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【摘 要】由于半刚性基层沥青路面在技术和经济方面具有许多优点,已成为我国沥青路面结构的主要形式,但在使用过程中也暴露出过早严重破坏、使用寿命远低于设计使用年限等问题。本文归纳总结了半刚性基层沥青路面的缺点与不足,分析比较国内外半刚性基层沥青路面的在设计、施工等方面的差异,提出了防治半刚性基层沥青路面早期损坏的措施。
【关键词】沥青路面;半刚性基层;早期破坏;防治措施
Investigate on the reason of early damage and control methods of semi-rigid base asphalt pavement
Zhang Jian
(Chongqing city jiangbeizui Central business area Development investment limited company Chongqing 400024)
【Abstract】As the semi-rigid base asphalt pavement has a number of advantages in the technical and economic aspects,and has become the main structure of asphalt pavement in our country,however,we have discovered some issues in the course of service,such as serious early damage,service life is far lower than the design life. This article sums up the semi-rigid base asphalt pavement faults and deficiencies,analysis and comparison the differences of the semi-rigid base asphalt pavement in design, construction etc.,propose control measures to prevent the semi-rigid asphalt pavement early damage.
【Key words】Semi-rigid base;Asphalt pavement;Early damage;Control measures
1. 引言
“强基薄面”的半刚性基层沥青路面成为我国沥青路面结构的主要形式,并几乎成为包括高速公路在内的唯一的结构形式,它为我国公路建设,尤其是高速公路、一级公路的发展起到了重要的作用。“强基薄面”的指导思想是我国两代人花费了半个世界研究和辛勤劳动的成果。半刚性基层的主要优点表现在:
(1)板体性好、有很高的承载能力和抗变形性能;
(2)有良好的抗冻性,能有效地治理季节性冰冻地区的翻浆;
(3)能充分利用当地地方材料。
而其真正、最大的优点是节省了大量投资,可以用较少的钱修更多的路[1]。
2. 半刚性基层沥青路面的缺点
半刚性基层沥青路面使用过程中出现了较多的早期破坏,其使用寿命远远低于设计使用年限。在半刚性路面所产生的破坏中,尤为严重的是由半刚性材料本身的干缩和温缩等特性导致沥青路面出现的反射裂缝。
2.1 裂缝问题难以解决。
裂缝并不仅在半刚性基层结构中出现,即使柔性基层也会有,但半刚性基层沥青路面要多得多,普遍认为半刚性基层沥青路面的开裂由于沥青面层的温缩裂缝、半刚性基层收缩开裂引起的发射裂缝等共同作用的缘故。AASHTO1993版设计指南上说,比较薄的沥青层铺筑在水泥稳定集料基层上时,将在比较短的时间即1~3年内发生横向裂缝,所以要求做预留切缝并做好封缝,预留切缝的间距为6~12m,根据当地实际情况确定。我国的实际情况是大多不做预留缝,有些工程做过预切缝,但效果不是很好,也许是预切缝的方法不对。
2.2 排水性能不好。
