本发明涉及道路工程领域，具体地说是一种拜耳法赤泥路基深厚式沥青路面结构设计方法。
背景技术：
全球工业化和城市化带来主要的负面影响是产生大量的工业废渣，工业废渣占用大量土地、污染环境、破坏生态，因此工业废渣的安全管理和处治成为突出问题。在各种类型有害工业废渣中，赤泥是比较突出的一种。拜耳法赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。全世界每年产生的拜耳法赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。目前大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。我国目前正在大规模进行公路建设，需要大量筑路材料。但是，随着近年来各地越来越重视河道及环境治理，大面积禁止采挖土场、砾石和山区石料，很多地区土、砂、石等筑路材料极为短缺，筑路成本大幅增加。将赤泥作为道路各结构层的主要材料，在解决部分地区筑路材料短缺问题的同时，对赤泥的减量化和资源化利用也将是重大突破。然而，目前还没有针对赤泥填筑路基一整套路基路面结构设计方法，赤泥填筑路基要么无法满足工程指标要求，要么无法满足环保指标要求，其路面设计也没有相应的设计参数、指标可参考和遵循，赤泥路基填筑及其路面结构设计技术的空白制约了赤泥的减量化和资源化利用。
技术实现要素：
本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种拜耳法赤泥路基深厚式沥青路面结构设计方法。利用该方法进行赤泥路基和路面结构设计，可保证赤泥作为路基填料既能满足工程指标要求，又能满足环保要求，同时设计的路面结构能极大减少筑路材料的用量，并且在实现工业废弃物资源化利用、节约筑路材料的同时，实现赤泥路基路面结构的耐久目标。
本发明所述赤泥指制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，拜耳法赤泥含铁、铝高，硅、钙低，矿物组成以针铁矿、赤铁矿为主，属于高铁低硅的特种废渣。由于外部环境的影响，长时间堆放的赤泥含水量一般超过30％，在堆存的过程中发生氧化反应，化学成分中三氧化二铁和氧化钙的含量有所变化，其他化学成分基本不变。
本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种拜耳法赤泥路基深厚式沥青路面结构设计方法，其特点是：新建道路路基采用掺加专用改性剂后的拜耳法赤泥分层填筑，在满足一定承载力要求条件下，经过赤泥路基与沥青层联接界面处理后，在其上直接铺筑一定厚度的沥青结构组合层。
为了满足赤泥强度形成和固化赤泥中重金属污染物的要求，所述的专用改性剂由磷石膏、矿渣微粉和铝盐类化合物混合而成，磷石膏、矿渣微粉、铝盐类化合物的质量比为70-80:20-25:1-3。当磷石膏、矿渣微粉、铝盐类化合物的质量比为74-76:23-25:1-1.5时，能够达到最佳技术效果。
所述磷石膏用于降低赤泥的强碱性，中和赤泥中的碱性物质。
所述矿渣微粉为激发剂，用于激发赤泥与磷石膏混合料，以形成更稳定的强度性能。
所述铝盐类化合物为稳定剂，用于固化赤泥中污染性浸出，优选为硫酸铝。
将上述专用改性剂添加到赤泥中，能够有效提高道路的长期稳定性、降低路基的污染性。加入上述专用改性剂之后，改性赤泥室内样品的检测重金属浸出浓度总汞指标<0.001mg/L、六价铬指标<0.05mg/L，满足地下水Ⅲ类控制标准。
为保证赤泥路基整体刚度，满足作为路面基础的要求，赤泥路基中专用改性剂与赤泥掺量为6～12％(质量百分比)，厚度大于80cm，分层施工，单层施工最大厚度不大于30cm，最小厚度不小于15cm，压实度大于92％。
作为优选，赤泥路基的厚度为80-320cm。
进一步的：在距离赤泥路基顶面80cm内(包括80cm)，专用改性剂与赤泥掺量优选为9～12％(质量百分比)；在距离赤泥路基顶面80cm以下，专用改性剂与赤泥掺量优选为6～9％(质量百分比)。
为了保证路面结构的耐久性，设计的赤泥路基整体刚度要求大于120MPa。
由于碾压后的赤泥路基表面非常致密，界面不易与沥青混合料层粘结，为保证路基与沥青路面结构之间的良好连接，可以在路基顶面与沥青层之间设置10～20mm单粒径碎石连接层，赤泥路基施工碾压完成后立即撒布，撒布量6～10kg/m2，均匀撒布后用小型钢轮压路机碾压，以碎石部分嵌入、在赤泥路基表面形成均匀粗糙构造面为宜。
所述沥青结构组合层可选用现有技术中任意一种沥青结构组合层，但为了与下层结构更好地配合，本发明所述沥青结构组合层从下至上包括抗疲劳层、耐疲劳抗车辙下层、耐疲劳抗车辙上层及抗滑磨耗层。
疲劳层采用AC-10或AC-13级配沥青混合料，沥青结合料采用PG64-22等级普通沥青，沥青层厚度3～6cm，设计空隙率3～4％。
耐疲劳抗车辙下层采用ATB-25级配沥青混合料，沥青结合料采用PG64-22或PG76-22等级普通或改性沥青，厚度16～32cm，分层施工(每层厚度不超过9cm)，设计空隙率3.5～4.5％；
