第3章路面基層

1、第第3章章 路面基層路面基層2016年年11月月5日日瀝青路面基層的主要作用：瀝青路面基層的主要作用： 承受由面層傳來的車輛荷載的垂直力，并將力承受由面層傳來的車輛荷載的垂直力，并將力擴散到下面的墊層和土基中。擴散到下面的墊層和土基中。水泥混凝土路面基層的主要作用：水泥混凝土路面基層的主要作用： 防止或減輕由于唧泥產(chǎn)生板底脫空和錯臺防止或減輕由于唧泥產(chǎn)生板底脫空和錯臺等病害；與墊層共同作用，可控制或減少路基等病害；與墊層共同作用，可控制或減少路基不均勻沉降凍脹或體積變形對混凝土面層產(chǎn)生的不均勻沉降凍脹或體積變形對混凝土面層產(chǎn)生的不利影響；為混凝土面層施工提高穩(wěn)定而堅實不利影響；為混凝土面層施工

2、提高穩(wěn)定而堅實的工作面，并改接縫的傳荷能力。的工作面，并改接縫的傳荷能力。 目前常用的路面基層（底基層）和目前常用的路面基層（底基層）和墊層主要有墊層主要有無黏結(jié)粒料類、無機結(jié)合無黏結(jié)粒料類、無機結(jié)合料穩(wěn)定類料穩(wěn)定類和和有機結(jié)合料穩(wěn)定類三有機結(jié)合料穩(wěn)定類三大類。大類。它們的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性以及適用性均有所它們的結(jié)構(gòu)力學(xué)特性以及適用性均有所不同。不同。3.1 無黏結(jié)粒料類基層無黏結(jié)粒料類基層粒料類路面與基層 由碎石或礫石組成的粒料由碎石或礫石組成的粒料結(jié)構(gòu)，按強度構(gòu)成原理可結(jié)構(gòu)，按強度構(gòu)成原理可分為分為嵌鎖型嵌鎖型與與級配型級配型。 級配型包括級配碎石、級包括級配碎石、級配礫石、符合級配的天然配礫石

3、、符合級配的天然砂礫、部分礫石經(jīng)軋制摻砂礫、部分礫石經(jīng)軋制摻配而成的級配礫、碎石等配而成的級配礫、碎石等 嵌鎖型包括水結(jié)碎石、泥包括水結(jié)碎石、泥結(jié)碎石、泥灰結(jié)碎石、填結(jié)碎石、泥灰結(jié)碎石、填隙碎石等。隙碎石等。一、級配碎石基層 廣泛應(yīng)用于柔性路面的基層和底基層，用于基層時廣泛應(yīng)用于柔性路面的基層和底基層，用于基層時常用于采用優(yōu)質(zhì)的碎石層。國外還常在半剛性基層與瀝常用于采用優(yōu)質(zhì)的碎石層。國外還常在半剛性基層與瀝青面層之間應(yīng)用。青面層之間應(yīng)用。1.材料要求 強度來源于碎石本身強度及碎石顆粒之間的嵌擠力。強度來源于碎石本身強度及碎石顆粒之間的嵌擠力。（1 1）壓碎值的要求。）壓碎值的要求。 我國在總結(jié)

4、國內(nèi)外經(jīng)驗及國內(nèi)使用情我國在總結(jié)國內(nèi)外經(jīng)驗及國內(nèi)使用情況的基礎(chǔ)上，規(guī)定級配碎石況的基礎(chǔ)上，規(guī)定級配碎石用作用作高速公路和一級公路路面高速公路和一級公路路面基層基層時，時，集料壓碎值應(yīng)不大于集料壓碎值應(yīng)不大于26；用作用作高速公路和一級公路路面高速公路和一級公路路面底基層以及二級公路的基層時，其底基層以及二級公路的基層時，其壓碎值應(yīng)不大于壓碎值應(yīng)不大于30；用作用作二二級公路級公路底基層以和二級以下公路的基層時，其底基層以和二級以下公路的基層時，其壓碎值應(yīng)不大壓碎值應(yīng)不大于于35；用作二用作二級級以下以下公路公路底基層時，其底基層時，其壓碎值應(yīng)不大于壓碎值應(yīng)不大于40。（2 2）針片狀顆粒。）針