由于半刚性基层本身强度较高,细料含量又多,本身非常致密,它基本上是一种不透水或者渗水性很差的材料。水通过路面的裂缝或者由于混合料离析造成上下有连通的孔隙进入到基层表面,由于基层不能迅速将水排除,在汽车荷载的作用下,下面层沥青混合料的粗集料对基层造成损伤,从而形成灰浆。并且由于水的原因使基层和面层之间的界面条件变成滑动,沥青层和半刚性基层底面都将会产生大的拉应力和剪应力。
2.3 车辙。
在我国普遍采用的半刚性基层沥青路面上,车辙的问题已经成为最严重的早期损坏之一。例如,2003年江西省LW高速公路、JZ高速公路的湖北、湖南、广东省的部分段落都出现了极为严重的车辙。
很多人普遍认为,柔性基层沥青路面的最大缺点是抗车辙能力差,半刚性基层沥青路面的优点正好是抗车辙能力强。就半刚性基层沥青路面而言,沥青层越厚,抗车辙变形能力就越差。
可是近年来的事实又开始引人深思。半刚性基层沥青路面的抗车辙性能未必比柔性基层沥青路面或组合式基层沥青路面强,这一点已经为我国的ALF试验多次证实。2003年祈临高速公路试验路上进行的ALF试验结果表明,在同等条件下,温度50℃,轴载180KN,半刚性基层沥青路面的车辙最大,而采用级配碎石基层的路段的车辙没有半刚性基层沥青路面大。从开挖情况可见,在24cm以下的级配碎石层表面的变形并不比16cm以下水泥稳定碎石基层表面的变形大。
2.4 对重载交通敏感性大。
我国目前常使用等效换算法计算路面的使用寿命。沥青路面的破坏是以疲劳损坏为标准,分别以路表弯沉和层底拉应力为设计指标,由于设计指标弯沉、拉应力的破坏状态和破坏标准不同,其轴载换算的等效原则和方法也是不同的。对于弯沉设计指标,应遵循弯沉等效原则,对于拉应力设计指标,则应遵循拉应力等效原则。
以路表弯沉为设计指标时,荷载轴次按下式换算:
Ni/No=(1+m)5(Po/Pi) 4.35 (1)
以半刚性基层层底拉应力为设计指标时,荷载轴次按下式换算:
Ni/No= (1+m)9(Po/Pi) 8 (2)
式中:Po 、 No为标准轴载及作用次数;Pi 、 Ni为第i级轴载和作用次数; m:超载率。
依据上述关系,基于路表弯沉和半刚性基层层底拉应力为设计指标的沥青路面使用寿命计算结果如表1。
由表1可知,不管是以路表弯沉还是以半刚性基层层底拉应力为设计指标,沥青路面使用寿命均随着超载率增大急剧缩短,且以半刚性基层层底拉应力为指标时得到的沥青路面的疲劳寿命要比以路表弯沉为指标时小得多。
2.5 损坏后维修困难。
由于半刚性基层沥青路面建立在基层是承重层的理念上,路面损坏大部分认为属于基层的结构性破坏,这种思想导致对发生损坏的半刚性基层沥青路面进行维修成为一件非常困难的工作。
半刚性基层沥青路面一旦损坏便需要开膛破肚式的从基层、底基层开始维修,是半刚性基层沥青路面的致命的弱点。法国等一些国家的专家来华讲课时提出,半刚性基层沥青路面不适用于重载交通和大交通量的路段,其理由除了轴载换算问题外,最主要的原因就是不好维修。半刚性基层沥青路面开裂是不可避免的,如果交通量并不大,可以经常注意灌缝维修,便可以持续使用下去,但是如果交通量很大时,这种灌缝维修工作很难进行,因此不能采用这种结构。
半刚性基层损坏后没有愈合的能力,且无法进行修补。基层一旦破坏便无可救药,除了挖掉重建,别无他法。相比之下,对柔性基层的沥青路面,维修养护一般都是只需要对表面层铣刨,再进行罩面,对交通的影响要小得多。
2.6 层间粘结困难。
半刚性基层和沥青层的联结比基层之间的联结更重要。为此半刚性基层上喷洒透层油渗入基层应该有一定深度,以便与沥青层很好的联结,可以使沥青层和基层成为一个整体,这对于沥青路面的耐久性意义重大。
但是,多年来的实践表明,在半刚性基层上喷洒透层油有很大的难度,这是因为半刚性基层的渗透性很差。近年来,由于透层油的问题不好解决,逐步改为铺筑下封层。尽管在铺筑下封层后,从钻孔试件可以清楚地看出,沥青层和基层已经成了一个粘结紧密的整体,但是时间长了,可能仍然会脱离。
3. 国内外半刚性基层沥青路面的差异
半刚性材料在国外的应用也很广泛,但其做法与国内有以下不同之处:
3.1 首先是设计理念的不同,这是根本性的不同。国外半刚性材料通常用来改善和加强路基强度,用在路基不好的地方,尽管也起到承重层的作用,但并不是作为主要的承重层看待,而沥青层才是真正的承重层。
