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2010-04-20 11:35 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
隨著(zhù)我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展,高速公路的里程不斷增加。瀝青混凝土路面由于它平整性好,行車(chē)平穩舒適,噪音低,許多國家在建設高速公路時(shí)都優(yōu)先采用。而半剛性基層具有強度大,穩定性好及剛度大等特點(diǎn),被廣泛用于修建高等級公路瀝青路面的基層或底基層。在我國已建成的高速公路路面,90%以上是半剛性基層瀝青路面,在今后的國道主干線(xiàn)建設中,半剛性基層瀝青路面仍將是主要的路面結構形式。
半剛性瀝青路面用于高速公路的路面結構具有其合理性,其優(yōu)點(diǎn)主要表現在:具有較高的強度和承載能力。一般來(lái)說(shuō),半剛性基層材料具有較高的抗壓強度和抗壓彈性模量,并具有一定的抗彎拉強度,且它們都具有隨齡期而不斷增長(cháng)的特性,因此半剛性瀝青路面通常具有較小的彎沉和較強的荷載分布能力。由于半剛性基層的剛度大,使得其上的瀝青層彎拉應力值較小,從而提高了瀝青面層反抗行車(chē)疲憊破壞的能力,甚至可認為半剛性基層上的瀝青面層不會(huì )產(chǎn)生疲憊破壞,這就鼓勵人們去減薄面層。并且以多層體系彈性理論為基礎的現行規范計算出的這種路面結構面層受到的彎拉應力很小,已不起控制作用,因此得出的路面厚度也偏小。隨著(zhù)半剛性瀝青路面的大量使用,工程實(shí)踐證實(shí),假如面層不夠厚,路表面會(huì )很快產(chǎn)生裂縫,初期產(chǎn)生的裂縫對行車(chē)無(wú)明顯影響,但隨著(zhù)表面雨水或雪水的浸入,在大量行車(chē)荷載反復作用下,會(huì )導致路面強度明顯下降,產(chǎn)生沖刷和唧泥現象,使裂縫兩測的瀝青路面碎裂,加速瀝青路面的破壞,影響瀝青路面的使用性能。所以路面究競要多厚,還沒(méi)有一個(gè)確定的觀(guān)念。不同高速公路的路面結構存在很大差別,甚至不同單位設計的同一條高速公路的路面結構也有顯著(zhù)差別。目前我國高速公路瀝青面層的厚度差異很大,薄的僅10cm左右,厚的20cm左右,最厚達32cm,路面結構組合的厚度上的這些顯著(zhù)差異既反映了我國高速公路的半剛性基層瀝青路面設計還沒(méi)有成熟,也反映了設計方法的隨意性和一定程度上的盲目性,使路面結構設計要么過(guò)分保守,造成較大的材料和資金浪費,要么路面結構過(guò)薄,造成早破壞,也將造成經(jīng)濟損失。
國外瀝青路面結構設計方法經(jīng)過(guò)幾十年的完善,已經(jīng)提出了比較成熟的設計方法,許多國家提出了典型結構設計方法。第十八屆世界道路會(huì )議上,認為瀝青面層厚度取20cm或20cm以上,則可很少出現表面裂縫。殼牌瀝青路面設計方法在概括各國的觀(guān)點(diǎn)和使用經(jīng)驗時(shí)指出,水泥底基層上瀝青路面面層厚度取決于答應產(chǎn)生裂縫的程度,常變化在15~25cm之間。在德、法、英、比利時(shí)、西班牙、奧地利等國家是采用典型結構法,并通過(guò)適當增加面層的厚度等措施來(lái)減少反射裂縫。為了研究半剛性瀝青路面的合理厚度范圍,為設計路面厚度提供依據,我們對我國廣東、浙江、江蘇、河南等省區的高速公路的路面結構及使用情況作了調查,下面將調查情況介紹如下:廣東。簭V東省全境位于北緯20°09′~25°31′和東經(jīng)109°45′~117°20′之間。大部分地區為南亞熱帶和熱帶季風(fēng)氣候類(lèi)型,是全國光、熱、水資源最為豐富的地區,溫度沿緯度的變化顯著(zhù),年平均氣溫自粵北而南為9℃~16℃,盛夏7月平均氣溫為28℃~29℃。全省多數地區年平均降雨量為1500~2000mm,年蒸發(fā)量為1000~1200mm,屬濕潤地區,降雨量的季節變化明顯,全省土質(zhì)以紅壤土為主。