一種適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，該路面結(jié)構(gòu)從上到下依次包括瀝青面層，密級配瀝青碎石基層，夾層以及底基層；所述瀝青面層包括表面層及下面層，所述表面層位于所述瀝青路面的上表面，所述下面層鋪設(shè)于所述表面層下方，所述表面層和下間層之間噴灑有黏層油；所述密級配瀝青碎石基層鋪設(shè)于所述下面層下方，密級配瀝青碎石基層和下面層之間噴灑有黏層油；所述夾層鋪設(shè)于所述密級配瀝青碎石基層下方，所述底基層鋪設(shè)于路基之上。本發(fā)明可以有效緩解黑棉土地區(qū)路基不均勻變形對路面造成的附加應(yīng)力的影響，減少路面裂縫的發(fā)生。
【專利說明】一種適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(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)，特別涉及一種適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝 青公路路面。
【背景技術(shù)】
[0002] 黑棉土成分以蒙脫石或蒙脫石/伊利石混層結(jié)構(gòu)為主，并含有少量高嶺石、埃洛 石。天然狀態(tài)下的黑棉土具有較高的含水率、液限和塑限指數(shù)。具有較高的膨脹潛勢，吸水 后迅速膨脹，強(qiáng)度急劇衰減，失水后會干縮，發(fā)展成龜裂，并反射到路基，造成路基路面病害 發(fā)生。由于地表水下滲或地下水影響，導(dǎo)致路基發(fā)生脹縮變形和填方不均勻下沉而引起瀝 青路面的波浪、擁包和沉陷病害，半剛性基層和面層的開裂病害。
[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。
[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(qiáng)力焊接而形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，伸縮自如，運(yùn)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(qiáng)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(hù)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，可以用于適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的路面結(jié)構(gòu)中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 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，提供了一種適應(yīng)黑棉土 路基脹縮變形的新型瀝青路面結(jié)構(gòu)，以解決黑棉土地區(qū)路基出現(xiàn)不均勻變形時路面結(jié)構(gòu)破 壞的問題，達(dá)到在設(shè)計使用壽命內(nèi)不發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的目的。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，該路面結(jié)構(gòu)從上到下依次包括瀝 青面層，密級配瀝青碎石基層，夾層以及底基層；
[0008] 所述瀝青面層包括表面層及下面層，所述表面層位于所述瀝青路面的上表面，所 述下面層鋪設(shè)于所述表面層下方，所述表面層和下間層之間噴灑有黏層油；
[0009] 所述密級配瀝青碎石基層鋪設(shè)于所述下面層下方，密級配瀝青碎石基層和下面層 之間噴灑有黏層油；
[0010] 所述夾層鋪設(shè)于所述密級配瀝青碎石基層下方，所述底基層鋪設(shè)于路基之上；
[0011] 所述表面層采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13)，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-20)，所述基層采用密級配瀝青穩(wěn)定碎石混合料 (ATB-25),所述夾層采用土工格室級配碎石，底基層采用水泥穩(wěn)定碎石；
[0012] 所述土工格室級配碎石的最大粒徑不大于31. 5_，并采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，格室片 的拉伸屈服強(qiáng)度大于23. OMPa，焊接處抗拉強(qiáng)度大于ΙΟΟΝ/cm ;
[0013] 所述土工格室級配碎石的最大粒徑不大于31. 5mm，并采用連續(xù)級配結(jié)構(gòu)。
[0014] 優(yōu)選的，所述瀝青面層的表面層為40mm的瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13)，最大 公稱粒徑為13_，間斷級配；
[0015] 所述瀝青面層的下面層采用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] 所述瀝青面曾的下面層之下采用150mm密級配瀝青碎石層，其最大公稱粒徑為 26. 5mm〇
[0017] 優(yōu)選的，所述密級配瀝青碎石層基層和底基層之間采用200mm厚的土工格室級配 碎石夾層，其最大公稱粒徑為31. 5mm ;
[0018] 土工格室為強(qiáng)化的高密度聚乙烯（HDPE)片材料經(jīng)過強(qiáng)力焊接而形成的三維網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)；格室片的拉伸屈服強(qiáng)度大于23. OMPa，焊接處抗拉強(qiáng)度大于100N/cm ;
[0019] 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89. 5 %，尺寸為9. 5mm的方孔篩，碎石通過率為58. 2 %，尺寸為4. 75mm 的方孔篩，碎石通過率為33. 8 %，尺寸為2. 36mm的方孔篩，碎石通過率為21. 5 %，尺寸為 0. 6_的方孔篩，碎石通過率為11. 9%，尺寸為0. 075_的方孔篩，碎石通過率為3. 0%。
[0020] 優(yōu)選的，底基層采用200mm水泥穩(wěn)定碎石，其最大公稱粒徑為31. 5_，水泥穩(wěn)定碎 石的彈性模量16〇〇Mpa?2000MPa。