3.2 应用场合不同。在许多国家,如法国、英国、日本等国,典型结构中将半刚性基层沥青路面规定为主要适用于中轻交通的沥青路面。主要是因为半刚性基层沥青路面不可避免地会出现开裂,而交通量不大则可以对出现的开裂随时进行灌缝修补。
3.3 为防止半刚性基层开裂过于严重,国外半刚性基层强度要求较低。如南非半刚性基层强度通常为2~3MPa,日本水泥稳定材料的水泥含量(2~3%)通常较国内4～6%低,其强度相对也要低些。
3.4 半刚性材料上通常设柔性基层作为过渡层,以减少路面的开裂和有利于排水。如南非,半刚性基层上一般设15cm级配碎石作为过渡层,有效抑制半刚性基层裂缝产生。美国、日本和德国通常采用全厚式沥青面层和柔性基层,半刚性材料仅作为各等级公路底基层使用。
3.5 国外大部分采用水泥稳定集料,而使用石灰粉煤灰稳定集料较少。
3.6 水泥稳定集料基层通常需要切缝,以分散收缩裂缝,避免沥青面层开裂。但能不能达到沥青面层不开裂的目的与切缝间距有很大关系,在法国是每3~5m一道,缝中灌注沥青。
4. 半刚性基层沥青路面早期损坏的防治措施
虽然半刚性基层沥青路面有诸多缺点,但不能全盘否定半刚性基层沥青路面,而是要采取对策,使半刚性基层沥青路面用得更好,不致产生严重的早期损坏。
对正在铺筑、或者已经设计即将铺筑、或者以后还会设计使用的半刚性基层沥青路面,建议根据实际情况在以下方面采用措施:
4.1 设置级配碎石过渡层。
如前所述,半刚性基层沥青路面的最大的问题是容易出现发射裂缝以及进入沥青路面的水不能迅速排除。而在沥青层下面设置级配碎石过渡层则可以弥补这两个最主要的缺点。为了防止因为设置粒料层又出现新的早期损坏,需要注意上面的沥青层的厚度不能太薄,粒料层也不能太厚,太厚会降低沥青面层在荷载作用下的弯曲半径,加速沥青层的疲劳破坏。但同时又必须具有一定的厚度以保证应力的有效扩散。粒料基层必须采用高质量、良好级配、坚硬的碎石,其厚度最好为10~15cm。
4.2 控制无机结合料稳定集料的设计强度。
无机结合料稳定集料基层需要控制在一个适宜的强度范围内,并不是越高越好,既要控制低限,又要控制高限。如果无机结合料稳定集料的强度超过一定的上限,应该把它看成是贫混凝土,就不能按照半刚性基层的要求施工,而应该按照水泥混凝土的要求施工。
征集许多工程技术人员的意见,将半刚性基层的设计强度控制为3~4MPa,即低限不低于3MPa,高限不高于4MPa是适宜的。水泥稳定碎石还是应该以碎石嵌挤作为强度的根本来源。水泥结合料仅仅起到“稳定”作用。
4.3 改善半刚性基层的集料级配。
从工程实践中调查得道一些共识,即要充分减少基层混合料中的细粉含量,增加粗集料的用量,要求4.75mm以上的集料不少于80%,使半刚性基层成为一种嵌挤密室型的混合料。从而减少半刚性基层开裂,提高排水能力和抗冲刷能力,减少沥青路面的水损坏。
4.4 在高强度的半刚性基层上做预切缝。
在半刚性基层上设置预切缝的做法,在我国东北地区的不少路上都做过尝试,但普遍认为效果不如人意,是因为沥青层的厚度太薄所致。因为基层切了缝,沥青层要防止切缝反射上来,是需要较大的厚度的。如果沥青层的厚度不足以抵抗切缝的反射性裂缝,无疑将与不设预切缝没有什么两样。国外的预切缝需要灌注沥青材料,使下渗的水封闭。当路面开裂后也需要立即修补,否则切缝的缝和开裂的缝的危害性是一样的,都会进水,危害基层和路基。
4.5 加强沥青层与基层的联结。
半刚性基层很难过冬,尤其是在季节性冰冻地区,冰冻对基层是一种严重的损伤。为了改善这种状况,最有效的措施是将沥青层紧接着在基层施工结束后施工,并在同一年内完成。
美国高速公路施工规范及其应用手册关于水泥稳定基层一节明确规定,“在完成最终碾压之后立即应用稀释沥青或乳化沥青养护封层,在封层之前要保持表面潮湿,用连续膜作养护封层(推荐用量为0.7~1.4L/m2)。”现在很多地方说半刚性基层透层油透不下去的原因,一方面是基层中细料过多,过于致密,另一方面是因为透层油洒得太晚。所以抓紧时间喷洒透层油是关键,一定要在基层铺筑碾压一结束就洒透层油,这时的水泥胶结料尚未固结,接近于无结合料的级配碎石。
4.6 铺设应力吸收层。