耐疲劳抗车辙上层采用AC-20级配沥青混合料，沥青结合料等级满足PG82-22要求，设计空隙率<4％，厚度6～8cm。
抗滑磨耗层采用SMA-10或SMA-13级配沥青混合料，沥青结合料采用PG76-22改性沥青，计空隙率3.5～4.5％，设计厚度3-5cm。
整体沥青路面结构组合及厚度确定后，要进行层底拉应变验算，确保路面结构在设计荷载作用下的耐久性。沥青结构组合层总厚度验算满足设计荷载作用下沥青结构组合层底弯拉应变小于70微应变(μm)要求，不满足要求的调整层厚和设计模量。沥青结构组合层底微应变采用连续弹性层状理论计算，赤泥路基及沥青结构组合层结构模量通过试验实测确定，取值范围如下：
赤泥路基：120～400MPa，泊松比0.4；
抗疲劳层：7000Mpa～9000Mpa，泊松比0.25；
耐疲劳抗车辙下层：8000～10000Mpa，泊松比0.25；
耐疲劳抗车辙上层：13000～15000，泊松比0.25；
抗滑磨耗层：7500～9500Mpa，泊松比0.25。
与现有技术相比，本发明的赤泥路基深厚式沥青路面结构设计方法具有以下突出地有益效果：
(一)添加专用改性剂，保证赤泥作为路基填料既能满足工程指标要求，又能满足环保要求，实现工业废渣赤泥的减量化、资源化利用；
(二)该方法设计的深厚式沥青面结构无需设置路面基层，保证各项性能指标的同时，整体路面结构厚度比传统路面结构薄，节约大量砂石筑路材料；
(三)该方法解决了赤泥路基与沥青路面结构层连接问题，增强路基路面结构的整体性，增加了道路结构整体承载力。
(四)利用该方法设计的路面结构，理论上能够使用40年以上，可大量节约资源，消除维修造成的交通压力。
附图说明
附图1是本发明赤泥路基深厚式沥青路面结构图。
具体实施方式
参照说明书附图以具体实施例对本发明的赤泥路基深厚式沥青路面结构设计方法作以下详细地说明。
【实施例】
1、确定新建道路路基路面结构组合
根据道路表面设计标高，清除原地基表土，用重型压路机压实地基8。在压实后的地基8上设计的道路结构为：160cm改性赤泥路基7(分8层施工，每层20cm)+80cm改性赤泥路基6(分4层施工，每层20cm)+界面联结处理5+4cm沥青混合料抗疲劳层4(AC-10)+18cm耐疲劳抗车辙下层3(ATB-25,分2层施工，每层9cm)+6cm耐疲劳抗车辙上层2(AC-20)+4cm抗滑磨耗层1(SMA-13)。
2、赤泥路基
以赤泥为主要铺装材料，以质量比为75:24:1的磷石膏、矿渣微粉和硫酸铝的混合物为改性剂。
160cm改性赤泥路基7(分8层施工，每层20cm)，改性剂掺量为6％，压实度大于92％；
80cm改性赤泥路基6(分4层施工，每层20cm)，改性剂掺量为9％，压实度大于92％。
为了保证路面结构的耐久性，设计的赤泥路基整体刚度要求大于120MPa，在改性赤泥路基6和改性赤泥路基7施工完成，铺装沥青层之前，在路基顶面进行检测，判断整体刚度指标是否满足要求，本实施例改性赤泥路基模量代表值为200MPa。为满足环保要求，改性后6和7赤泥室内样品检测重金属浸出浓度总汞指标<0.001mg/L、六价铬指标<0.05mg/L，满足地下水Ⅲ类控制标准。
3、单粒径碎石连接层5
在赤泥路基6顶面与沥青混合料抗疲劳层4之间铺设10～20mm单粒径碎石连接层5，赤泥路基6施工碾压完成后立即撒布，撒布量6～10kg/m2，均匀撒布后用小型钢轮压路机碾压一遍，以碎石部分嵌入、在赤泥路基6表面形成均匀粗糙构造面为宜。
4、沥青结构组合层
疲劳层4采用AC-13级配沥青混合料，沥青结合料采用PG64-22等级普通沥青，沥青层厚度4cm，设计空隙率3.5％；
耐疲劳抗车辙下层3采用ATB-25级配沥青混合料，沥青结合料采用PG64-22等级沥青，厚度18cm，分2层施工，设计空隙率4％；
耐疲劳抗车辙上层2采用AC-20级配沥青混合料，沥青结合料等级满足PG82-22要求，设计空隙率3.5％，厚度6cm；
抗滑磨耗层1采用SMA-13级配沥青混合料，沥青结合料采用PG76-22改性沥青，设计空隙率4％，设计厚度4cm。
5、路面结构验算
沥青路面结构组合及厚度确定后，要进行层底拉应变验算，确保路面结构在设计荷载作用下的耐久性。沥青层总厚度验算满足设计荷载作用下沥青层底弯拉应变小于70微应变(μm)要求，不满足要求的调整层厚和设计模量。沥青层底微应变采用连续弹性层状理论计算，路基及沥青结构层结构模量通过试验实测确定，本实施例验算取值如下：
改性赤泥路基：200MPa，泊松比0.4；抗疲劳层：8000Mpa，泊松比035；耐疲劳抗车辙下层：9000Mpa，泊松比0.35；耐疲劳抗车辙上层：14500，泊松比0.35；抗滑磨耗层：8500Mpa，泊松比0.35。
根据本项目交通荷载情况，采用该路上可能出现的单轴最大荷载作为标准轴载，取150KN作为设计荷载，采用上述参数和弹性层状理论计算沥青层底弯拉应变为45.6μm，小于70μm，路面结构验算满足要求。
【实验例】
以路基赤泥和上述添加有改性剂的改性赤泥为实验对象，主要工程与环境指标对比：