我們此次調查的路段有:廣州—佛山高速公路、廣州—深圳高速公路、廣州—花都高速公路和深圳深南大道一級公路。名稱(chēng)路段面層聯(lián)結層基層廣深4cm瀝青混凝土磨耗層10cm瀝青碎石23cm水泥碎石上基層8cm瀝青混凝土上面層25cm級配碎石底基層10cm瀝青碎石下面層廣佛4cm瀝青混凝土上面層6cm瀝青碎石25cm6%水泥石屑上基層5cm瀝青下面層25~28cm4%水泥土(石粉砂礫)底基層廣花3cm瀝青混凝土上面層20cm6%水泥穩定碎石上基層,30cm4%水泥穩定碎石、石粉底基層4cm瀝青混凝土下面層深南5cm瀝青混凝土上面層40cm6%水泥石屑上基層8cm瀝青貫入下面層15cm4%水泥石屑底基層從表中的路面結構來(lái)看,廣深高速公路是最厚的,包括聯(lián)結層其面層厚度為32cm,路面總厚為100~110cm,這個(gè)結構是當時(shí)外商出于商業(yè)目的,自己定的,不是從技術(shù)角度考慮的,所以受到了專(zhuān)家的批評,被認為是不合理不經(jīng)濟的結構,尤其不適用于高溫多雨的廣東地區。從現在的情況來(lái)看,表面車(chē)轍嚴重,由于孔隙較大的LHII型在廣東多雨地區不適應,下雨后唧水,出現大面積松散,翻修率高。從車(chē)轍調查來(lái)看,這條路上車(chē)轍最大深度達17mm,平均車(chē)轍深度為10mm.然而對其縱橫縫調查結果來(lái)看。
深南大道是1990年建成通車(chē)的汽一級專(zhuān)用路,瀝青面層13cm厚,瀝青下面層是8cm的瀝青貫入式,從使用情況來(lái)看,這段路結構較合理,開(kāi)始使用前3年沒(méi)有裂縫和車(chē)轍,3年后出現裂縫,目前裂縫較多,但并不影響行車(chē),到現在沒(méi)有大修,其最大車(chē)轍深度為15mm,平均車(chē)轍深為5.4mm.浙江。涸谡憬∥覀冎饕疾炝撕拣咚俟返那闆r,這條路始建于1992年,完工于1995年,路面結構為:計劃后續3~4cm細粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土4~6cm瀝青碎石5~8cm二灰碎石或水泥穩定碎石28~34cm級配碎石20cm杭甬路所經(jīng)地帶的軟土深度在全國是最嚴重的,深達60m,含水量70~80%,沉降量達到填一半陷一半,全線(xiàn)145km,有94.5km為軟土,占杭甬路總長(cháng)的65.2%,考慮到深層特厚軟土通車(chē)后必定會(huì )出現較大的不均勻沉降,計劃采用過(guò)渡路面,分二期鋪筑,一期面層厚度為12cm左右,二期路面間隔5年,鋪筑后為12~18cm.全線(xiàn)路基平均高度為3.8m.由于當時(shí)工期緊,預壓期沒(méi)達到要求,提前1年完工。通車(chē)1年半以后,局部路段不同程度地出現了瀝青混凝土路面裂縫、斷裂、貧油、松散、龜裂,上基層、底基層開(kāi)裂、變形、破損、唧漿等病害。由于破壞嚴重,有些數據已無(wú)法統計。從工程實(shí)踐來(lái)看,采用超載預壓效果比較好,但有些路段穩定性不夠,沒(méi)辦法加載。穩定性計算夠時(shí),應采用盡量大的超載,實(shí)際表明,實(shí)際沉降量遠大于計算的沉降量。若采用等載預壓,則耗費時(shí)間較長(cháng)。施工時(shí)在中間設置了排水溝,但實(shí)際看來(lái),因路基變形而排水溝斷裂,在江南多雨地區,水都滲下去了,沒(méi)起到作用,造成的危害較大。分析其路面結構方面的原因可能是:所采用的過(guò)渡路面將原設計的路面面層的4cm中粒式瀝青混凝土6cm粗粒式瀝青混凝土7cm瀝青碎石1cm瀝青砂下封層結構,改為5cmIA型半密實(shí)式中粒式瀝青混凝土7cm半開(kāi)級配瀝青碎石混合料,乳化瀝青透層油結構似有不妥,其一是高速公路路面結構設計中為加強防水抗滲功能明確要求應有一層及一層以上是I型級配瀝青混凝土混合料,F場(chǎng)修補表明,當半剛性基層損壞后,此時(shí)瀝青碎石混合料浸水、松散,并導致瀝青混凝土面層間的結合不良,就有可能降低路面結構層的整體受力、抗彎拉應力降低,面層開(kāi)裂。改變后的路面厚度為12cm,也有些偏薄。調查路上我們又對正在建設的滬杭高速公路進(jìn)行了了解,滬杭高速屬于世行項目,開(kāi)工于1994年7月,計劃1998年底通車(chē)。全線(xiàn)102km,所經(jīng)地區大部分為軟土,平均300多米一個(gè)構造物,因此解決軟土地基上的橋頭跳車(chē)問(wèn)題將成為此條路上的要害技術(shù)。