美国在半刚性基层上设置应力吸收夹层SAMI,在铺沥青路面前,在半刚性基层上撒布较高橡胶粉改性沥青2.5~3Kg/m2,再撒6~10或10~14mm热拌石屑(60℃以上)。SAMI 层防裂效果比玻璃纤维格栅和土工织物要好。但是,由于SAMI层模量较低,设置SAMI层后,面层底部在非裂缝处也受到拉应力的作用,可能会引起路面疲劳破坏,为此沥青面层要有足够的厚度。
这种结构在水泥混凝土路面加铺沥青层时常用,但使用在半刚性基层上使用,技术和经济上还需要研究探索。
5. 结论
本文对半刚性基层沥青路面的使用性能进行分析时发现:裂缝问题、排水性能不好、对重载交通敏感性大、损坏后修补困难及层间粘结不好等是沥青路面早期破坏的主要原因。通过对比国内外半刚性基层沥青路面在设计、施工等方面上的差异后,提出了半刚性基层沥青路面早期损坏的防治措施,避免半刚性基层沥青路面的过早严重损坏。
参考文献
[1]沙庆林. 高等级公路半刚性基层沥青路面[M]. 北京:人民交通出版社,1998.
[2] 沙庆林. 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M]. 北京:人民交通出版社,2001.
[3] 黄卫. 高等沥青路面设计理论与方法[M]. 北京:科学出版社,2001.
[4] 武和平. 高等级公路路面结构设计方法. [M]. 北京:人民交通出版社,1998.
[5] 沈金安,李福普,陈景. 高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M]. 北京:人民交通出版社,2004.
[6] 韩文涛,张伟中,王国军. 高速公路半刚性基层沥青路面应注意的几个问题[J]. 公路交通科技,2004,21(4):4~8.
[7] 肖学营. 浅谈半刚性基层裂缝产生原因及控制措施[J]. 筑路机械与施工机械化,2005,5:35~36.
[8] 蒋应军,薛航,薛辉等. 半刚性基层预锯缝及铺土工布的路面防裂措施[J]. 长安大学学报(自然科学版),2006,26(2):6~9.
[文章编号]1006-7619(2010)07-19-670
[作者简介] 张剑(1969-),男,重庆人,硕士,高级工程师, 从事路桥工程技术、建设管理工作。
【关键词】沥青路面;半刚性基层;早期破坏;防治措施
Investigate on the reason of early damage and control methods of semi-rigid base asphalt pavement
Zhang Jian
(Chongqing city jiangbeizui Central business area Development investment limited company Chongqing 400024)
【Abstract】As the semi-rigid base asphalt pavement has a number of advantages in the technical and economic aspects,and has become the main structure of asphalt pavement in our country,however,we have discovered some issues in the course of service,such as serious early damage,service life is far lower than the design life. This article sums up the semi-rigid base asphalt pavement faults and deficiencies,analysis and comparison the differences of the semi-rigid base asphalt pavement in design, construction etc.,propose control measures to prevent the semi-rigid asphalt pavement early damage.
