本發(fā)明屬于道路建筑材料的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及基于瀝青路面的剛?cè)釓?fù)合基層路段的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
瀝青路面是指在礦質(zhì)材料中摻入路用瀝青材料鋪筑的各種類型的路面。瀝青結(jié)合料提高了鋪路用粒料抵抗行車和自然因素對(duì)路面損害的能力，使路面平整少塵、不透水、經(jīng)久耐用。因此，瀝青路面是道路建設(shè)中一種被最廣泛采用的高級(jí)路面。
現(xiàn)有的瀝青路面結(jié)構(gòu)從下到上依次為墊層、底基層、基層以有最上面的面層。
面層是直接承受車輪荷載反復(fù)作用和自然因素影響的結(jié)構(gòu)層，可由1~3層組成。表面層應(yīng)根據(jù)使用要求設(shè)置抗滑耐磨、密實(shí)穩(wěn)定的瀝青層;中面層、下面層應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、瀝青層厚度、氣候條件等選擇適當(dāng)?shù)臑r青結(jié)構(gòu)層。
基層是設(shè)置在面層之下，并與面層一起將車輪荷載的反復(fù)作用傳布到底基層、墊層、土基，起主要承重作用的層次。基層材料的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)有較高的要求。基層視公路等級(jí)或交通量的需要可設(shè)置一層或兩層。當(dāng)基層較厚需分兩層施工時(shí)，可分別稱為上基層、下基層。
底基層是設(shè)置在基層之下，并與面層、基層一起承受車輪荷載反復(fù)作用，起次要承重作用的層次。底基層材料的強(qiáng)度指標(biāo)要求可比基層材料略低。底基層視公路等級(jí)或交通量的需要可設(shè)置一層或兩層。底基層較厚需分兩層施工時(shí)，可分別稱為上底基層、下底基層。墊層是設(shè)置在底基層與土基之間的結(jié)構(gòu)層，起排水、隔水、防凍、防污等作用。
現(xiàn)有的公路瀝青路面基層分為半剛性基層和柔性基層。半剛性基層為無(wú)機(jī)結(jié)合處治材料，如：水泥穩(wěn)定碎石，我國(guó)廣泛性使用半剛性基層；柔性基層沒(méi)有無(wú)機(jī)結(jié)合料，如：級(jí)配碎石，國(guó)外使用較多。
半剛性基層的最大優(yōu)點(diǎn)是板體性強(qiáng)，具有很高的承載力，在國(guó)外普遍用于交通量不很大的公路。其主要缺點(diǎn)：1. 反射裂縫；2.透水性差；3. 對(duì)重載敏感；4.沒(méi)有愈合能力。尤其是反射裂縫問(wèn)題，嚴(yán)重影響道路使用壽命，被稱為半剛性基層瀝青路面的“癌癥”。我國(guó)高速公路普遍采用較厚瀝青面層（一般18厘米以上）來(lái)延緩裂縫的反射，成本高，效果差。普通干線公路瀝青面層較?。ㄒ话?0厘米以下），反射裂縫一般2到3年開(kāi)始出現(xiàn)，發(fā)生早起破壞，其修補(bǔ)也比較困難，公路使用品質(zhì)衰減較快。
柔性基層的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)反射裂縫，透水性好，對(duì)重載不敏感，缺點(diǎn)是易產(chǎn)生水平推移、網(wǎng)裂下沉、車轍，尤其是渠化交通路段更明顯。國(guó)外大多采用全厚式瀝青層（20—40厘米）來(lái)克服網(wǎng)裂下沉等。
如何集合半剛性基層和柔性基層路面兩者的優(yōu)點(diǎn)，而克服兩者的缺點(diǎn)，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有一個(gè)完整的方案解決此技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于瀝青路面的剛?cè)峄旌匣鶎拥脑O(shè)計(jì)方法。
技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于瀝青路面的剛?cè)釓?fù)合基層路段的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)方法是在常規(guī)的瀝青路面的半剛性基層設(shè)計(jì)方法中，利用單一粒徑的粗徑石料作為基層基料，形成具有較好內(nèi)摩阻力的骨架結(jié)構(gòu)，將其直接攤鋪在底基層或老路上；用廠拌細(xì)集料水泥穩(wěn)定碎石做填料，按照設(shè)定的比例，通過(guò)路拌的方式與基料混合形成穩(wěn)定的路面基層結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，所述單一粒徑的粗徑石料的粒徑為40mm~60mm、60mm~80mm或20mm~40mm中的一種。
