《级配碎石基层.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《级配碎石基层.doc（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、合 肥 工 业 大 学毕 业 论 文设 计 题 目: 沥青路面复合基层特性研究 学 生 姓 名: 卫立阳 学 号: 20081101 专 业 班 级: 交通工程08-01班 指 导 教 师: 刘 凯 院 系 名 称: 交通运输工程学院 2012 年 6 月 14 日12摘要：关键词：Abstract:Keyword：一 绪论1.1课题的提出我国交通事业的飞速发展对公路建设提出了更高的要求。纵观我国高等级公路路面现状，仍主要以半刚性基层沥青路面结构为主。由于半刚性基层具有强度高、水稳性和冰冻稳定性好、刚性较大等优点，同时，半刚性基层材料板体性好，利于机械化施工且工程造价低，能适应重交通发展的需要
2、，为实现“强基薄面”的结构提供了可靠保证。因此，我国高等级公路建设中越来越多地采用了半刚性材料基层和底基层。目前我国90%以上的高等级公路沥青路面基层和底基层采用了半刚性材料。然而，在实际使用过程中半刚性基层沥青路面出现了不少问题，半刚性基层沥青路面的早期破坏一直是困扰我国工程技术人员的一个主要问题，尤其是裂缝问题日益突出，并成为该结构的主要缺陷。部分高速公路在开放交通1-2年就出现了开裂、车辙、坑槽、抗滑性能不足等早期破坏类型，严重影响道路使用性能，不得不进行修复，从而造成严重的经济损失和很坏社会影响。虽然道路的设计使用年限为10-15年，但是现有道路的实际使用寿命只有8-12年，有的甚至3
3、-4年或交工验收至竣工验收期就出现了严重的破坏。特别是近年来早期修建的一些高速公路己相继进入大修或改建期，“开膛破肚式”的处理方式已经让我们付出了巨大的经济成本和社会代价。所以开发出新的稳定性价比高的新型机构是我国未来沥青路面发展的最大目标。 中国现阶段研究的复合式基层沥青路面大部分为沥青稳定碎石基层或大粒径沥青混合料基层，这种由级配碎石和沥青材料混合而成的设计是在级配碎石的基础上上发展起来的，这俩种设计都有很多优点如足够的强度和刚度，较强的裂缝自愈能力等等。但是随着国际油价的上涨，优质沥青的价格也在不停地上升，在我国内普及沥青稳定碎石基层复合式道路还有待于讨论，在这种条件下有部分研究人员把目
4、标放在了最初的柔性级配碎石基层上，级配碎石基层有着和沥青稳定碎石基层同等的优点，而且其造价要远远低于沥青稳定碎石基层，所以在中国普及级配碎石复合式基层是有前景和意义的。级配碎石复合式基层有如下的有点优点：（1）既有半刚性基层强度高，刚度大的优点，又有柔性基层较强的抗变形能力。（2）防止和减缓半刚性基层的反射裂缝向上延伸。一方面改善了半刚性层的温度、湿度状况，减小了半刚性层的温度变化、温度梯度和湿度变化，从而减轻了半刚性层的温、干缩开裂，延缓路面反射裂缝的发生;沥青稳定碎石层可有效阻断裂缝尖端的扩展路径，削弱拉应力、拉应变的传递能力，并且能消散、吸收由交通荷载及环境温度变化所产生的荷载应力和温度
5、应力，从而延缓反射裂缝向上扩展的速度。【1】（3）级配碎石基层造价低，可以节约资源，且在道路使用寿命结束级配碎石不会给改建或维修带来麻烦。综上所述级配碎石复合式基层在中国有良好的发展前景和应用，我国应用级配碎石较早，但主要用于一般公路的基层和低等级公路的路面，或作为排水垫层，而且对碎石材料的级配要求不严，随意性较大，若将其大面积用于高等级公路，尚需进一步研究。本文从基础方面论证级配碎石复合式基层的可使用性。1.2国内外研究现状 目前世界上的复合式沥青基层道路其基层都以在级配碎石基础上发展而来的各类沥青碎石材料为主，如沥青稳定碎石基层等等。国外沥青路面都以柔性性基层为主，沥青稳定碎石基层得到大范