5、片狀顆粒。不應(yīng)超過不應(yīng)超過20%。（3）液限應(yīng)小于）液限應(yīng)小于25%，同時規(guī)定小于，同時規(guī)定小于0.5mm的細粒應(yīng)無塑性。的細粒應(yīng)無塑性。2.級配要求 級配是影響級配碎石強度與剛度的重要因素。級配是影響級配碎石強度與剛度的重要因素。一般來說，密實的級配易于獲得高密度，從而使級一般來說，密實的級配易于獲得高密度，從而使級配碎石獲得高的配碎石獲得高的CBR值和回彈模量。用于高等級公值和回彈模量。用于高等級公路基層或用于半剛性基層和瀝青面層之間的最佳級路基層或用于半剛性基層和瀝青面層之間的最佳級配優(yōu)質(zhì)碎石，其級配應(yīng)能獲得最大密實的集料，并配優(yōu)質(zhì)碎石，其級配應(yīng)能獲得最大密實的集料，并具有較好的透水性。

6、具有較好的透水性。3.力學(xué)特征 回彈模量是表征級配碎石剛度的重要指標(biāo)及設(shè)計參回彈模量是表征級配碎石剛度的重要指標(biāo)及設(shè)計參數(shù)。一般來說，級配碎石的回彈模量明顯低于半剛性基數(shù)。一般來說，級配碎石的回彈模量明顯低于半剛性基層材料，然而與半剛性材料不同的是，級配碎石材料具層材料，然而與半剛性材料不同的是，級配碎石材料具有較顯著的非線性。這種非線性特性使其在剛度較大的有較顯著的非線性。這種非線性特性使其在剛度較大的下臥層上，表現(xiàn)出較大的回彈模量，從而亦具有足夠的下臥層上，表現(xiàn)出較大的回彈模量，從而亦具有足夠的抵抗應(yīng)力和變形的能力，最終使得級配碎石作為上基層抵抗應(yīng)力和變形的能力，最終使得級配碎石作為上基層

7、不僅具有減緩半剛性瀝青路面反射裂縫的作用，同時也不僅具有減緩半剛性瀝青路面反射裂縫的作用，同時也具有較好的抗疲勞能力。具有較好的抗疲勞能力。 強度來源于碎石靠碎石間的嵌鎖作用。強度來源于碎石靠碎石間的嵌鎖作用。 粗碎石用作基層時粗碎石用作基層時壓碎值應(yīng)不大于壓碎值應(yīng)不大于26，用用作底基層時，其作底基層時，其壓碎值應(yīng)不大于壓碎值應(yīng)不大于30。 填隙碎石一般用于各等級公路的底基層以及填隙碎石一般用于各等級公路的底基層以及二級以下公路的基層。二級以下公路的基層。二、填隙碎石基層 在在集料或集料或粉碎粉碎的（的（或原或原來來松散的松散的)土土中，摻中，摻入一定量入一定量的的無機結(jié)合料無機結(jié)合料(包括

8、包括水泥、石灰或水泥、石灰或粉煤粉煤灰灰等等)和和水水，經(jīng)拌和得到的混合料，經(jīng)拌和得到的混合料經(jīng)經(jīng)壓實與養(yǎng)生壓實與養(yǎng)生后，其后，其抗壓強度抗壓強度符合規(guī)定要求的材料稱為符合規(guī)定要求的材料稱為無機結(jié)無機結(jié)合料穩(wěn)定類合料穩(wěn)定類材材料。料。 3.2 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料基層無機結(jié)合料穩(wěn)定材料基層 以此修筑的路面以此修筑的路面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)層稱為層稱為無機結(jié)合料無機結(jié)合料穩(wěn)定穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)類結(jié)構(gòu)層層。1）根據(jù)所穩(wěn)定的材料類型分類）根據(jù)所穩(wěn)定的材料類型分類（1）無機結(jié)合料穩(wěn)定集料。）無機結(jié)合料穩(wěn)定集料。 集料包括級配碎石、未篩分碎石、級配砂礫、集料包括級配碎石、未篩分碎石、級配砂礫、天然砂礫等。天然砂礫等。1.無機

9、結(jié)合料穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層的分類無機結(jié)合料穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層的分類2）按照無機膠結(jié)材料的種類分類）按照無機膠結(jié)材料的種類分類 水泥水泥穩(wěn)定類材料穩(wěn)定類材料、石灰石灰穩(wěn)定類材料穩(wěn)定類材料、石石灰工業(yè)廢渣灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定類材料穩(wěn)定類材料（2）無機結(jié)合料穩(wěn)定土。）無機結(jié)合料穩(wěn)定土。 土包括細粒土、中粒土、粗粒土。土包括細粒土、中粒土、粗粒土。2.無機結(jié)合料穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層的特點無機結(jié)合料穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層的特點缺點：缺點：耐磨性差；耐磨性差； 容易產(chǎn)生干縮和溫縮裂縫。容易產(chǎn)生干縮和溫縮裂縫。優(yōu)點：優(yōu)點：強度隨齡期的增長而不斷提高；穩(wěn)定性好；強度隨齡期的增長而不斷提高；穩(wěn)定性好；抗凍性能強；結(jié)構(gòu)本身自成板體；抗凍性能強；結(jié)構(gòu)本

