专利名称：半刚性基层沥青路面设计施工的新基础理论的制作方法
所属技术领域公路路面新、改建工程。
背景技术：
半刚性基层沥青路面设计施工的基础理论长期以来一直采用的是《公路柔性路面设计规范》、《公路沥青路面设计规范》、《公路路面基层施工技术规范》中的各等级公路单一的“基层7天无侧限抗压强度标准”。这一标准存在着一些缺点和错误。对于某半刚性材料来说，7天的抗压强度根本不能达到“规范”所要求的“标准”。如石灰土经压实成型后的较短时间(约7～10天)，机械强度逐步向稳定强度转化，这一阶段的石灰土强度不应在生产上加以利用。就是因为这一标准，长期以来限制了石灰土特别是低塑指14以下土的石灰土在高等级路面基层的使用。又如水泥石灰土，7天的抗压强度能达到高等级路面基层的强度要求，但是实施后，头年建成第二年坏的路段举不胜举。
发明内容
本发明以石灰土、水泥石灰土基层沥青路面的使用实践，得出一些观点和概念，并对其进行印证，以提供这种路面设计施工之应用。
A实际使用路段调查结果证实塑指14以下土的石灰土比塑指20以上土的石灰土基层沥青路面使用效果好、寿命长(见表7)。如国道106线K290+200～K303+100段，建于1979年，路面宽9米，基层石灰土厚25～40cm，沥青面层总厚度4cm，基层用土塑指5～12，在大交通量下(设计年限内一个车道上的累计当量轴次3571474次)已使用15年，在正常养护下，路面保持完好，仍在继续使用。
为什么低塑指土比高塑指土的石灰土基层沥青路面使用效果好？这是因为(1)低塑指土的石灰土后期强度高(已被现场取样抗压强度测定所证实)。塑指18以上的土的石灰土28天抗压强度为13.2kg/cm2，3～14年为22～42.63kg/cm2，15年为33.61～33.78kg/cm2。表明初期强度增长较快，后期强度增长缓慢或不增长。而塑指14以下的土的石灰土28天抗压强度为4kg/cm2左右，3个月的抗压强度仅有11kg/cm2，但后期强度高。如龄期15～19年强度可高达55.97～88.44kg/cm2，可为高塑指土的石灰土强度的2倍。石灰土基层薄层沥青路面之所以能使用15、20年或更长的时间，其最重要的原因之一就是作为承重层的基层石灰土有较高的后期强度。
石灰土经压实成型后的较短时间(约7～10天)，机械强度逐步向稳定强度转化，这一阶段的石灰土强度不应在生产上加以利用。以后，随着时间的延长，在一定的条件下(如适宜的水份、温度、压实度等)，石灰土内部经过离子交换、结晶、碳酸化作用，发生一系列质的变化，逐步胶结硬化，经一定的龄期(粘性土的石灰土28天、粉性土、砂性土的石灰土90天)后，初步形成稳定强度(如塑指18以上土的石灰土28天强度为13.2kg/cm2，塑指10～11土的石灰土90天的强度为11kg/cm2)，以后随着龄期的延长而不断地增长，半年、1年、3年、5年……乃至20年，石灰土强度(Mpa)可为各级路要求指标(三、四级路0.7、二级路0.8、一级路和高速公路≥1.0)的一倍、二倍、三倍……甚至十几倍(见表1)。而交通量(包括轴载)的增长，按每年递增10％计，需要8年时间才能增长至一倍。显然，石灰土强度的增长，远远超过交通量增长的速度。这是低塑指土的石灰土基层薄层沥青路面(厚2.5～3cm，最厚4cm)在大交通量(设计年限内一个车道上的累计当量轴次200×101)下使用效果好的又一个重要原因。石灰土这一强度性质(后期强度高)，在生产上具有重大的实用意义。
