一種基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，該路面結(jié)構(gòu)從上到下依次包括瀝青面層，抗疲勞半剛性基層和底基層；所述瀝青面層包括表面層，中面層及下面層，所述表面層位于所述瀝青路面層的上表面，所述中面層鋪設(shè)于所述表面層下方，所述下面層鋪設(shè)于所述中面層下方，所述表面層，中間層及下面層之間分別噴灑有黏層油；所述抗疲勞半剛性基層鋪設(shè)于所述下面層下方，抗疲勞半剛性基層和下面層之間噴灑有透層油；底基層鋪設(shè)于路基之上。本發(fā)明能有效的緩解路基不均勻變形對路面結(jié)構(gòu)的影響。
【專利說明】一種基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種公路瀝青路面結(jié)構(gòu)，特別涉及一種適用于協(xié)調(diào)路基路面變形的抗 疲勞瀝青公路路面。
【背景技術(shù)】
[0002] 路基不均勻變形，如軟基的固結(jié)沉降、黃土的濕陷變形、凍土的凍融循環(huán)變形，以 及膨脹土的吸濕膨脹、失水干縮變形等嚴(yán)重影響路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，易使路基發(fā)生滑坡、坍 塌、溜坍和開裂等病害。同時，路基的不均勻變形導(dǎo)致路面應(yīng)力的不均勻分布，易使路面產(chǎn) 生波浪、波浪、擁包和沉陷，甚至面層和半剛性基層的開裂，混凝土面板的斷裂。
[0003] 長期以來，級配碎石墊層或夾層結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是協(xié)調(diào)路基路面變形的合適結(jié)構(gòu)，并 得到廣泛應(yīng)用，但是級配碎石整體性差，荷載傳遞能力和承載能力不足，關(guān)鍵是級配碎石置 于面層下面易使瀝青面層發(fā)生疲勞破壞。伴隨著全厚式瀝青路面的發(fā)展，將全厚式路面結(jié) 構(gòu)置于級配碎石上這種路面結(jié)構(gòu)在發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用，具有良好的適應(yīng)路基變形和抗 疲勞性能，但是這種路面結(jié)構(gòu)具有較厚的瀝青面層，造價較高，在欠發(fā)達國家推廣具有一定 的難度。
[0004] 土工格室為上世紀(jì)80年代在國際上出現(xiàn)的一種新型三維土工合成材料，它是一 種高分子聚合物寬條帶經(jīng)強力焊接而形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，伸縮自如，運輸時可縮疊起 來，使用時可張開，并在格室中填砂、碎石或粘土材料，構(gòu)成具有強大側(cè)向和大剛度的柔性 結(jié)構(gòu)層。目前土工格室在淺層地基處理和坡面防護得到大量應(yīng)用，當(dāng)在路面結(jié)構(gòu)中使用較 少?；谕凉じ袷壹壟渌槭饶馨l(fā)揮級配碎石的柔性變形能力，相比級配碎石增加了剛度 和整體性，可以用于協(xié)調(diào)路基路面變形的路面結(jié)構(gòu)中。
[0005] 伴隨著我國公路事業(yè)的發(fā)展，尤其是高速公路的飛速發(fā)展，半剛性材料在路面結(jié) 構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。半剛性材料具有板體性好，強度和剛度大的優(yōu)點，尤其適合用于 重載交通的路面結(jié)構(gòu)的基層或底基層。但是半剛性材料水穩(wěn)定性差，并具有干縮開裂和溫 縮開裂的缺點，對瀝青路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命有一定的影響。橡膠瀝青因其具有較好的抗車 轍、抗疲勞性能在路面結(jié)構(gòu)中得到一定的應(yīng)用，但橡膠瀝青用在半剛性材料中的研宄還不 多見。