10、身自成板體； 可以可以有效減小路面結(jié)構(gòu)層總厚度，降低路面總造價等有效減小路面結(jié)構(gòu)層總厚度，降低路面總造價等特點。特點。一、一、無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)特性無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)特性 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)特性包括應(yīng)力無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的力學(xué)特性包括應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、疲勞特性、收縮（溫縮和干縮）特性。應(yīng)變關(guān)系、疲勞特性、收縮（溫縮和干縮）特性。1.無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的應(yīng)力無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的應(yīng)力-應(yīng)變特性應(yīng)變特性 無機結(jié)合料穩(wěn)定路面的重要特點之一是強度無機結(jié)合料穩(wěn)定路面的重要特點之一是強度和模量隨齡期的增長而不斷增長，逐漸具有一定和模量隨齡期的增長而不斷增長，逐漸具有一定的剛性性質(zhì)。一般規(guī)定水

11、泥穩(wěn)定類材料設(shè)計齡期的剛性性質(zhì)。一般規(guī)定水泥穩(wěn)定類材料設(shè)計齡期為為90d，石灰或石灰粉煤灰（簡稱二灰）穩(wěn)定類，石灰或石灰粉煤灰（簡稱二灰）穩(wěn)定類材料設(shè)計齡期為材料設(shè)計齡期為180d。 表征指標(biāo)有：表征指標(biāo)有：抗彎拉抗彎拉、抗壓抗壓及及劈裂強度劈裂強度和和抗抗彎拉模、抗壓彎拉模、抗壓及及劈裂模量。劈裂模量。 材料的抗壓強度是材料組成設(shè)計的主要依據(jù)，材料的抗壓強度是材料組成設(shè)計的主要依據(jù)，由于無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的抗拉強度遠小于其抗由于無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的抗拉強度遠小于其抗壓強度，材料的抗拉強度是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制壓強度，材料的抗拉強度是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制指標(biāo)。指標(biāo)。 我國的瀝青路面設(shè)計規(guī)范中，采用

12、抗壓回我國的瀝青路面設(shè)計規(guī)范中，采用抗壓回彈模量和劈裂強度作為（底）基層半剛性材料的彈模量和劈裂強度作為（底）基層半剛性材料的設(shè)計參數(shù)。設(shè)計參數(shù)。 2.無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞疲勞特性特性 材料在材料在低于低于其靜載極限強度的重復(fù)荷載作用下達其靜載極限強度的重復(fù)荷載作用下達到破壞的現(xiàn)象稱為疲到破壞的現(xiàn)象稱為疲勞破壞勞破壞，破壞時重復(fù)應(yīng)力的大小，破壞時重復(fù)應(yīng)力的大小稱為稱為疲勞強度疲勞強度，而此時的應(yīng)力作用次數(shù)即為，而此時的應(yīng)力作用次數(shù)即為疲勞壽命疲勞壽命。無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞壽命主要取決于重復(fù)應(yīng)力無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的疲勞壽命主要取決于重復(fù)應(yīng)力與極限應(yīng)力之比與極限應(yīng)力之比

13、 ，原則上當(dāng)，原則上當(dāng) 比值比值小于小于50%，無機結(jié)，無機結(jié)合料穩(wěn)定材料可經(jīng)受無限次重復(fù)加荷次數(shù)而無疲勞破合料穩(wěn)定材料可經(jīng)受無限次重復(fù)加荷次數(shù)而無疲勞破裂，但是，由于材料的變異性，實際試驗時其疲勞壽裂，但是，由于材料的變異性，實際試驗時其疲勞壽命要小得多。命要小得多。在一定的應(yīng)力條件下，材料的疲勞壽命取決于材料的在一定的應(yīng)力條件下，材料的疲勞壽命取決于材料的強度和剛度。強度愈大剛度愈小，其疲勞壽命就愈長。強度和剛度。強度愈大剛度愈小，其疲勞壽命就愈長。3.無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的干縮特性特性 無機結(jié)合料穩(wěn)定材料經(jīng)拌和壓實后，由于水分揮無機結(jié)合料穩(wěn)定材料經(jīng)拌和壓實后，由于水分揮