(2)低塑指土的石灰土R值大，高塑指土的石灰土R值小(见表2)。因为荷载为定值时，承载面积愈大，单位面积所受压力愈小，减轻了基层负担。这是塑指14以下土的石灰土28天抗压强度4kg/cm2左右的薄层沥青路面能在大交通量下使用效果好、寿命长的又一个重要原因。
(3)低塑指土的石灰土基层薄层沥青路面裂缝(龟裂)少(见表8)。塑指14以下土的石灰土龄期14年内没出现龟裂，纵横裂缝也较少。从而大大减少了雨、雪水从裂缝渗入的机会，不会因地上水危害路面，导致破坏，这是低塑指土的石灰土基层薄层沥青路面使用效果好的又一个重要原因。
B水泥石灰土国道307线K178+418～K200+878段，长22.46公里的汽车专用路，建于1989年，路面宽8米，基层(包括底基层)石灰土厚25～40cm(旧路面补强25cm，加宽新做段30～40cm)，沥青面层厚6cm(下为4cm沥青浅贯入，上铺2cm沥青混凝土)。K178+418～K187+614段，基层石灰土用土塑指14.81～17.1；K187+614～K200+878段，基层石灰土用土塑指17.3和6.8～7.7。根据《路面基层施工技术规范》要求，二级路基层石灰土7天(湿养6天，浸水1天)的抗压强度应不小于8kg/cm2。从试验结果看，土塑指6.8～7.7、石灰计量10％的石灰土抗压强度为5.79kg/cm2，土塑指14.81～17.1、石灰计量10％的石灰土抗压强度为7.56kg/cm2。不能达到“规范”对强度8kg/cm2的指标要求。为提高石灰土的抗压强度，在10cm厚基层石灰土中掺入2％和3％的水泥。石灰土中掺入水泥后，抗压强度有较大提高，达到或超过了8kg/cm2的指标要求(见表3)。实施后按照施工质量检查要求，依据检验标准及容许误差≥8kg/cm2对基层进行了检验，合格率为100％。全线工程竣工后经地区交通局按照《公路工程质量检验评定标准(JTJ071-85)》组织初验，评定为优良工程。经过行车的考验，1990年春K187+614～K200+878段出现较多的翻浆破坏和坑槽，几年来，连年挖补连年坏。1991年以来，K178+418～K187+614段也陆续出现翻浆破坏和坑槽，而且越来越多(1993年两段共挖补松散和坑槽1万余平米，挖补率占路面总面积的5.57％)。全段从东到西路面严重龟裂也越来越多(见表4)。若按有关规定进行评定已无好路率。尽管如此，路面整体强度还是较高的。1990年2月下旬实测路面弯沉值(0.01mm)，K178+418～K187+614段平均为36.71，K187+614～K200+878段平均为50.52。对此，1992、1993年进行挖补后，对该段的路面进行了乳化沥青稀浆封层中修，以防雨、雪水从裂缝渗入，导致路面破坏。1994年3月中旬，再次测定路面整体强度，实测路面弯沉值(0.01mm)，K178+418～K187+614段平均为26.74，K187+614～K200+878段平均为34.85(见表5)。表明，路面整体强度比1990年有较大的增长，但路面裂缝及其他病害非但未能得到解决，而是越来越严重(见表4)。95年不得不投巨资又重新改建。
上述水泥石灰土基层沥青路面与石灰土基层薄层沥青路面相比，水泥石灰土比塑指14以下土的石灰土基层7天的抗压强度高的多(塑指6.8～7.7土的水泥石灰土强度为9.5kg/cm2，塑指塑指6.8～7.7土的石灰土强度为5.79kg/cm2)，其工程造价是石灰土基层薄层沥青路面的2～3.9倍(从批准工程预算查得)。那么为什么强度高、工程造价高的水泥石灰土基层沥青路面不如强度低、工程造价低的石灰土基层薄层沥青路面的使用效果好？这是因为(1)石灰土比水泥石灰土的R值大，减轻了基层负担(见表2)。之所以塑指14以下土的石灰土28天抗压强度4kg/cm2左右的薄层沥青路面能在大交通量下使用效果好(见表7)，就是因为基层车轮荷载扩散面积大。这一事实表明，半刚性基层沥青路面使用效果，应以基层车轮荷载受力面积而不孤立地以点地强度衡量(更不应以7天地抗压强度衡量)。石灰土(特别是塑指14以下土的石灰土)与水泥石灰土相比，具有应力扩散面积大的功能，故可直接作为高等级路面基层。