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 技術(shù)問題：本發(fā)明是針對上述現(xiàn)有【技術(shù)領(lǐng)域】存在的缺失，提供了一種基于協(xié)調(diào)路 基路面變形的新型瀝青路面結(jié)構(gòu)，以解決抗疲勞瀝青路面的路基出現(xiàn)不均勻沉降時路面結(jié) 構(gòu)破壞的問題，達到在設(shè)計使用壽命內(nèi)不發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的目的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] ：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0008] 一種基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，該路面結(jié)構(gòu)從上到下依次包括瀝青 面層，抗疲勞半剛性基層；還包括鋪設(shè)于路基之上的底基層；
[0009] 所述瀝青面層包括表面層，中面層及下面層，所述表面層位于所述瀝青路面層的 上表面，所述中面層鋪設(shè)于所述表面層下方，所述下面層鋪設(shè)于所述中面層下方，所述表面 層，中間層及下面層之間分別噴灑有黏層油；
[0010] 所述抗疲勞半剛性基層鋪設(shè)于所述下面層下方，抗疲勞半剛性基層和下面層之間 噴灑有透層油；
[0011] 其中，所述表面層采用開級配排水式磨耗層混合料（OGFC-13)，所述中面層采用美 國SHRP研宄成果高性能瀝青路面混合料（Superpave-20)，所述下面層采用美國SHRP研宄 成果高性能瀝青路面混合料（Superpave-25);
[0012] 所述抗疲勞半剛性基層采用乳化橡膠瀝青水泥穩(wěn)定碎石；
[0013] 底基層采用土工格室級配碎石，所述土工格室級配碎石的最大粒徑小于或等于 31. 5_，并采用連續(xù)級配。
[0014] 優(yōu)選的，所述瀝青面層的表面層為40mm的開級配排水式磨耗層混合料 (OGFC-13)，最大公稱粒徑為13mm，間斷級配；
[0015] 所述瀝青面層的中面層采用60mm的美國SHRP研宄成果高性能瀝青路面混合料 (Superpave-20)，最大公稱粒徑為20mm ;
[0016] 所述瀝青面層的下面層為80mm的美國SHRP研宄成果高性能瀝青路面混合料 (Superpave-25)，最大公稱粒徑為25mm。
[0017] 優(yōu)選的，下面層之下的半剛性抗疲勞層，采用200mm乳化橡膠瀝青水泥 穩(wěn)定碎石，其最大公稱粒徑為31. 5mm，材料質(zhì)量比為水泥：水：瀝青：橡膠：碎石= 1:0. 85:0. 55:0. 04:20 ;
[0018] 乳化橡膠瀝青水泥穩(wěn)定碎石層基層的碎石級配為：尺寸為31. 5_的方孔篩，碎石 通過率為100%，19-31. 5mm的碎石用量：9. 5_19mm的碎石用量：4. 75-9. 5mm的碎石用量= 0. 85:1. 1:0. 8,其中粒徑小于4. 5mm的碎石不超過32 %，粒徑小于0. 075mm的細(xì)料不超過
[0019] 優(yōu)選的，所述底基層采用300mm厚的土工格室級配碎石；
[0020] 土工格室為強化的高密度聚乙烯（HDPE)片材料經(jīng)過焊接而形成的三維網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)；
[0021] 碎石級配為：尺寸為31. 5mm的方孔篩，碎石通過率為100%，尺寸為19mm的方孔 篩，碎石通過率為91. 5 %，尺寸為9. 5mm的方孔篩，碎石通過率為60. 2 %，尺寸為4. 75mm 的方孔篩，碎石通過率為34. 8 %，尺寸為2. 36mm的方孔篩，碎石通過率為19. 5 %，尺寸為 0. 6_的方孔篩，碎石通過率為12. 9%，尺寸為0. 075_的方孔篩，碎石通過率為3. 3%。
