本发明属于道路建筑材料的设计领域，具体涉及基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法。
背景技术：
沥青路面是指在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面。沥青结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，使路面平整少尘、不透水、经久耐用。因此，沥青路面是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面。
现有的沥青路面结构从下到上依次为垫层、底基层、基层以有最上面的面层。
面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由1~3层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层;中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。
基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层。
底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上底基层、下底基层。垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。
现有的公路沥青路面基层分为半刚性基层和柔性基层。半刚性基层为无机结合处治材料，如：水泥稳定碎石，我国广泛性使用半刚性基层；柔性基层没有无机结合料，如：级配碎石，国外使用较多。
半刚性基层的最大优点是板体性强，具有很高的承载力，在国外普遍用于交通量不很大的公路。其主要缺点：1. 反射裂缝；2.透水性差；3. 对重载敏感；4.没有愈合能力。尤其是反射裂缝问题，严重影响道路使用寿命，被称为半刚性基层沥青路面的“癌症”。我国高速公路普遍采用较厚沥青面层（一般18厘米以上）来延缓裂缝的反射，成本高，效果差。普通干线公路沥青面层较薄（一般10厘米以下），反射裂缝一般2到3年开始出现，发生早起破坏，其修补也比较困难，公路使用品质衰减较快。
柔性基层的优点是无反射裂缝，透水性好，对重载不敏感，缺点是易产生水平推移、网裂下沉、车辙，尤其是渠化交通路段更明显。国外大多采用全厚式沥青层（20—40厘米）来克服网裂下沉等。
如何集合半刚性基层和柔性基层路面两者的优点，而克服两者的缺点，是一个亟待解决的问题，国内外都没有一个完整的方案解决此技术问题。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于沥青路面的刚柔混合基层的设计方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种基于沥青路面的刚柔复合基层路段的设计方法，其设计方法是在常规的沥青路面的半刚性基层设计方法中，利用单一粒径的粗径石料作为基层基料，形成具有较好内摩阻力的骨架结构，将其直接摊铺在底基层或老路上；用厂拌细集料水泥稳定碎石做填料，按照设定的比例，通过路拌的方式与基料混合形成稳定的路面基层结构。
进一步地，所述单一粒径的粗径石料的粒径为40mm~60mm、60mm~80mm或20mm~40mm中的一种。
进一步地，所述填料为常规的细集料水稳碎石，最大粒径为19mm，通过后场拌和机拌合，填料采用连续级配，含水量控制在最佳含水量，7天无侧限抗压强度大于6.0Mpa。
进一步地，所述基料与填料比例的确定步骤为：
1）确定基料的孔隙率：
试验测得基料在充实情形和松堆情形下的孔隙率，取充实情形和松堆情形下孔隙率的中间值V中，为基料的孔隙率；
2）确定每方混合料中水稳填料的体积