該路路基設計為6車(chē)道,一期路面4車(chē)道,所有橋梁均為6車(chē)道,路基平均填高為3.05m,軟土路段主要是采用預壓,打插板樁,部分橋頭是粉噴樁,局部換土。路面結構如下:4cm中粒式瀝青混凝土上面層6cm粗粒式瀝青混凝土中面層7cm粗粒式瀝青混凝土下面層37cm二灰碎石(分兩層攤鋪)20cm水泥碎石土江蘇。簻麑幐咚俟肥墙K省的第一條高速公路,江蘇段長(cháng)248.21km,1994年6月開(kāi)工,1996年9月竣工,歷時(shí)2年3個(gè)月。沿線(xiàn)水網(wǎng)密布,地質(zhì)復雜,有軟土分布的路段長(cháng)約92km,軟土層厚薄不勻,厚的達幾十米。全線(xiàn)平均路基填土高3.73m,軟土處理基本上是采用了堆載預壓、砂墊層土工布、噴粉攪拌樁3種方法。對于路面結構,滬寧路進(jìn)行了大量的試驗研究,從1992年至1994年,歷時(shí)3年的研究?jì)热莅ǎ簽r青混凝土、基層、底基層基本材料與混合料試驗研究;路面結構組合與結構厚度研究;路面表面使用品質(zhì)研究;路面結構環(huán)道試驗研究;由于這條路經(jīng)過(guò)了室內試驗和試驗路鋪筑,所以使用情況良好。經(jīng)過(guò)2年運營(yíng),面層出現少量橫縫和松散,在少數丘嶺地帶仍有沉降發(fā)生,造成了路面縱縫發(fā)生。從工程實(shí)踐的體會(huì )中了解到,16cm厚的面層仍感覺(jué)有點(diǎn)薄,18cm可能會(huì )較合適。假如中間加瀝青碎石層反射裂縫會(huì )少,但疲憊裂縫可能會(huì )成為主要問(wèn)題。南京機場(chǎng)高速公路北起南京繞城公路,南至南京祿口機場(chǎng),全長(cháng)28.75km.1995年6月28日開(kāi)工建設,1997年6月28日建成通車(chē)。在總結現有國內高速公路瀝青面層使用情況的基礎上,確定了如下路面結構:上面層:4.5cm厚AC-16B級配類(lèi)型中面層:6cm厚AC-25I級配類(lèi)型下面層:6cm厚AC-25II級配類(lèi)型基層:34cm厚二灰碎石底基層:20cm厚二灰土從通車(chē)1年的使用情況來(lái)看,效果良好。路面各方面都滿(mǎn)足要求,唯一出現的是滲水問(wèn)題,這可能一個(gè)是因為級配造成,另一個(gè)是當時(shí)壓實(shí)不夠,使用1年出現了壓密現象,但沒(méi)有泛油現象,路面平整度均方差通車(chē)時(shí)為0.549mm,1年后為0.68mm.河南。汉幽鲜〉靥幹性,即黃河中下游、淮河上游地帶,自然氣候大部分屬暖溫帶半濕潤半干旱區,南部跨亞熱帶濕潤半濕潤區。
從調查分析可得出如下結論:半剛性基層瀝青路面是我國高速公路的主要路面結構形式,常用的半剛性基層有水泥穩定粒料和二灰穩定粒料;為了保證公路的使用性能,必須保證半剛性基層有足夠的強度,適宜的剛度和耐久性,較小的變形,良好的抗裂性能。裂縫是半剛性瀝青路面最主要的缺陷之一,由于裂縫的出現會(huì )導致一系列病害的產(chǎn)生。為了防止裂縫過(guò)早出現,即使基層有足夠的強度,瀝青面層也要有一定的厚度。根據所調查路段的使用情況,高速公路的瀝青面層厚度在15~18cm之間較為合適,究竟多厚最佳,還需要做進(jìn)一步的理論研究和試驗。
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