[0022] 有益效果：本發(fā)明是一種適用于路基易發(fā)生不均勻變形地區(qū)（如軟土地區(qū)、濕陷 性黃土地區(qū)、凍土地區(qū)和膨脹土地區(qū)）的路面結(jié)構(gòu)。土工格室級配碎石層具有較好的變形 能力，能有效的緩解路基不均勻變形對路面結(jié)構(gòu)的影響。土工格室具有三維增強作用，保證 級配碎石具有一定的整體性和剛度，可以緩解普通級配碎石做基層或墊層而造成面層結(jié)構(gòu) 疲勞病害?？蛊诎雱傂曰鶎又糜诿鎸咏Y(jié)構(gòu)和土工格室級配碎石層之間進一步保證結(jié)構(gòu)的 抗疲勞性能。硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥可以保證基層具有較高的剛度和承載能力，乳 化橡膠瀝青可以保證水泥穩(wěn)定碎石基層具有一定的柔性，解決水泥穩(wěn)定碎石基層易于干縮 開裂和溫縮開裂的問題。本發(fā)明的瀝青面層設(shè)計，在保證路面平整、穩(wěn)定、耐磨、抗滑的前提 下，減少路基不均勻變形對路面基層和面層的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明所述的基于不均勻沉降的抗疲勞瀝青路面進行詳細(xì)說 明。
[0024] 圖1為一種基于協(xié)調(diào)路基路面變形的新型瀝青路面結(jié)構(gòu)；
[0025] 圖2為本發(fā)明土工格室級配碎石示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述。
[0027] 本發(fā)明提供的基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，該路面結(jié)構(gòu)從上到下依次 包括瀝青面層，抗疲勞半剛性基層；還包括鋪設(shè)于路基之上的底基層；
[0028] 所述瀝青面層包括表面層，中面層及下面層，所述表面層位于所述瀝青路面層的 上表面，所述中面層鋪設(shè)于所述表面層下方，所述下面層鋪設(shè)于所述中面層下方，所述表面 層，中間層及下面層之間分別噴灑有黏層油；
[0029] 所述抗疲勞半剛性基層鋪設(shè)于所述下面層下方，抗疲勞半剛性基層和下面層之間 噴灑有透層油；
[0030] 其中，所述表面層采用開級配排水式磨耗層混合料（OGFC-13)，所述中面層采用美 國SHRP研宄成果高性能瀝青路面混合料（Superpave-20)，所述下面層采用（美國SHRP研 宄成果）高性能瀝青路面混合料（Superpave-25);
[0031] 所述抗疲勞半剛性基層采用乳化橡膠瀝青水泥穩(wěn)定碎石；
[0032] 底基層采用土工格室級配碎石，所述土工格室級配碎石的最大粒徑小于或等于 31. 5_，并采用連續(xù)級配。
[0033] 優(yōu)選的，所述瀝青面層的表面層為40mm的開級配排水式磨耗層混合料 (OGFC-13)，最大公稱粒徑為13mm，間斷級配；
[0034] 所述瀝青面層的中面層采用60mm的美國SHRP研宄成果高性能瀝青路面混合料 (Superpave-20)，最大公稱粒徑為20mm ;
[0035] 所述瀝青面層的下面層為80mm的美國SHRP研宄成果高性能瀝青路面混合料 (Superpave-25)，最大公稱粒徑為25mm。
[0036] 優(yōu)選的，下面層之下的半剛性抗疲勞層，采用200mm乳化橡膠瀝青水泥 穩(wěn)定碎石，其最大公稱粒徑為31. 5mm，材料質(zhì)量比為水泥：水：瀝青：橡膠：碎石= 1:0. 85:0. 55:0. 04:20 ;
[0037] 乳化橡膠瀝青水泥穩(wěn)定碎石層基層的碎石級配為：尺寸為31. 5mm的方孔篩，碎石 通過率為100%，19-31. 5mm的碎石用量：9. 5_19mm的碎石用量：4. 75-9. 5mm的碎石用量= 0. 85:1. 1:0. 8,其中粒徑小于4. 5mm的碎石不超過32 %，粒徑小于0. 075mm的細(xì)料不超過
[0038] 優(yōu)選的，所述底基層采用300mm厚的土工格室級配碎石；
[0039] 土工格室為強化的高密度聚乙烯（HDPE)片材料經(jīng)過焊接而形成的三維網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)；
[0040] 碎石級配為：尺寸為31. 5mm的方孔篩，碎石通過率為100%，尺寸為19mm的方孔 篩，碎石通過率為91. 5 %，尺寸為9. 5mm的方孔篩，碎石通過率為60. 2 %，尺寸為4. 75mm 的方孔篩，碎石通過率為34. 8 %，尺寸為2. 36mm的方孔篩，碎石通過率為19. 5 %，尺寸為 0. 6_的方孔篩，碎石通過率為12. 9%，尺寸為0. 075_的方孔篩，碎石通過率為3. 3%。