14、發(fā)和混合料內(nèi)部的水化作用，混合料的水分會不斷減發(fā)和混合料內(nèi)部的水化作用，混合料的水分會不斷減少。由此發(fā)生的毛細管作用、吸附作用、分子間力的少。由此發(fā)生的毛細管作用、吸附作用、分子間力的作用、材料礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和碳化作用、材料礦物晶體或凝膠體間層間水的作用和碳化收縮作用等會引起無機結(jié)合料穩(wěn)定材料體積收縮。收縮作用等會引起無機結(jié)合料穩(wěn)定材料體積收縮。 描述材料干縮特性的指標(biāo)主要有描述材料干縮特性的指標(biāo)主要有最大最大干縮應(yīng)變和干縮應(yīng)變和平均干縮系數(shù)。平均干縮系數(shù)。4.無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的溫縮溫縮特性特性 半剛性材料溫度收縮的大小與半剛性材料溫度收縮的大小與結(jié)合料類

15、型和劑量、結(jié)合料類型和劑量、被穩(wěn)定材料的類別、粒料含量、齡期等有關(guān)。被穩(wěn)定材料的類別、粒料含量、齡期等有關(guān)。 半剛性基層一般在高溫季節(jié)修建，成型初期基層半剛性基層一般在高溫季節(jié)修建，成型初期基層內(nèi)部含水量大，且尚未被瀝青面層封閉，基層內(nèi)部的內(nèi)部含水量大，且尚未被瀝青面層封閉，基層內(nèi)部的水分必然要蒸發(fā)，從而發(fā)生由表及里的干燥收縮，同水分必然要蒸發(fā)，從而發(fā)生由表及里的干燥收縮，同時，環(huán)境溫度也存在晝夜溫度差，因此，時，環(huán)境溫度也存在晝夜溫度差，因此，修建初期的修建初期的半剛性基層同時受到干燥收縮和溫度收縮的綜合作用，半剛性基層同時受到干燥收縮和溫度收縮的綜合作用，必須注意養(yǎng)生保護，必須注意養(yǎng)生保護

16、，但此時以干燥收縮為主。但此時以干燥收縮為主。 經(jīng)過一定齡期的養(yǎng)生經(jīng)過一定齡期的養(yǎng)生，半剛性基層上鋪筑瀝青面，半剛性基層上鋪筑瀝青面層后，基層內(nèi)相對濕度略有增大，使材料的含水量由層后，基層內(nèi)相對濕度略有增大，使材料的含水量由回升趨于平衡，這時半剛性基層的變形以回升趨于平衡，這時半剛性基層的變形以溫度收縮為溫度收縮為主主。二、石灰穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層二、石灰穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層 在粉碎的土或原狀松散的土在粉碎的土或原狀松散的土(包括各種粗、包括各種粗、中、細粒土中、細粒土)中，摻入適量的中，摻入適量的石灰和水石灰和水，按照技，按照技術(shù)要求，經(jīng)拌和攤鋪，在最佳含水量下壓實及術(shù)要求，經(jīng)拌和攤鋪，在最佳含水量下壓實及

17、養(yǎng)生成型，其抗壓強度符合規(guī)定要求，以此修養(yǎng)生成型，其抗壓強度符合規(guī)定要求，以此修建的路面結(jié)構(gòu)層稱為建的路面結(jié)構(gòu)層稱為石灰穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層石灰穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層。1強度形成原理強度形成原理 在土中摻適在土中摻適入入量的石灰，并在最佳含水量下量的石灰，并在最佳含水量下拌勻壓實后，發(fā)生了一系列的物理化學(xué)作用，從拌勻壓實后，發(fā)生了一系列的物理化學(xué)作用，從而使土的性質(zhì)發(fā)生根本改變。初期，主要表現(xiàn)在而使土的性質(zhì)發(fā)生根本改變。初期，主要表現(xiàn)在土的結(jié)團、塑性降低、最佳含水量的增大和最大土的結(jié)團、塑性降低、最佳含水量的增大和最大密實度的減小等；后期變化主要表現(xiàn)在結(jié)晶結(jié)構(gòu)密實度的減小等；后期變化主要表現(xiàn)在結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，從