進(jìn)一步地，所述填料為常規(guī)的細(xì)集料水穩(wěn)碎石，最大粒徑為19mm，通過(guò)后場(chǎng)拌和機(jī)拌合，填料采用連續(xù)級(jí)配，含水量控制在最佳含水量，7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于6.0Mpa。
進(jìn)一步地，所述基料與填料比例的確定步驟為：
1）確定基料的孔隙率：
試驗(yàn)測(cè)得基料在充實(shí)情形和松堆情形下的孔隙率，取充實(shí)情形和松堆情形下孔隙率的中間值V中，為基料的孔隙率；
2）確定每方混合料中水穩(wěn)填料的體積
假定水穩(wěn)填料以試驗(yàn)室最佳含水量和最大干密度的狀態(tài)下，填充在基料的空隙中，為保證水穩(wěn)填料在基料空隙間能被很好的壓實(shí)，水穩(wěn)填料的用量應(yīng)能夠填滿基料間的空隙并富余，則：
每方水穩(wěn)填料的體積V填= V中+ V富余
考慮到施工的變異性，V富余為V中的10%；
3）計(jì)算填料與基料的質(zhì)量比
每方填料的質(zhì)量 = V填 × 填料的擊實(shí)最大干密度
每方基料質(zhì)量 =（1-V填）× 基料表觀密度，公式中的1是指每方；
每方填料與基料的質(zhì)量比 =每方填料質(zhì)量 / 每方基料質(zhì)量；
4）確定基料和填料的攤鋪厚度
首次攤鋪試驗(yàn)段，根據(jù)基層的設(shè)計(jì)厚度、試驗(yàn)段攤鋪寬度、長(zhǎng)度，計(jì)算出攤鋪段所需的基料以及填料的質(zhì)量，按該數(shù)量在的試驗(yàn)段內(nèi)均勻攤鋪，最后實(shí)測(cè)的厚度，就是基料和填料的攤鋪厚度；
5）確定填料相對(duì)于基料攤鋪厚度的松鋪厚度系數(shù)
根據(jù)試驗(yàn)段確定的基料和填料的攤鋪厚度，在基層厚度、材料等變化不大的情況下，計(jì)算填料相對(duì)于基料攤鋪厚度的松鋪厚度系數(shù),該系數(shù)可以作為攤鋪填料時(shí)的厚度控制指標(biāo)使用。
由于基料粗而多，體積占總量的50%左右，所述穩(wěn)定的路面基層結(jié)構(gòu)為填料通過(guò)路拌的方式混合在基料空隙中，壓實(shí)成型后，水穩(wěn)填料在基料中處于三種狀態(tài)：超密、密實(shí)、欠密，欠密狀態(tài)一般在10%至30%，為基層結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供了足夠的松弛裂縫源，路拌混合工藝又弱化了基料與填料的粘接力，便于裂縫源擴(kuò)展。由于基料具有較強(qiáng)的嵌鎖能力，空隙中少量欠密狀態(tài)在長(zhǎng)期行車作用下也無(wú)法壓實(shí)，對(duì)承載力不產(chǎn)生任何影響。上述中的三種狀態(tài)中密實(shí)是指達(dá)到了實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)密度，按交通運(yùn)輸部行業(yè)試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)，欠密是指低于試驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)密度。
本發(fā)明提供的方法通過(guò)在基層結(jié)構(gòu)內(nèi)部采取化整為零，產(chǎn)生微裂縫的松弛方式，以釋放收縮應(yīng)力，使應(yīng)力不集中，應(yīng)變不疊加，達(dá)到克服收縮裂縫和荷載裂縫的目的。由于基料形成嵌鎖的框架，是路面基層強(qiáng)度的主要來(lái)源，水穩(wěn)填料起到穩(wěn)固基料框架作用。實(shí)際施工中，通過(guò)調(diào)整基料和填料的數(shù)量比例，使路面基層達(dá)到設(shè)計(jì)的回彈模量和抗裂效果的綜合平衡。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
有益效果：本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而言，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）本發(fā)明應(yīng)用于新改建公路，可大幅度延長(zhǎng)使用壽命，降低壽命周期費(fèi)用。