【Key words】Semi-rigid base;Asphalt pavement;Early damage;Control measures
1. 引言
“强基薄面”的半刚性基层沥青路面成为我国沥青路面结构的主要形式,并几乎成为包括高速公路在内的唯一的结构形式,它为我国公路建设,尤其是高速公路、一级公路的发展起到了重要的作用。“强基薄面”的指导思想是我国两代人花费了半个世界研究和辛勤劳动的成果。半刚性基层的主要优点表现在:
(1)板体性好、有很高的承载能力和抗变形性能;
(2)有良好的抗冻性,能有效地治理季节性冰冻地区的翻浆;
(3)能充分利用当地地方材料。
而其真正、最大的优点是节省了大量投资,可以用较少的钱修更多的路[1]。
2. 半刚性基层沥青路面的缺点
半刚性基层沥青路面使用过程中出现了较多的早期破坏,其使用寿命远远低于设计使用年限。在半刚性路面所产生的破坏中,尤为严重的是由半刚性材料本身的干缩和温缩等特性导致沥青路面出现的反射裂缝。
2.1 裂缝问题难以解决。
裂缝并不仅在半刚性基层结构中出现,即使柔性基层也会有,但半刚性基层沥青路面要多得多,普遍认为半刚性基层沥青路面的开裂由于沥青面层的温缩裂缝、半刚性基层收缩开裂引起的发射裂缝等共同作用的缘故。AASHTO1993版设计指南上说,比较薄的沥青层铺筑在水泥稳定集料基层上时,将在比较短的时间即1~3年内发生横向裂缝,所以要求做预留切缝并做好封缝,预留切缝的间距为6~12m,根据当地实际情况确定。我国的实际情况是大多不做预留缝,有些工程做过预切缝,但效果不是很好,也许是预切缝的方法不对。
2.2 排水性能不好。
由于半刚性基层本身强度较高,细料含量又多,本身非常致密,它基本上是一种不透水或者渗水性很差的材料。水通过路面的裂缝或者由于混合料离析造成上下有连通的孔隙进入到基层表面,由于基层不能迅速将水排除,在汽车荷载的作用下,下面层沥青混合料的粗集料对基层造成损伤,从而形成灰浆。并且由于水的原因使基层和面层之间的界面条件变成滑动,沥青层和半刚性基层底面都将会产生大的拉应力和剪应力。
2.3 车辙。
在我国普遍采用的半刚性基层沥青路面上,车辙的问题已经成为最严重的早期损坏之一。例如,2003年江西省LW高速公路、JZ高速公路的湖北、湖南、广东省的部分段落都出现了极为严重的车辙。
很多人普遍认为,柔性基层沥青路面的最大缺点是抗车辙能力差,半刚性基层沥青路面的优点正好是抗车辙能力强。就半刚性基层沥青路面而言,沥青层越厚,抗车辙变形能力就越差。
可是近年来的事实又开始引人深思。半刚性基层沥青路面的抗车辙性能未必比柔性基层沥青路面或组合式基层沥青路面强,这一点已经为我国的ALF试验多次证实。2003年祈临高速公路试验路上进行的ALF试验结果表明,在同等条件下,温度50℃,轴载180KN,半刚性基层沥青路面的车辙最大,而采用级配碎石基层的路段的车辙没有半刚性基层沥青路面大。从开挖情况可见,在24cm以下的级配碎石层表面的变形并不比16cm以下水泥稳定碎石基层表面的变形大。
2.4 对重载交通敏感性大。
我国目前常使用等效换算法计算路面的使用寿命。沥青路面的破坏是以疲劳损坏为标准,分别以路表弯沉和层底拉应力为设计指标,由于设计指标弯沉、拉应力的破坏状态和破坏标准不同,其轴载换算的等效原则和方法也是不同的。对于弯沉设计指标,应遵循弯沉等效原则,对于拉应力设计指标,则应遵循拉应力等效原则。
以路表弯沉为设计指标时,荷载轴次按下式换算:
Ni/No=(1+m)5(Po/Pi) 4.35 (1)
以半刚性基层层底拉应力为设计指标时,荷载轴次按下式换算:
Ni/No= (1+m)9(Po/Pi) 8 (2)
式中:Po 、 No为标准轴载及作用次数;Pi 、 Ni为第i级轴载和作用次数; m:超载率。
依据上述关系,基于路表弯沉和半刚性基层层底拉应力为设计指标的沥青路面使用寿命计算结果如表1。