假定水稳填料以试验室最佳含水量和最大干密度的状态下，填充在基料的空隙中，为保证水稳填料在基料空隙间能被很好的压实，水稳填料的用量应能够填满基料间的空隙并富余，则：
每方水稳填料的体积V填= V中+ V富余
考虑到施工的变异性，V富余为V中的10%；
3）计算填料与基料的质量比
每方填料的质量 = V填 × 填料的击实最大干密度
每方基料质量 =（1-V填）× 基料表观密度，公式中的1是指每方；
每方填料与基料的质量比 =每方填料质量 / 每方基料质量；
4）确定基料和填料的摊铺厚度
首次摊铺试验段，根据基层的设计厚度、试验段摊铺宽度、长度，计算出摊铺段所需的基料以及填料的质量，按该数量在的试验段内均匀摊铺，最后实测的厚度，就是基料和填料的摊铺厚度；
5）确定填料相对于基料摊铺厚度的松铺厚度系数
根据试验段确定的基料和填料的摊铺厚度，在基层厚度、材料等变化不大的情况下，计算填料相对于基料摊铺厚度的松铺厚度系数,该系数可以作为摊铺填料时的厚度控制指标使用。
由于基料粗而多，体积占总量的50%左右，所述稳定的路面基层结构为填料通过路拌的方式混合在基料空隙中，压实成型后，水稳填料在基料中处于三种状态：超密、密实、欠密，欠密状态一般在10%至30%，为基层结构内部提供了足够的松弛裂缝源，路拌混合工艺又弱化了基料与填料的粘接力，便于裂缝源扩展。由于基料具有较强的嵌锁能力，空隙中少量欠密状态在长期行车作用下也无法压实，对承载力不产生任何影响。上述中的三种状态中密实是指达到了实验室的标准密度，按交通运输部行业试验规程试验，欠密是指低于试验室的标准密度。
本发明提供的方法通过在基层结构内部采取化整为零，产生微裂缝的松弛方式，以释放收缩应力，使应力不集中，应变不叠加，达到克服收缩裂缝和荷载裂缝的目的。由于基料形成嵌锁的框架，是路面基层强度的主要来源，水稳填料起到稳固基料框架作用。实际施工中，通过调整基料和填料的数量比例，使路面基层达到设计的回弹模量和抗裂效果的综合平衡。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
有益效果：本发明相对现有技术而言，具有以下优点：
1）本发明应用于新改建公路，可大幅度延长使用寿命，降低寿命周期费用。
我国沥青路面因半刚性基层结构性破坏，一般使用寿命为10~15年。且恢复性大修难度大、成本高。该发明技术应用于沥青面层与半刚性基层之间，作为弹性过度，使路面结构组成更加合理，减少结构成自身破坏，延长沥青路面整体的使用寿命。
该基层结构抗压回弹模量在900MPa左右, 介于半刚性和柔性基层之间(柔性基层一般在300MPa左右, 半刚性基层在1800MPa左右。 回弹模量大, 承载能力强), 是一种刚柔相济的新型基层结构。该结构能够克服常规半刚性基层反射裂缝和柔性基层网裂、下沉等缺点，并具有足够的承载力，是一种新型刚柔混合基层。
2）本发明能够降低沥青面层的铺设厚度，大大减少了道路建设成本。
在路面结构设计时，将现有常规设计的2~3层水稳碎石中的上基层，变更设计为刚柔复合基层，比水稳基层造价增加20%左右，占新改建总投资1%左右，可以延长使用寿命1倍以上。
若用于高速公路改建，可以将目前普遍采用厚沥青层减薄，由18厘米降为10厘米，实现“强基薄面”，不仅节省了大量投资，还减少了沥青面层车辙变形等病害。
由于延长使用寿命，减少了日常维护，不仅保持常态良好的公路使用品质，还降低了寿命周期费用，经济效益和社会效益显著。
本发明应用于半刚性沥青路面加铺大修，克服原有路面的反射裂缝，使之进入良性循环，其寿命的延长、节约寿命周期费用与新改建公路相同。
除此之外，本发明还可以用作沥青路面废弃沥青混合料碎块（粒径大于2厘米），作为粗骨料直接使用，有利于环保和节能减排，循环经济效果好。
3）本发明可以作为探索我国长寿命沥青路面的技术途径。
长寿命沥青路面一直是国外广泛关注和讨论的问题，美国长寿沥青路面主要采取全厚式，由于我国石油资源缺乏，不可能像美国那样把沥青面层做得足够厚。要做到路面长寿命，基层必须保证长寿命。