我國(guó)瀝青路面因半剛性基層結(jié)構(gòu)性破壞，一般使用壽命為10~15年。且恢復(fù)性大修難度大、成本高。該發(fā)明技術(shù)應(yīng)用于瀝青面層與半剛性基層之間，作為彈性過(guò)度，使路面結(jié)構(gòu)組成更加合理，減少結(jié)構(gòu)成自身破壞，延長(zhǎng)瀝青路面整體的使用壽命。
該基層結(jié)構(gòu)抗壓回彈模量在900MPa左右, 介于半剛性和柔性基層之間(柔性基層一般在300MPa左右, 半剛性基層在1800MPa左右。 回彈模量大, 承載能力強(qiáng)), 是一種剛?cè)嵯酀?jì)的新型基層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能夠克服常規(guī)半剛性基層反射裂縫和柔性基層網(wǎng)裂、下沉等缺點(diǎn)，并具有足夠的承載力，是一種新型剛?cè)峄旌匣鶎印?/p>
2）本發(fā)明能夠降低瀝青面層的鋪設(shè)厚度，大大減少了道路建設(shè)成本。
在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將現(xiàn)有常規(guī)設(shè)計(jì)的2~3層水穩(wěn)碎石中的上基層，變更設(shè)計(jì)為剛?cè)釓?fù)合基層，比水穩(wěn)基層造價(jià)增加20%左右，占新改建總投資1%左右，可以延長(zhǎng)使用壽命1倍以上。
若用于高速公路改建，可以將目前普遍采用厚瀝青層減薄，由18厘米降為10厘米，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)基薄面”，不僅節(jié)省了大量投資，還減少了瀝青面層車轍變形等病害。
由于延長(zhǎng)使用壽命，減少了日常維護(hù)，不僅保持常態(tài)良好的公路使用品質(zhì)，還降低了壽命周期費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
本發(fā)明應(yīng)用于半剛性瀝青路面加鋪大修，克服原有路面的反射裂縫，使之進(jìn)入良性循環(huán)，其壽命的延長(zhǎng)、節(jié)約壽命周期費(fèi)用與新改建公路相同。
除此之外，本發(fā)明還可以用作瀝青路面廢棄瀝青混合料碎塊（粒徑大于2厘米），作為粗骨料直接使用，有利于環(huán)保和節(jié)能減排，循環(huán)經(jīng)濟(jì)效果好。
3）本發(fā)明可以作為探索我國(guó)長(zhǎng)壽命瀝青路面的技術(shù)途徑。
長(zhǎng)壽命瀝青路面一直是國(guó)外廣泛關(guān)注和討論的問(wèn)題，美國(guó)長(zhǎng)壽瀝青路面主要采取全厚式，由于我國(guó)石油資源缺乏，不可能像美國(guó)那樣把瀝青面層做得足夠厚。要做到路面長(zhǎng)壽命，基層必須保證長(zhǎng)壽命。
交通部沙慶林院士提出的“強(qiáng)基薄面”理論，長(zhǎng)期以來(lái)被我國(guó)公路路面結(jié)構(gòu)廣泛采用，但現(xiàn)實(shí)中最大的障礙是反射裂縫問(wèn)題。由于剛?cè)釓?fù)合基層結(jié)構(gòu)有效解決了半剛性基層開(kāi)裂的玩頑疾，給我國(guó)研究非全厚式長(zhǎng)壽命瀝青路面提供了新的技術(shù)途徑。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
一種基于瀝青路面的剛?cè)峄旌匣鶎拥脑O(shè)計(jì)方法，其具體步驟為：
一、基料準(zhǔn)備
基料選用單一粒徑的40mm~60mm、60mm~80mm或20mm~40mm粗徑石料，有利于形成骨架，且其顆粒棱角較大更利于嵌鎖?？筛鶕?jù)不同交通量選擇基料粒徑，重載交通優(yōu)選60mm~80mm粗徑石料，中等交通優(yōu)選40mm~60mm粗徑石料，輕交通可選用20mm~40mm粗徑石料?；喜捎贸Ｒ?guī)的水穩(wěn)攤鋪機(jī)直接攤鋪至底基層或老路面上。
二、填料準(zhǔn)備
填料為常規(guī)的細(xì)集料水穩(wěn)碎石，最大粒徑為19mm，通過(guò)后場(chǎng)拌和機(jī)拌合。填料采用連續(xù)級(jí)配，含水量控制在最佳含水量，7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于6.0Mpa。
三、基料與填料比例確定
