916751.9302.150二灰碎石GM 411852.2392.2117天28天90天水泥碎石XM 4%4.26.157.75水泥碎石XM 5%5.67.39.14水泥碎石XM 6%6.879.210.25水泥碎石GM 4%4.67.14
9、8.68水泥碎石GM 5%5.888.739.42抗压强度水泥碎石GM 6%7.0810.2111.08水泥碎石GK 6%4.327.547.29水泥碎石GK 8%68.639.32水泥碎石GK 10%6.651010.71二灰碎石XM 411850.922.735.45二灰碎石XM 916750.62.096.55二灰碎石GM 411851.083.77.85水泥碎石XM 4%0.6000.0930.026水泥碎石XM 5%0.8000.0810.030水泥碎石XM 6%0.9810.1110.017水泥碎石GM 4%0.6570.1210.025水泥碎石GM 5%0.8400.1360.0
10、11水泥碎石GM 6%1.0110.1490.014水泥碎石GK 6%0.6170.153-0.004水泥碎石GK 8%0.8570.1250.011水泥碎石GK 10%0.9500.1600.011二灰碎石XM 411850.1310.0860.044二灰碎石XM 916750.0860.0710.072二灰碎石GM 411850.1540.1250.06728天90天水泥碎石XM 4%0.770.930.92水泥碎石XM 5%0.8610.97水泥碎石XM 6%0.931.221.06水泥碎石GM 4%0.780.750.90水泥碎石GM 5%0.801.160.92劈裂强度水泥碎石GM 6%0.911.150.99水泥碎石GK 6%0.690.880.78水泥碎石GK 8%0.801.190.84水泥碎石GK 10%0.881.290.90二灰碎石XM 411850.400.690.69二灰碎石XM 916750.430.690.72二灰碎石GM 411850.390.760.7628天90天水泥碎石XM 4%1.381.66水泥碎石XM 5%1.551.74水泥碎石XM