交通部沙庆林院士提出的“强基薄面”理论，长期以来被我国公路路面结构广泛采用，但现实中最大的障碍是反射裂缝问题。由于刚柔复合基层结构有效解决了半刚性基层开裂的玩顽疾，给我国研究非全厚式长寿命沥青路面提供了新的技术途径。
具体实施方式
下面对本发明作更进一步的说明。
一种基于沥青路面的刚柔混合基层的设计方法，其具体步骤为：
一、基料准备
基料选用单一粒径的40mm~60mm、60mm~80mm或20mm~40mm粗径石料，有利于形成骨架，且其颗粒棱角较大更利于嵌锁。可根据不同交通量选择基料粒径，重载交通优选60mm~80mm粗径石料，中等交通优选40mm~60mm粗径石料，轻交通可选用20mm~40mm粗径石料。基料采用常规的水稳摊铺机直接摊铺至底基层或老路面上。
二、填料准备
填料为常规的细集料水稳碎石，最大粒径为19mm，通过后场拌和机拌合。填料采用连续级配，含水量控制在最佳含水量，7天无侧限抗压强度大于6.0Mpa。
三、基料与填料比例确定
配合比及拌合均匀性是决定刚柔混合基层抗裂性、结构强度和稳定性的重要环节，是质量控制的关键点。如填料过多，骨料悬浮在细集料中，呈半刚特点；填料过少，骨料中空隙难以填满，容易产生网裂、下沉等病害。
为达到刚柔混合基层设计的回弹模量和抗裂效果的综合平衡，以基料在振实与堆积状态下的孔隙率来确定填料的数量，保证填料能够填满基料间的空隙并略有富余。基料与填料的体积比一般在50：50左右，施工控制误差在±5%。可通过以下5个步骤来确定基料与填料的比例：
1、确定基料的孔隙率：
试验测得基料在充实情形和松堆情形下的孔隙率。取充实情形和松堆情形下孔隙率的中间值V中，为基料的孔隙率。
2、确定每方混合料中水稳填料的体积
假定水稳填料以试验室最佳含水量和最大干密度的状态下，填充在基料的空隙中，为保证水稳填料在基料空隙间能被很好的压实，水稳填料的用量应能够填满基料间的空隙并略有富余，则：
水稳填料的体积V填= V中+ V富余
考虑到施工的变异性，V富余一般为V中的10%。
3、计算填料与基料的质量比
填料的质量 = V填 × 填料的击实最大干密度
基料质量 =（1-V填）× 基料表观密度
填料与基料的质量比 =填料质量 / 基料质量
4、确定基料和填料的摊铺厚度
首次摊铺试验段，根据基层的设计厚度、试验段摊铺宽度、长度，计算出摊铺段所需的基料以及填料的质量，按该数量在的试验段内均匀摊铺，最后实测的厚度，就是基料和填料的摊铺厚度。
5、确定填料相对于基料摊铺厚度的松铺厚度系数
根据试验段确定的基料和填料的摊铺厚度，在基层厚度、材料等变化不大的情况下，计算填料相对于基料摊铺厚度的松铺厚度系数,该系数可以作为摊铺填料时的厚度控制指标使用。
四、现场混合摊铺
填料后场拌后运输至施工现场，利用小型挖机配合人工将填料均匀摊铺在基料上，采用专用的拌合设备将其翻拌均匀，拌和从边部向中间翻拌，翻拌时纵向应重叠15－20cm，不得有遗漏处。专人现场挖坑检查翻拌的均匀性、填料在基料中填充情况、填料是否填充至结构层底，如果不符合要求需继续翻拌。尤其是纵横向接缝处，要有专人负责检查是否翻拌均匀，确保基料与填料比例符合设计要求。
五、压实、养生
每个作业面配备状况良好的22J以上的振动压路机一台，18～21T三轮压路机一台，振动压路机的碾压遍数一般在3-5遍，三轮压轮机静压不少于3遍；振动碾压时，压实遍数“宁过勿欠”。碾压结束后，即可开放交通，一般洒水养生7天。7天养生期内，如遇雨天应封闭交通。
本实施例经过道路试验，该基层结构抗压回弹模量在900MPa左右, 介于半刚性和柔性基层之间(柔性基层一般在300MPa左右, 半刚性基层在1800MPa左右。 回弹模量大, 承载能力强), 是一种刚柔相济的新型基层结构。该结构能够克服常规半刚性基层反射裂缝和柔性基层网裂、下沉等缺点，并具有足够的承载力，是一种新型刚柔混合基层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。