[0041] 本發(fā)明采用土工格室級配碎石底基層緩解路基的不均勻變形，抗疲勞半剛性增 加路面結(jié)構(gòu)層的抗疲勞性能。本發(fā)明中的路面結(jié)構(gòu)，所述瀝青面層的表面層為40mm的 OGFC-13,其中OGFC-13為開級配排水式磨耗層混合料，最大公稱粒徑為13mm，間斷級配， 該層具有路表排水，防滑、降噪等優(yōu)點，同時應(yīng)保證該層耐久、穩(wěn)定、密實、平整，并且可以滿 足繁重交通和高溫穩(wěn)定性的要求；所述瀝青面層的中面層主要起聯(lián)接作用，采用60mm的 Superpave-20，Superpave_20 是 Superior Performing Asphalt Pavement 的縮寫，高性能 瀝青路面，最大公稱粒徑為20mm ;所述瀝青面層的下面層為80mm的Superpave-25,最大公 稱粒徑為25mm。Superpave在設(shè)計瀝青路面時，充分考慮服務(wù)期內(nèi)溫度對路面的影響，要求 路面在最高設(shè)計溫度時能滿足高溫性能要求，不產(chǎn)生過量車轍；在路面最低溫度時，能滿足 低溫性能要求，避免或減少低溫開裂；在常溫范圍內(nèi)控制疲勞開裂。
[0042] 所述面層下方為抗疲勞半剛性層，采用200_的乳化橡膠瀝青水泥穩(wěn)定碎石，最 大公稱粒徑為31. 5mm，該層采用乳化橡膠瀝青，控制瀝青含量為最佳含量+0. 2%，使得該 層具有較高的抗剪強度和優(yōu)良的抗疲勞性，能夠有效抑制和減少瀝青路面反射裂縫的產(chǎn) 生。
[0043] 所述抗疲勞半剛性基層下方的底基層采用厚度300mm的土工格室級配碎石，土工 格室級配碎石具較好的適應(yīng)路基不均勻變形的能力，同時土工格室保證級配碎石具有一定 的剛度。采用上述尺寸的土工格室級配碎石使得該結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮柔性級配碎石的協(xié)調(diào)變 形、吸收應(yīng)力的能力，級配碎石層有緩解路基不均勻變形的能力，起到均化地基差異變形的 作用，在一定程度上減少不均勻沉降。
[0044] 如本發(fā)明附圖1所示，本發(fā)明的瀝青路面一共鋪設(shè)5層。分別是0GFC-13層、 Superpave-20層、Superpave-25層、抗疲勞半剛性基層和土工格室級配碎石層。其中瀝青 面層包括0GFC-13層、Superpave-20層、Superpave-25層，層間噴灑黏層油，以加強層間連 接?？蛊诎雱傂曰鶎硬捎萌榛鹉z瀝青水泥穩(wěn)定碎石，抗疲勞半剛性基層和下面層之間 噴灑透層油，底基層采用土工格室級配碎石層。
[0045] 在鋪設(shè)本發(fā)明的瀝青路面時，首先鋪設(shè)土工格室級配碎石層，鋪設(shè)前應(yīng)保證下承 層的密實、均勻和表面平整?，F(xiàn)行《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》中對于級配碎石應(yīng)用于高 等級路面只要求級配碎石所用石料的壓碎值，而對級配碎石混合料無具體要求。在本發(fā)明 中，通過級配碎石的級配、土工格室等因素的控制使得該層有較好剛度、強度和整體性，擴 散荷載的能力得到提高，可以均化路基的不均勻變形。所述土工格柵級配碎石采用如下方 法制備：
[0046] 1 土工格室
[0047] 首先該層采用土工格室，土工格室一種高分子聚合物寬條帶經(jīng)強力焊接而形成的 三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，使用時可張開，并在格室中填碎石，構(gòu)成具有強大側(cè)向和大剛度的柔性結(jié) 構(gòu)層。格室片的拉伸屈服強度大于23. OMPa，焊接處抗拉強度大于lOON/cm，格室組間連接 處抗拉強度（格室片邊緣）大于200N/cm，格室組間連接處抗拉強度（格室片中間）大于 120N/cm，保證施工時格室不會破壞和焊接處斷開。
[0048] 2碎石級配
