新型半剛性基層路面結(jié)構(gòu)研究

路建印

(河北省石黃高速公路管理處)

0 引 言

在高等級(jí)公路的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)中,因水產(chǎn)生的唧漿、坑槽等病害正嚴(yán)重威脅著公路的正常使用,給養(yǎng)護(hù)工作帶來了極大的壓力,如何根治這一通病,石黃高速公路的“包砂土”路基給了我們一個(gè)很好的啟示?！鞍巴痢奔夹g(shù)即采用粘土包邊,砂土填芯的辦法填筑路基。該路段通車六年來,沒有發(fā)生一處水損害,這在高等級(jí)公路飽受水害之苦的今天,無疑是一個(gè)值得研究的。

1 路段概況

石黃高速公路藁城段(K277+670～K291+865),于1998年 12月建成通車,該段路基采用了兩種填料,K280+ 015～K291+215由“包砂土”填筑,K277+670～K280+015路基由素土填筑,路面結(jié)構(gòu)技術(shù)資料見表 1。

2 公路中水的由來

圖1用箭頭標(biāo)出了水在路基、路面中的走向。

表1 路面結(jié)構(gòu)技術(shù)資料表

圖1 水的走向圖

由圖 1可以看出面層中的水主要來自路面滲水、橫向裂縫側(cè)向來水、毛細(xì)水和凍脹水;路基水主要來自各方的滲水和毛細(xì)水等。

3 路段對(duì)比

藁城段(K277+670～K291+865)面層結(jié)構(gòu)自上而下分別為SAC16(4cm)、SAC25(5cm)、SAC25(6cm)、二灰碎(19cm)、水泥碎(18cm)、三灰砂(20cm),其中K280+015～K291+215為“包砂土”路基段,K277+670～K280+015為素土路基段,自 2002年以來,素土路基段發(fā)生了多處水損害,在挖補(bǔ)過程中發(fā)現(xiàn)各結(jié)構(gòu)層積水較多,且出現(xiàn)水沿裂縫上泛的現(xiàn)象,而“包砂土”段則無一處水損害,對(duì)比 K280+ 015～K291+215和K277+700～K279+200兩段的技術(shù)參數(shù),所不同的只有路基填料。

4 水損害分析

4.1 夏季

我國高等級(jí)公路多采用半剛性基層瀝青路面,路面裂縫較多,雨季易于透水,在車輛荷載作用下,由于車輪的沖壓和泵浦效應(yīng),水反復(fù)在面層中高速?zèng)_擊和抽吸,致使油面層油膜剝落,引起泛油、沉陷等病害;半剛性基層和底基層則持續(xù)處于飽水狀態(tài),致使其變軟,路面強(qiáng)度降低,在壓力水反復(fù)的沖擊下,形成浮漿,造成基層和油面層脫離,進(jìn)而發(fā)展成唧漿、坑槽等病害,最后導(dǎo)致基層強(qiáng)度的喪失,引起整個(gè)路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。

4.2 冬季

我國華北地區(qū)凍深一般在 50cm左右,高等級(jí)公路面層的大部分恰處在凍深范圍內(nèi),當(dāng)面層區(qū)冰凍后,如果路基中含水量豐富,即會(huì)形成對(duì)冰凍區(qū)的水源補(bǔ)給,形成更大范圍的凍脹,造成面層開裂、松散,進(jìn)而破壞路面強(qiáng)度。

5 “包砂土”路基技術(shù)分析

“包砂土”路基由細(xì)砂填筑而成,不均勻系數(shù)Cu在 2.2～3.597之間,工程上把Cu＜5的土看作均粒土,因此該路基非常利于水的滲透,使油面層、基層和底基層的水可快速滲入路基,并有效阻斷毛細(xì)水和凍脹水上升到面層,使路面各結(jié)構(gòu)層始終處于干燥狀態(tài)。

2003年檢測(cè)中心對(duì)該段基層和底基層進(jìn)行了鉆芯、挖驗(yàn)等檢測(cè),佐證了上述對(duì)“包砂土”的論斷,同時(shí)也得出如下結(jié)論:即半剛性基層和底基層為較易透水的路面結(jié)構(gòu)層。

6 高等級(jí)路面防水新思路

6.1 增設(shè)級(jí)配碎石排水層

根據(jù)“包砂土”路基的啟示,在綜合考慮路面透水、凍深和受力等情況,認(rèn)為可在水泥穩(wěn)定碎石基層和石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層下(約45cm)設(shè)置一層5～10cm級(jí)配碎石排水層,使其起到排出路面自由水,隔阻毛細(xì)水和凍脹水的作用,從而徹底解決路面水損害的問題。

6.2 新路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性

該路面結(jié)構(gòu)自上而下分別為油面層、水泥穩(wěn)定碎石層、級(jí)配碎石排水層、石灰粉煤灰碎石層和土基。各結(jié)構(gòu)層的回彈模量值油面層可取設(shè)計(jì)值900～1200MPa,水泥穩(wěn)定碎石層取設(shè)計(jì)值 900～1100MPa,級(jí)配碎石排水層取 500～700MPa,石灰粉煤灰碎石層取設(shè)計(jì)值900～1100MPa,土基回彈模量取 100MPa。可見該路面結(jié)構(gòu)仍為典型的半剛性瀝青路面,具有彎沉值小、彎沉盆影響半徑大和彎沉盆形狀平坦(曲率半徑大)等特點(diǎn),從而具有良好的板體作用和較柔性基層大得多的荷載分布能力。同時(shí),該結(jié)構(gòu)利用了半剛性基層瀝青路面裂縫較多的特點(diǎn),使水順利滲入級(jí)配碎石排水層。

該路面結(jié)構(gòu)層以石灰粉煤灰碎石層作為級(jí)配碎石的下臥層,有以下兩種考慮。一是未處置層的受力問題。勃隆(Brown)和丕爾(Pell)于1972年在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中建議,當(dāng)未處置層中產(chǎn)生拉應(yīng)變時(shí),水平拉應(yīng)力應(yīng)不超過垂直壓應(yīng)力加上上覆層所形成壓力的 1/2。據(jù)此,通過分析奧得利用彈性層狀體系理論計(jì)算的多種不同路面結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù),得出在未處置級(jí)配碎石層下,采用剛性較大的下臥層,可使該未處置層底面不再承受拉應(yīng)變,從而使未處置層在抵抗永久變形方面是安全的這一結(jié)論,故而選用剛度較大的石灰粉煤灰碎石層作為其下臥層。二是對(duì)下臥層的性能要求。級(jí)配碎石層的下臥層除應(yīng)具備較大的剛度外,還需具備良好的抗水損和抗裂性能,因此選用技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性均較好的石灰粉煤灰碎石穩(wěn)定層作為級(jí)配碎石的下臥層是較為合理的。

7 結(jié) 語

通過對(duì)“包砂土”路用性能和防水機(jī)理的分析,提出了在路面結(jié)構(gòu)層中增設(shè)級(jí)配碎石排水層的防水新思路,該方案利用了半剛性基層自身裂縫和路基橫向坡度等特點(diǎn),從而排出了路面中的自由水,解決了半剛性基層瀝青混凝土路面的水損害問題。

[1] 沙慶林.高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面.北京:人民交通出版社.