6、围的使用，而我国沥青路面复合式基层的研究刚刚起步，相比国外而言复合式沥青基层使用还无法普及。1.2.1国外研究现状国外的沥青路面一般都采用柔性基层，沥青稳定碎石基层已经得到了广泛应用，而这种道路结构在中国被称为长寿沥青结构。（1）美国：二十世纪50年代，美国各州公路工作者协会（AASHTO）进行了著名的AASHTO试验路研究，分别比较了级配碎石基层、级配砾石基层、水泥处治基层和沥青稳定基层。研究结果显示，虽然沥青稳定基层路面与半刚性基层路面相比车辙变形比较大，但其路面的使用品质高于水泥稳定类基层。以现时服务指数(PSI)来衡量，可以得出相同单位的沥青稳定基层的服务质量是水泥处治基层的1.3倍，
7、由此可得，采用沥青稳定碎石基层的路面结构可以降低路面的总厚度。（2）德国：二十世纪60年代，德国的典型路面结构是采用沥青混凝土与级配碎石的组合。由于要满足抗冻厚度，需要大量优质的级配碎石，提高了路面造价，并且材料运输也为道路交通带来了较大负担。因此，德国公路部门开始考虑采用较薄的结构层来取代厚级配碎石层。1969年，研究人员将美国全厚式沥青路面结构引入德国的道路建设，进行了大量的比较研究，用14cm的沥青基层代替了60cm厚的粒料基层，从而节省了石料的用量，从总的经济效益上看采用全厚式结构更为有利。(3)二十世纪60年代，德国的典型路面结构是采用沥青混凝土与级配碎石的组合。由于要满足抗冻厚度，
8、需要大量优质的级配碎石，提高了路面造价，并且材料运输也为道路交通带来了较大负担。因此，德国公路部门开始考虑采用较薄的结构层来取代厚级配碎石层。1969年，研究人员将美国全厚式沥青路面结构引入德国的道路建设，进行了大量的比较研究，用14cm的沥青基层代替了60cm厚的粒料基层，从而节省了石料的用量，从总的经济效益上看采用全厚式结构更为有利。(4)日木从东名高速公路开始采用沥青稳定碎石基层，目前多采用10cm沥青混凝土面层和8-25cm的沥青稳定碎石基层，下设10-30cm粒料底基层。一般要求沥青层最小厚度不小于18cm，寒冷积雪地区不小于20cm。传统的沥青稳定碎石基层粒径为37.5mm，目前也
9、使用31.5混合料6。日本高速公路绝大部分都采用沥青稳定碎石基层，级配碎石和水泥稳定材料作为底基层，采用沥青稳定碎石基层的沥青路面在车辆荷载作用下耐疲劳性能好，但车辙问题较为严重。对比研究不同基层的沥青路面发现，较厚的半刚性基层反射裂缝严重，级配碎石基层模量太低，较薄的沥青面层在重交通条件下会迅速产生破坏。采用沥青稳定碎石基层的沥青路面的使用年限都远远大于设计使用年限，基本都没有发生结构性破坏，仅进行表面维修就能恢复良好的路面性能，即使是车辙现象严重的路段进行表面处治后使用性能即可被全面恢复，路面面层以下的结构层次状态良好。(5)欧洲除法国外，一般采用粒径较粗的沥青稳定碎石做基层，最常用的粒径
10、为25mm、28、犯和4Omm。欧洲目前正在逐渐统一规范，建议沥青稳定基层混合料统一采用32混合料117。欧洲北部等国如挪威、瑞典、丹麦、芬兰、冰岛等，属于潮湿、冰冻气候区，半刚性基层的使用效果很差，因此高速公路绝大多数采用沥青稳定碎石基层，较为典型的路面结构是较厚的沥青层和特厚的粒料底基层。西班牙、意大利、比利时等国高速公路以柔性基层沥青路面为主，大交通量情况下多选用沥青稳定碎石基层，也常选用半刚性材料作为沥青稳定碎石基层的底基层使用。西班牙的典型路面结构是20cm半刚性底基层上铺筑22-40cm沥青层;意大利典型路面结构是20cm半刚性底基层上铺筑20-35。m沥青层;比利时典型路面结构是