[0049] 為防止大粒徑的混合料發(fā)生離析現(xiàn)象，本發(fā)明保證碎石的最大粒徑不大于 31. 5mm，并盡量減少針片狀石肩的含量。既能發(fā)揮土工格室的三維增強作用，又要使碎石可 以充分壓實。比普通級配碎石具有更好的力學(xué)性能，更能協(xié)調(diào)路基的不均勻變形。
[0050] 本發(fā)明中土工格柵級配碎石采用如附圖2所示的土工格室三維增強級配性集料 結(jié)構(gòu)，隨著混合料中粗集料含量的增加，粗集料在混合料結(jié)構(gòu)中的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)增強，抗壓 強度和抗壓回彈模量增加。另外，細(xì)集料含量對水泥穩(wěn)定碎石材料也有很大的影響，如細(xì)集 料含量越高，材料的抗離析性能、易壓縮性能等越好。綜合考慮，本發(fā)明中水泥穩(wěn)定碎石層 的碎石級配如下：
[0051]
【權(quán)利要求】
1. 一種基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于，該路面結(jié)構(gòu)從上到下依 次包括瀝青面層，抗疲勞半剛性基層和底基層； 所述瀝青面層包括表面層，中面層及下面層，所述表面層位于所述瀝青路面層的上表 面，所述中面層鋪設(shè)于所述表面層下方，所述下面層鋪設(shè)于所述中面層下方，所述表面層， 中間層及下面層之間分別噴灑有黏層油； 所述抗疲勞半剛性基層鋪設(shè)于所述下面層下方，抗疲勞半剛性基層和下面層之間噴灑 有透層油； 底基層鋪設(shè)于路基之上； 其中，所述表面層采用開級配排水式磨耗層混合料，所述中面層采用高性能瀝青路面 混合料，所述下面層采用高性能瀝青路面混合料； 所述抗疲勞半剛性基層采用乳化橡膠瀝青水泥穩(wěn)定碎石； 底基層采用土工格室級配碎石，所述土工格室級配碎石的最大粒徑小于或等于 31. 5_，并采用連續(xù)級配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述瀝青面層的表面層為40mm的開級配排水式磨耗層混合料，最大公稱粒徑為13_， 間斷級配； 所述瀝青面層的中面層采用60mm的高性能瀝青路面混合料，最大公稱粒徑為20mm ; 所述瀝青面層的下面層為80mm的高性能瀝青路面混合料，最大公稱粒徑為25mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 下面層之下的半剛性抗疲勞層，采用200_乳化橡膠瀝青水泥穩(wěn)定碎石，其最大公稱 粒徑為31. 5mm，材料質(zhì)量比為水泥：水：瀝青：橡膠：碎石=1:0. 85:0. 55:0. 04:20 ; 乳化橡膠瀝青水泥穩(wěn)定碎石層基層的碎石級配為：尺寸為31. 5mm的方孔篩，碎石通 過率為100%，19-31. 5mm的碎石用量：9. 5_19mm的碎石用量：4. 75-9. 5mm的碎石用量= 0. 85:1. 1:0. 8,其中粒徑小于4. 5mm的碎石不超過32 %，粒徑小于0. 075mm的細(xì)料不超過
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)調(diào)路基路面變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 底基層采用300mm厚的土工格室級配碎石； 土工格室為強化的高密度聚乙烯片材料經(jīng)過焊接而形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；碎石級配 為：尺寸為31. 5mm的方孔篩，碎石通過率為100%，尺寸為19mm的方孔篩，碎石通過率為 91. 5%，尺寸為9. 5mm的方孔篩，碎石通過率為60. 2%，尺寸為4. 75mm的方孔篩，碎石通過 率為34. 8 %，尺寸為2. 36mm的方孔篩，碎石通過率為19. 5 %，尺寸為0. 6mm的方孔篩，碎石 通過率為12. 9%，尺寸為0. 075_的方孔篩，碎石通過率為3. 3%。
【文檔編號】E01C7/32GK104499397SQ201410767762
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】黃曉明, 李昶, 程永振 申請人:東南大學(xué)