配合比及拌合均勻性是決定剛?cè)峄旌匣鶎涌沽研?、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)，是質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。如填料過(guò)多，骨料懸浮在細(xì)集料中，呈半剛特點(diǎn)；填料過(guò)少，骨料中空隙難以填滿，容易產(chǎn)生網(wǎng)裂、下沉等病害。
為達(dá)到剛?cè)峄旌匣鶎釉O(shè)計(jì)的回彈模量和抗裂效果的綜合平衡，以基料在振實(shí)與堆積狀態(tài)下的孔隙率來(lái)確定填料的數(shù)量，保證填料能夠填滿基料間的空隙并略有富余。基料與填料的體積比一般在50：50左右，施工控制誤差在±5%?？赏ㄟ^(guò)以下5個(gè)步驟來(lái)確定基料與填料的比例：
1、確定基料的孔隙率：
試驗(yàn)測(cè)得基料在充實(shí)情形和松堆情形下的孔隙率。取充實(shí)情形和松堆情形下孔隙率的中間值V中，為基料的孔隙率。
2、確定每方混合料中水穩(wěn)填料的體積
假定水穩(wěn)填料以試驗(yàn)室最佳含水量和最大干密度的狀態(tài)下，填充在基料的空隙中，為保證水穩(wěn)填料在基料空隙間能被很好的壓實(shí)，水穩(wěn)填料的用量應(yīng)能夠填滿基料間的空隙并略有富余，則：
水穩(wěn)填料的體積V填= V中+ V富余
考慮到施工的變異性，V富余一般為V中的10%。
3、計(jì)算填料與基料的質(zhì)量比
填料的質(zhì)量 = V填 × 填料的擊實(shí)最大干密度
基料質(zhì)量 =（1-V填）× 基料表觀密度
填料與基料的質(zhì)量比 =填料質(zhì)量 / 基料質(zhì)量
4、確定基料和填料的攤鋪厚度
首次攤鋪試驗(yàn)段，根據(jù)基層的設(shè)計(jì)厚度、試驗(yàn)段攤鋪寬度、長(zhǎng)度，計(jì)算出攤鋪段所需的基料以及填料的質(zhì)量，按該數(shù)量在的試驗(yàn)段內(nèi)均勻攤鋪，最后實(shí)測(cè)的厚度，就是基料和填料的攤鋪厚度。
5、確定填料相對(duì)于基料攤鋪厚度的松鋪厚度系數(shù)
根據(jù)試驗(yàn)段確定的基料和填料的攤鋪厚度，在基層厚度、材料等變化不大的情況下，計(jì)算填料相對(duì)于基料攤鋪厚度的松鋪厚度系數(shù),該系數(shù)可以作為攤鋪填料時(shí)的厚度控制指標(biāo)使用。
四、現(xiàn)場(chǎng)混合攤鋪
填料后場(chǎng)拌后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，利用小型挖機(jī)配合人工將填料均勻攤鋪在基料上，采用專用的拌合設(shè)備將其翻拌均勻，拌和從邊部向中間翻拌，翻拌時(shí)縱向應(yīng)重疊15－20cm，不得有遺漏處。專人現(xiàn)場(chǎng)挖坑檢查翻拌的均勻性、填料在基料中填充情況、填料是否填充至結(jié)構(gòu)層底，如果不符合要求需繼續(xù)翻拌。尤其是縱橫向接縫處，要有專人負(fù)責(zé)檢查是否翻拌均勻，確?；吓c填料比例符合設(shè)計(jì)要求。
五、壓實(shí)、養(yǎng)生
每個(gè)作業(yè)面配備狀況良好的22J以上的振動(dòng)壓路機(jī)一臺(tái)，18～21T三輪壓路機(jī)一臺(tái)，振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)一般在3-5遍，三輪壓輪機(jī)靜壓不少于3遍；振動(dòng)碾壓時(shí)，壓實(shí)遍數(shù)“寧過(guò)勿欠”。碾壓結(jié)束后，即可開(kāi)放交通，一般灑水養(yǎng)生7天。7天養(yǎng)生期內(nèi)，如遇雨天應(yīng)封閉交通。
本實(shí)施例經(jīng)過(guò)道路試驗(yàn)，該基層結(jié)構(gòu)抗壓回彈模量在900MPa左右, 介于半剛性和柔性基層之間(柔性基層一般在300MPa左右, 半剛性基層在1800MPa左右。 回彈模量大, 承載能力強(qiáng)), 是一種剛?cè)嵯酀?jì)的新型基層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能夠克服常規(guī)半剛性基層反射裂縫和柔性基層網(wǎng)裂、下沉等缺點(diǎn)，并具有足夠的承載力，是一種新型剛?cè)峄旌匣鶎印?/p>
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。