由表1可知,不管是以路表弯沉还是以半刚性基层层底拉应力为设计指标,沥青路面使用寿命均随着超载率增大急剧缩短,且以半刚性基层层底拉应力为指标时得到的沥青路面的疲劳寿命要比以路表弯沉为指标时小得多。
2.5 损坏后维修困难。
由于半刚性基层沥青路面建立在基层是承重层的理念上,路面损坏大部分认为属于基层的结构性破坏,这种思想导致对发生损坏的半刚性基层沥青路面进行维修成为一件非常困难的工作。
半刚性基层沥青路面一旦损坏便需要开膛破肚式的从基层、底基层开始维修,是半刚性基层沥青路面的致命的弱点。法国等一些国家的专家来华讲课时提出,半刚性基层沥青路面不适用于重载交通和大交通量的路段,其理由除了轴载换算问题外,最主要的原因就是不好维修。半刚性基层沥青路面开裂是不可避免的,如果交通量并不大,可以经常注意灌缝维修,便可以持续使用下去,但是如果交通量很大时,这种灌缝维修工作很难进行,因此不能采用这种结构。
半刚性基层损坏后没有愈合的能力,且无法进行修补。基层一旦破坏便无可救药,除了挖掉重建,别无他法。相比之下,对柔性基层的沥青路面,维修养护一般都是只需要对表面层铣刨,再进行罩面,对交通的影响要小得多。
2.6 层间粘结困难。
半刚性基层和沥青层的联结比基层之间的联结更重要。为此半刚性基层上喷洒透层油渗入基层应该有一定深度,以便与沥青层很好的联结,可以使沥青层和基层成为一个整体,这对于沥青路面的耐久性意义重大。
但是,多年来的实践表明,在半刚性基层上喷洒透层油有很大的难度,这是因为半刚性基层的渗透性很差。近年来,由于透层油的问题不好解决,逐步改为铺筑下封层。尽管在铺筑下封层后,从钻孔试件可以清楚地看出,沥青层和基层已经成了一个粘结紧密的整体,但是时间长了,可能仍然会脱离。
3. 国内外半刚性基层沥青路面的差异
半刚性材料在国外的应用也很广泛,但其做法与国内有以下不同之处:
3.1 首先是设计理念的不同,这是根本性的不同。国外半刚性材料通常用来改善和加强路基强度,用在路基不好的地方,尽管也起到承重层的作用,但并不是作为主要的承重层看待,而沥青层才是真正的承重层。
3.2 应用场合不同。在许多国家,如法国、英国、日本等国,典型结构中将半刚性基层沥青路面规定为主要适用于中轻交通的沥青路面。主要是因为半刚性基层沥青路面不可避免地会出现开裂,而交通量不大则可以对出现的开裂随时进行灌缝修补。
3.3 为防止半刚性基层开裂过于严重,国外半刚性基层强度要求较低。如南非半刚性基层强度通常为2~3MPa,日本水泥稳定材料的水泥含量(2~3%)通常较国内4～6%低,其强度相对也要低些。
3.4 半刚性材料上通常设柔性基层作为过渡层,以减少路面的开裂和有利于排水。如南非,半刚性基层上一般设15cm级配碎石作为过渡层,有效抑制半刚性基层裂缝产生。美国、日本和德国通常采用全厚式沥青面层和柔性基层,半刚性材料仅作为各等级公路底基层使用。
3.5 国外大部分采用水泥稳定集料,而使用石灰粉煤灰稳定集料较少。
3.6 水泥稳定集料基层通常需要切缝,以分散收缩裂缝,避免沥青面层开裂。但能不能达到沥青面层不开裂的目的与切缝间距有很大关系,在法国是每3~5m一道,缝中灌注沥青。
4. 半刚性基层沥青路面早期损坏的防治措施
虽然半刚性基层沥青路面有诸多缺点,但不能全盘否定半刚性基层沥青路面,而是要采取对策,使半刚性基层沥青路面用得更好,不致产生严重的早期损坏。
对正在铺筑、或者已经设计即将铺筑、或者以后还会设计使用的半刚性基层沥青路面,建议根据实际情况在以下方面采用措施:
4.1 设置级配碎石过渡层。
如前所述,半刚性基层沥青路面的最大的问题是容易出现发射裂缝以及进入沥青路面的水不能迅速排除。而在沥青层下面设置级配碎石过渡层则可以弥补这两个最主要的缺点。为了防止因为设置粒料层又出现新的早期损坏,需要注意上面的沥青层的厚度不能太薄,粒料层也不能太厚,太厚会降低沥青面层在荷载作用下的弯曲半径,加速沥青层的疲劳破坏。但同时又必须具有一定的厚度以保证应力的有效扩散。粒料基层必须采用高质量、良好级配、坚硬的碎石,其厚度最好为10~15cm