11、15-45cm粒料底基层上铺筑20-35cm沥青层;其中较厚的沥青层为沥青稳定碎石基层和沥青混凝土面层组合。可以看出，欧美各国及日本等经济发达国家的高速公路沥青路面结构中绝大部分采用了沥青稳定基层，而级配碎石复合式基层由于沥青稳定碎石基层技术已非常成熟基本上作为复合基层的第二选择存在,配碎石作为半刚性基层与沥青面层之间的中间层尚不多见，但在美国、澳大利亚及南非作为减少沥青路面反射裂缝措施仍获得较多利用，且效果较好。1.2.2国内研究现状如何减轻路面的反射裂缝是一个世界性的难题，各国提出了各种方法来减轻反射裂缝。近年来国内半刚性沥青路面使用过程中反射裂缝问题日益突出，为研究防止反射裂缝的问题，铺
12、筑了一些试验路。我国在“七五”期间铺筑过一些倒装结构的沥青路面试验段，如京石高速公路河北正定试验路段的改性沥青应力吸收膜上基层及级配碎石基层防裂对比研究，西安试验路级配碎石基层防裂对比研究，沪宁高速公路无锡试验路级配碎石基层防裂对比研究。研究表明级配碎石能有效防止反射裂缝。但针对级配碎石材料本身的力学特性研究不够全面、系统，对级配碎石的稳定性研究较少，而且一些试验路没有在多雨潮湿地区铺筑，没有发挥出级配碎石的排水性的优点，致使此种结构并没有在工程中得到推广应用。“八五”攻关报告指出级配碎石基层适合在累计轴次小于500万以下的道路使用，这基本上限制了级配碎石作为柔性基层在沥青路面在高等级道路上的
13、应用。东南大学的何兆益博士通过试验路的观测以及室内试验对级配碎石进行了分析研究。通过不同级配的试验结果对比，得到力学性能良好的级配以及成型方法。考虑了级配碎石的非线性特性，对其分别进行了动三轴和静三轴的试验。提出级配碎石半刚性基层的合理厚度，并对级配碎石层控制反射裂缝的原因以及施工方法进行了初步的探讨。哈尔滨大学的曹建新就级配碎石基层材料的组成结构和动力特性进行了研究。通过对主骨架、细集料以及混合料的CBR值、回弹模量值与永久变形的对比研究，得出组成结构是影响物理力学性质的决定性因素，而组成结构的形成是级配与工艺综合作用的结果。通过不同试验的对比，得出具有较高强度的优质级配以及成型方式。北京公
14、路研究所采用弹塑性有限元法，分析了不同模量、不同厚度的级配碎石对沥青面层，半刚性基层层底应力影响，不同模量、不同厚度的半刚性基层对沥青面层，半刚性基层层底应力影响，从而提出合理的级配碎石模量、厚度。提出了Al体系级配碎石设计参数建。长安大学莫石秀对多年冻土地区级配碎石最大干密度的影响因素，单个粒径变化对CBR响，动态回弹模量、抗剪强度及稳定性进行了研究5。论文推荐了关键性筛孔通过率，最大粒径以及最佳n值。分析了剪切速率对剪切试验各项指标的影响。从渗水、导热性能、抗冻三方面分析了级配碎石稳定性。提出了多年冻土地区级配碎石设计方案。长安大学徐鸥明研究分析了粒料的室内振动压实试验方法以及影响粒料CB
15、R值的因素，为了评价粒料的嵌挤强度，还进行了室内大型直接剪切试验。在结合室内研究和试验路研究的基础上，推荐了适合牧区道路粒料基层的材料选择参数及配合比设计。从以上的国内研究现状可以知道，虽然试验路的观测结果均表明级配碎石防止反射裂缝的作用，但对级配碎石的设计原则和级配设计方法研究的并不多，对级配碎石这类2 松散级料的施工方法与质量控制均未提出要求。因此对于级配设计方法，结构设计参数的选取以及影响因素的分析等问题还有待进一步的研究。1.2.3发展趋势国外的沥青路面结构有向进一步加厚沥青层的厚度并提高沥青稳定类基层强度的方向发展。随着沥青路面的不断普及以及其优于水泥混领土路面的结构和特性，我国在学习外国有技术的基础上提出属于自己独立创新的技术和道路结构。世界沥青路面的整体发展趋势即长寿化（即采用不同的技术和结构使得路面的抗反射能力等大大上升延长路面寿面）合理化（即使用更符合当地地质条件的技术和结构）经济化（性价比最高的材料技术和结构）。1.3研究内容和技术路线1.3.1研究内容国外采