(2)水泥石灰土比石灰土基层干缩(脆)性大，产生龟裂多(见表6)，尤其比塑指14以下土的石灰土龟裂多得多。裂缝不但不利于车轮荷载地传递(已被弯沉盆测定所证实)，而且雨、雪水易于从裂缝渗入，使基层含水量增大，强度降低(这一点已被石灰土试件浸水饱和试压结果和使用路段所证实)，经冻融和行车作用造成路面早期破坏(见表4)。这是水泥石灰土基层沥青路面不如石灰土基层薄层沥青路面使用效果好、寿命长的又一个重要原因。这一事实表明，半刚性基层沥青路面的使用效果应以基层的裂缝，特别是龟裂的数量(多少)来衡量，不应一概而论。塑指14以下土的石灰土裂缝(龟裂)少，故可直接作为高等级路面基层。
综上述，半刚性基层沥青路面的使用效果、使用寿命主要取决于基层的后期强度、裂缝(龟裂)程度、版体(整体)性和车轮荷载扩散面积。而不是孤立地以点的强度衡量，更不应以7天的抗压强度衡量。依此衡量半刚性材料可否直接作为高等级路面基层的重要条件。在此基础上的沥青面层可以较大幅度的减薄。
依据实际使用路段半刚性基层沥青路面的使用情况，推荐各级公路路面设计方案如下表各级公路路面设计推荐方案
说明①二级公路包括汽车专用路和一般公路；②沥青面层总厚度包括联接层；③二级公路以上(含二级)的路面，沥青面层均为高级路面；④选择路面基层材料，必须符合后期强度高、裂缝(龟裂)少、版体(整体)性强和车轮荷载扩散面积大的条件要求。
石灰土基层抗压强度现场取样测定表
注①用100g平衡锥确定的液限。②石灰土为石灰稳定细粒土。
石灰土强度与龄期关系表表1
实测路面弯沉盆面积表表2
半刚性基层沥青路面裂缝调查表表3
路面病害调查统计表表4
路面弯沉测定表表5
半刚性基层沥青路面裂缝调查表表6
实测石灰土基层沥青路面使用效果主要技术指标对照表表7
注交通量为折算的解放牌汽车数。折算关系按河北省交通科学研究所科技成果，中型载货汽车为1；大型载货汽车为8；大型客车为1；载货拖挂车为1.5；拖拉机为1。
续上表
石灰土基层沥青路面裂缝调查汇总表表8
续上表
权利要求
一种半刚性基层沥青路面设计施工的新基础理论。其特征在于半刚性基层沥青路面的使用效果、使用寿命，主要取决于基层的后期强度、裂缝(龟裂)程度、版体(整体)性和车轮荷载扩散面积，并依此来衡量半刚性材料可否直接作为高等级路面基层。在此基础上的沥青面层可较大幅度的减薄，即沥青面层设计最大总厚度(cm)高速公路12，一级公路8，二级公路5，三级公路2.5，四级公路2。
全文摘要
半刚性基层沥青路面设计施工的新基础理论。本发明以石灰土、水泥石灰土基层沥青路面的使用实践，其使用效果、使用寿命，不应孤立地以基层点的强度衡量，更不应以7天的抗压强度标准衡量。而是主要取决于基层的后期强度、裂缝(龟裂)程度、版体(整体)性和车轮荷载扩散面积，并依此衡量半刚性材料可否直接作为高等级路面基层。在此基础上的沥青面层可较大幅度的减薄。即沥青面层设计最大总厚度(cm)高速公路12，一级公路8，二级公路5，三级公路2.5，四级公路2。
文档编号E01C7/32GK101074550SQ20071010623
公开日2007年11月21日 申请日期2007年5月9日 优先权日2007年5月9日
发明者李凤云 申请人:李凤云