4.2 控制无机结合料稳定集料的设计强度。
无机结合料稳定集料基层需要控制在一个适宜的强度范围内,并不是越高越好,既要控制低限,又要控制高限。如果无机结合料稳定集料的强度超过一定的上限,应该把它看成是贫混凝土,就不能按照半刚性基层的要求施工,而应该按照水泥混凝土的要求施工。
征集许多工程技术人员的意见,将半刚性基层的设计强度控制为3~4MPa,即低限不低于3MPa,高限不高于4MPa是适宜的。水泥稳定碎石还是应该以碎石嵌挤作为强度的根本来源。水泥结合料仅仅起到“稳定”作用。
4.3 改善半刚性基层的集料级配。
从工程实践中调查得道一些共识,即要充分减少基层混合料中的细粉含量,增加粗集料的用量,要求4.75mm以上的集料不少于80%,使半刚性基层成为一种嵌挤密室型的混合料。从而减少半刚性基层开裂,提高排水能力和抗冲刷能力,减少沥青路面的水损坏。
4.4 在高强度的半刚性基层上做预切缝。
在半刚性基层上设置预切缝的做法,在我国东北地区的不少路上都做过尝试,但普遍认为效果不如人意,是因为沥青层的厚度太薄所致。因为基层切了缝,沥青层要防止切缝反射上来,是需要较大的厚度的。如果沥青层的厚度不足以抵抗切缝的反射性裂缝,无疑将与不设预切缝没有什么两样。国外的预切缝需要灌注沥青材料,使下渗的水封闭。当路面开裂后也需要立即修补,否则切缝的缝和开裂的缝的危害性是一样的,都会进水,危害基层和路基。
4.5 加强沥青层与基层的联结。
半刚性基层很难过冬,尤其是在季节性冰冻地区,冰冻对基层是一种严重的损伤。为了改善这种状况,最有效的措施是将沥青层紧接着在基层施工结束后施工,并在同一年内完成。
美国高速公路施工规范及其应用手册关于水泥稳定基层一节明确规定,“在完成最终碾压之后立即应用稀释沥青或乳化沥青养护封层,在封层之前要保持表面潮湿,用连续膜作养护封层(推荐用量为0.7~1.4L/m2)。”现在很多地方说半刚性基层透层油透不下去的原因,一方面是基层中细料过多,过于致密,另一方面是因为透层油洒得太晚。所以抓紧时间喷洒透层油是关键,一定要在基层铺筑碾压一结束就洒透层油,这时的水泥胶结料尚未固结,接近于无结合料的级配碎石。
4.6 铺设应力吸收层。
美国在半刚性基层上设置应力吸收夹层SAMI,在铺沥青路面前,在半刚性基层上撒布较高橡胶粉改性沥青2.5~3Kg/m2,再撒6~10或10~14mm热拌石屑(60℃以上)。SAMI 层防裂效果比玻璃纤维格栅和土工织物要好。但是,由于SAMI层模量较低,设置SAMI层后,面层底部在非裂缝处也受到拉应力的作用,可能会引起路面疲劳破坏,为此沥青面层要有足够的厚度。
这种结构在水泥混凝土路面加铺沥青层时常用,但使用在半刚性基层上使用,技术和经济上还需要研究探索。
5. 结论
本文对半刚性基层沥青路面的使用性能进行分析时发现:裂缝问题、排水性能不好、对重载交通敏感性大、损坏后修补困难及层间粘结不好等是沥青路面早期破坏的主要原因。通过对比国内外半刚性基层沥青路面在设计、施工等方面上的差异后,提出了半刚性基层沥青路面早期损坏的防治措施,避免半刚性基层沥青路面的过早严重损坏。
参考文献
[1]沙庆林. 高等级公路半刚性基层沥青路面[M]. 北京:人民交通出版社,1998.
[2] 沙庆林. 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M]. 北京:人民交通出版社,2001.
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[文章编号]1006-7619(2010)07-19-670
[作者简介] 张剑(1969-),男,重庆人,硕士,高级工程师, 从事路桥工程技术、建设管理工作。