18、而提高其板體性、強度和穩(wěn)定性。的形成，從而提高其板體性、強度和穩(wěn)定性。（1）離子交換作用。）離子交換作用。（2）結(jié)晶作用。）結(jié)晶作用。（3）火山灰作用。）火山灰作用。石灰土獲得強度和水穩(wěn)定性石灰土獲得強度和水穩(wěn)定性的基本原因，但這種作用比較緩慢。的基本原因，但這種作用比較緩慢。（4）碳酸化作用。）碳酸化作用。該作用需要一個相當(dāng)長的飯該作用需要一個相當(dāng)長的飯應(yīng)時間，因此這也是石灰土后期強度形成的主要應(yīng)時間，因此這也是石灰土后期強度形成的主要原因。原因。（1）土質(zhì)）土質(zhì) 有一定粘性的土對強度有利，土的塑性指數(shù)有一定粘性的土對強度有利，土的塑性指數(shù)太高時，難以粉碎，太低則難以碾壓成型，因此，太高時，

19、難以粉碎，太低則難以碾壓成型，因此，采用塑性指數(shù)為采用塑性指數(shù)為1520的粘性土為好。的粘性土為好。用石灰穩(wěn)用石灰穩(wěn)定的不含粘性土或無塑性的砂礫、級配碎石和未定的不含粘性土或無塑性的砂礫、級配碎石和未篩分碎石時，應(yīng)添加篩分碎石時，應(yīng)添加15左右的粘性土，并且該左右的粘性土，并且該砂礫或碎石應(yīng)具有較好的級配。砂礫或碎石應(yīng)具有較好的級配。 2. 影響石灰穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層強度的因素影響石灰穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層強度的因素（2）灰質(zhì)）灰質(zhì) 石灰應(yīng)為消石灰粉或生石灰粉。石灰應(yīng)為消石灰粉或生石灰粉。對于高對于高速公路和一級公路，宜采用磨細生石灰粉，速公路和一級公路，宜采用磨細生石灰粉，石灰質(zhì)量應(yīng)符合石灰質(zhì)量應(yīng)符合級以上

20、的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。石灰級以上的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。石灰土混合料的強度應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。土混合料的強度應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。（3）石灰劑量）石灰劑量 石灰劑量對石灰土強度影響顯著，石灰劑量對石灰土強度影響顯著，石灰石灰劑量較低劑量較低(小于小于3%4%)時，石灰主要起穩(wěn)定時，石灰主要起穩(wěn)定作用，土的塑性、膨脹、吸水量減小，使土作用，土的塑性、膨脹、吸水量減小，使土的密實度、強度得到改善。隨著劑量的增加，的密實度、強度得到改善。隨著劑量的增加，強度和穩(wěn)定性均提高，但劑量超過一定范圍強度和穩(wěn)定性均提高，但劑量超過一定范圍時，強度反而降低。時，強度反而降低。生產(chǎn)實踐中常用的最佳生產(chǎn)實踐中常用的最佳劑量范圍，對于粘性土及粉性土

21、為劑量范圍，對于粘性土及粉性土為8%14%；對砂性土則為對砂性土則為9%16%。劑量的確定應(yīng)根據(jù)劑量的確定應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)層技術(shù)要求進行混合料組成設(shè)計。結(jié)構(gòu)層技術(shù)要求進行混合料組成設(shè)計。（4）含水率）含水率 水是石灰土的重要組成部分。它促使石灰土發(fā)水是石灰土的重要組成部分。它促使石灰土發(fā)生物理化學(xué)變化，形成強度；便于土的粉碎、拌和生物理化學(xué)變化，形成強度；便于土的粉碎、拌和與壓實，并且有利于養(yǎng)生。不同土質(zhì)的石灰土有不與壓實，并且有利于養(yǎng)生。不同土質(zhì)的石灰土有不同的最佳含水率，需通過標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗確定，并用同的最佳含水率，需通過標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗確定，并用以控制施工中的實際加水量。所用水應(yīng)是干凈可供以控制施工中的實際加水量。所用水應(yīng)是干凈可供飲用的水。飲用的水。（5）密實度）密實度 石灰土的強度隨密實度的增加而增長。石灰土的強度隨密實度的增加而增長。實踐實踐證明，石灰土的密實度每增減證明，石灰土的密實度每增減1，強度約增減，強度約增減4左右。而密實的石灰土，其抗凍性、水穩(wěn)定性左右。而密實的石灰土，其抗凍性、水穩(wěn)定性也好，縮裂現(xiàn)象也少。也好，縮裂現(xiàn)象也少。（6）石灰土的齡期）石灰土的齡期 石灰土強度隨齡期緩慢增長，到石灰土強度隨齡