[0021] 有益效果：本發(fā)明是一種適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)。水泥穩(wěn)定碎 石具有較好的應(yīng)力擴(kuò)散能力，可以有效緩解黑棉土地區(qū)路基不均勻變形對路面造成的附加 應(yīng)力的影響，減少路面裂縫的發(fā)生。采用強(qiáng)度等級較高的水泥和級配密實(shí)結(jié)構(gòu)可以提高該 層的強(qiáng)度和模量，使得該層具有更好的穩(wěn)定效果和力學(xué)性能。土工格室級配碎石層具有較 好的變形能力和一定的剛度，可以起到很好的應(yīng)力吸收的作用，能有效的緩解黑棉土路基 不均勻脹縮變形對路面結(jié)構(gòu)的影響。土工格室具有三維增強(qiáng)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。密級配 瀝青碎石混合料的使用可以避免路面結(jié)構(gòu)面層直接置于級配碎石夾層之上而出現(xiàn)疲勞破 壞，較厚的密級配瀝青碎石混合料基層同樣具有協(xié)調(diào)路基路面不均勻變形的效果，并具有 較好承載能力和傳荷能力，避免土工格室級配碎石層因受力不均而產(chǎn)生差異豎向變形。本 發(fā)明的水泥穩(wěn)定碎石底基層、土工格室級配碎石夾層和密級配瀝青碎石混合料的基層結(jié)構(gòu) 可以有效緩解黑棉土地基和路基脹縮變形對路面結(jié)構(gòu)層的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1為一種適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的新型瀝青路面結(jié)構(gòu)；
[0023] 圖2為本發(fā)明土工格室級配碎石夾層剖意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0025] 本發(fā)明提供了適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，該路面結(jié)構(gòu)從上到下依 次包括瀝青面層，密級配瀝青碎石基層，夾層以及底基層；
[0026] 所述瀝青面層包括表面層及下面層，所述表面層位于所述瀝青路面的上表面，所 述下面層鋪設(shè)于所述表面層下方，所述表面層和下間層之間噴灑有黏層油；
[0027] 所述密級配瀝青碎石基層鋪設(shè)于所述下面層下方，密級配瀝青碎石基層和下面層 之間噴灑有黏層油；
[0028] 所述夾層鋪設(shè)于所述密級配瀝青碎石基層下方，所述底基層鋪設(shè)于路基之上；
[0029] 所述表面層采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13)，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-20)，所述基層采用密級配瀝青穩(wěn)定碎石混合料 (ATB-25),所述夾層采用土工格室級配碎石，底基層采用水泥穩(wěn)定碎石；
[0030] 所述土工格室級配碎石的最大粒徑不大于31. 5mm，并采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，格室片 的拉伸屈服強(qiáng)度大于23. OMPa，焊接處抗拉強(qiáng)度大于lOON/cm ;
[0031] 所述土工格室級配碎石的最大粒徑不大于31. 5mm，并采用連續(xù)級配結(jié)構(gòu)。
[0032] 所述瀝青面層的表面層為40mm的瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA-13)最大公稱粒徑 為13_，間斷級配；
[0033] 所述瀝青面層的下面層采用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 ;
[0034] 所述瀝青面曾的下面層之下采用150mm密級配瀝青碎石層，其最大公稱粒徑為 26. 5mm〇
[0035] 所述密級配瀝青碎石層基層和底基層之間采用200mm厚的土工格室級配碎石夾 層，其最大公稱粒徑為31. 5mm ;
[0036] 土工格室為強(qiáng)化的高密度聚乙烯（HDPE)片材料經(jīng)過強(qiáng)力焊接而形成的三維網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)；格室片的拉伸屈服強(qiáng)度大于23. OMPa，焊接處抗拉強(qiáng)度大于100N/cm ;
[0037] 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89. 5 %，尺寸為9. 5mm的方孔篩，碎石通過率為58. 2 %，尺寸為4. 75mm 的方孔篩，碎石通過率為33. 8 %，尺寸為2. 36mm的方孔篩，碎石通過率為21. 5 %，尺寸為 0. 6_的方孔篩，碎石通過率為11. 9%，尺寸為0. 075_的方孔篩，碎石通過率為3. 0%。
[0038] 底基層采用200mm水泥穩(wěn)定碎石，其最大公稱粒徑為31. 5mm，水泥穩(wěn)定碎石的彈 性模量 1600Mpa ?2000MPa。
[0039] 本發(fā)明采用土工格室級配碎石夾層緩解黑棉土路基的不均勻變形，密級配瀝青碎 石混合料的應(yīng)用增加含級配碎石層的路面結(jié)構(gòu)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SMA-13,其中SMA-13為瀝青瑪蹄脂碎石混合料，最大公稱 粒徑為13_，間斷級配，該層耐久、穩(wěn)定、密實(shí)、平整，并且可以滿足繁重交通和高溫穩(wěn)定性 的要求；所述瀝青面層的下面層采用80mm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ZOmmtjSuperpave 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。
[0040] 所述面層下方采用150mm密級配瀝青碎石混合料，最大公稱粒徑為26. 5mm，該層 采用基質(zhì)瀝青，控制瀝青含量為最佳含量+0.2%，使得該層具有較好的應(yīng)力吸收性能和優(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。
[0041] 所述密級配瀝青碎石混合料基層下方采用厚度200mm的土工格室級配碎石，級配 碎石是非線性的，其彈性模量隨著應(yīng)力水平而變化，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，起到均化地基差異的作用，在一定程度上減少不均勻沉降。
[0042] 所述土工格室級配碎石夾層下方采用厚度200mm的水泥穩(wěn)定碎石底基層。水泥穩(wěn) 定碎石應(yīng)具有較高抗壓彈性模量，其彈性模量控制在ISOOMPa左右。采用上述尺寸和彈性 模量的級配碎石和水泥穩(wěn)定碎石結(jié)合使用使得該結(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，水泥泥穩(wěn)定碎石底基層就有較高的彈性模量和板體性，可以起到均化地 基差異變形的作用，在一定程度上減少不均勻沉降。但是水泥穩(wěn)定碎石基層的彈性模量也 不宜過高，否則易造成面層應(yīng)力負(fù)擔(dān)過重。
[0043] 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SMA-13層、 Superpave-20層、ATB-25層、土工格室級配碎石層和水泥穩(wěn)定碎石層。其中瀝青面層包括 SMA-13層、Superpave-20層，層間噴灑黏層油，以加強(qiáng)層間連接?；鶎硬捎妹芗壟錇r青碎石 混合料，密級配瀝青碎石混合料層和下面層之間噴灑黏層油。密級配瀝青碎石混合料層下 部采用土工格室級配碎石層夾層，底基層采用水泥穩(wěn)定碎石層。
[0044] 在鋪設(shè)本發(fā)明的瀝青路面時，首先鋪設(shè)水泥穩(wěn)定碎石層，水泥穩(wěn)定碎石層具有較 好的強(qiáng)度、剛度和平整度，有利于土工格室級配碎石層夾層壓實(shí)。水泥穩(wěn)定碎石的集料配合 比和水泥用量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。
[0045] 本發(fā)明的土工格室級配碎石夾層應(yīng)使用了土工格室三維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，提高了其剛度 和強(qiáng)度，具有更好地應(yīng)力吸收能力?，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(qiáng)度和整體 性，擴(kuò)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碎石級配
[0047] 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. 5_，并盡量減少針片狀石肩的含量。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(qiáng)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(qiáng)，抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量增加。另外，細(xì)集料含量對級配碎石材 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，但是細(xì)料 偏多會造成面層應(yīng)力負(fù)擔(dān)過重。綜合考慮，本發(fā)明中水泥穩(wěn)定碎石層的碎石級配如下：
[0048]
【權(quán)利要求】
1. 一種適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(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，密級配瀝青碎石基層，夾層以及底基層； 所述瀝青面層包括表面層及下面層，所述表面層位于所述瀝青路面的上表面，所述下 面層鋪設(shè)于所述表面層下方，所述表面層和下間層之間噴灑有黏層油； 所述密級配瀝青碎石基層鋪設(shè)于所述下面層下方，密級配瀝青碎石基層和下面層之間 噴灑有黏層油； 所述夾層鋪設(shè)于所述密級配瀝青碎石基層下方，所述底基層鋪設(shè)于路基之上； 所述表面層采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料，所述下面層采用瀝青路面混合料，所述基層 采用密級配瀝青穩(wěn)定碎石混合料，所述夾層采用土工格室級配碎石，底基層采用水泥穩(wěn)定 碎石； 所述土工格室級配碎石的最大粒徑不大于31. 5_，并采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，格室片的拉 伸屈服強(qiáng)度大于23. OMPa，焊接處抗拉強(qiáng)度大于100N/cm ; 所述土工格室級配碎石的最大粒徑不大于31. 5_，并采用連續(xù)級配結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述瀝青面層的表面層為40mm的瀝青瑪蹄脂碎石混合料，最大公稱粒徑為13_，間斷 級配； 所述瀝青面層的下面層采用60mm的高性能瀝青路面混合料，最大公稱粒徑為20mm ; 所述瀝青面曾的下面層之下采用150mm密級配瀝青碎石層，其最大公稱粒徑為 26. 5mm〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述密級配瀝青碎石層基層和底基層之間采用200mm厚的土工格室級配碎石夾層，其 最大公稱粒徑為31. 5mm ; 土工格室為強(qiáng)化的高密度聚乙烯片材料經(jīng)過強(qiáng)力焊接而形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；格室片 的拉伸屈服強(qiáng)度大于23. OMPa，焊接處抗拉強(qiáng)度大于lOON/cm ; 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89. 5 %，尺寸為9. 5mm的方孔篩，碎石通過率為58. 2 %，尺寸為4. 75mm的方孔 篩，碎石通過率為33. 8%，尺寸為2. 36mm的方孔篩，碎石通過率為21. 5%，尺寸為0. 6mm的 方孔篩，碎石通過率為11. 9%，尺寸為0. 075_的方孔篩，碎石通過率為3. 0%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)黑棉土路基脹縮變形的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 底基層采用200mm水泥穩(wěn)定碎石，其最大公稱粒徑為31. 5mm，水泥穩(wěn)定碎石的彈性模量 1600Mpa ?2000MPa。
【文檔編號】E01C3/00GK104499398SQ201410769138
【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)