本实用新型属于建筑技术领域，涉及一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构。
背景技术：
目前，随着我国经济建设的发展，国民经济急需大量能源及时运出能源的产地，根据最新的调查报告显示，货物运输在我国的综合运输体系中所占比例较高，已经达到了75.5％。干线公路上(如国道、省道)的货运量急剧增加，许多货运司机受经济利益的驱动，采用超载方式运营来降低运营成本。随着超载车辆比例的持续增长，货运车辆的超载率也在急剧攀升。在这些因素交叉作用下，干线公路上公路桥梁的改建、大修及新建等工程的服役耐久性问题迅速突显出来。
“强基薄面”的路面结构已经成为我国所铺筑沥青路面的主要路面结构，在这些路面结构中基层大多都是半刚性基层。采用“强基薄面”的半刚性基层沥青路面由于其具有足够的刚度和厚度，所以对于路面面层传递的荷载具有较好的承载效果。与此同时，半刚性基层自身也存在着一些难以克服的缺点。干缩和温缩对于半刚性基层来说是一个比较难以解决的问题，其容易导致路面反射裂缝的出现，继而路面的使用寿命就要普遍缩短。基层反射裂缝问题存在于我国已经铺筑的大多数半刚性基层路面中，造成了我国大量公路的早期损害，致使一些新修建的公路通车使用2～3年就产生较大面积的破坏，从而严重影响了路面的使用性能，造成大量的经济损失，这与我国大多数公路的设计年限15年极不相符。
对于水泥稳定碎石混合料基层来说，由于半刚性基层材料脆性大而韧性低，在交通荷载反复作用之后极易发生疲劳破坏，对于沥青面层来说，在大刚度基层的作用下，较大的剪应力容易产生在沥青面层，继而导致路面产生车辙，降低路面的使用性能。
国内许多专家学者通过对半刚性基层反射裂缝的研究，提出了一些方法来进行改善，其中包括调整级配、掺加膨胀剂与土工布，这些方法对于减少半刚性基层开裂产生了一定的作用，但也有其局限性。
专利ZL201420517807.8公开了一种特重超载情况下使用的加强型柔性路面结构，包括底基层，及依次往上铺设的基层、下面层、中面层和上面层，所述下面层、中面层和上面层为沥青层，所述底基层为碎石层，所述基层为水泥稳定碎石层，还包括铺设在底基层和基层之间的抗疲劳层，所述抗疲劳层为橡胶改性沥青AC-10层，所述下面层为密集配沥青混合料AC-25层，所述中面层为密集配沥青混合料AC-20层，所述底基层为级配碎石层，所述基层为密集配沥青稳定碎石ATB-25层，所述上面层为沥青玛蹄脂碎石混料SMA-13层。该实用新型在中面层、下面层采用高模量沥青混凝土，减少特重超载情况下出现的车辙问题，在抗疲劳层采用废旧橡胶粉改性沥青，提高柔性路面的抗疲劳性能。该专利的基层为密集配沥青稳定碎石ATB-25层，相对于水泥稳定碎石混合料基层来说成本比较贵，大规模使用前期投资大，实用性较差。该专利抗疲劳层为橡胶改性沥青AC-10层，相对于橡胶粉改性水泥稳定碎石基层来说，也存在成本贵的问题，且其加工操作及铺设工序要求相对要高，不符合加工使用简便性和高效性的原则。
因此，需要一种更耐用、能够承受更大载荷的路面结构。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构及其拟定方法，能够适合特重交通下。
本实用新型提供了如下的技术方案：
一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构，包括沥青混凝土路面面层，水泥稳定碎石混合料基层，以及级配碎石底基层，还含有橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层，橡胶粉水泥稳定碎石混合料基层的厚度取值为20-22cm，橡胶粉水泥稳定碎石混合料基层的模量取值为800-1000MPa，所述水泥稳定碎石混合料基层的厚度取值为18-20cm，水泥稳定碎石混合料基层的模量取值为1300-2000MPa，沥青混凝土路面面层厚度取值为12-25cm。
在上述方案中优选的是，所述沥青混凝土路面面层包括上、中、下面层。
在上述任一方案中优选的是，所述沥青混凝土路面上面层为细粒式沥青混合料SMA-13层，厚度为6cm。
在上述任一方案中优选的是，所述沥青混凝土路面中面层为中粒式沥青混合料AC-16层，厚度为8cm。
在上述任一方案中优选的是，所述沥青混凝土路面下面层为粗粒式沥青路面混合料AC-30层，厚度为10cm。
在上述任一方案中优选的是，所述水泥稳定碎石混合料基层的厚度为20cm，所述橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层厚度为20cm。
在上述任一方案中优选的是，水泥稳定碎石混合料基层的模量取2000MPa，所述橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层的模量取1000MPa。
在上述任一方案中优选的是，所述级配碎石底基层的厚度为20cm。
本实用新型各层的厚度和模量取值，均为了在满足规范的基本要求下，尽可能减小各层厚度，节省工程成本。
本实用新型还提供一种上述的橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构的拟定方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：选用水泥剂量6.0％、橡胶粉粒径180μm、橡胶粉添加量1.0％的匹配关系制作橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料，混合料中集料最大粒径为26.5mm，一共有12个粒径，分别为26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm，采用的水泥稳定碎石混合料级配为规范中值级配；
步骤二：拟定两种路面结构，拟定两种路面结构，路面结构一中包含橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层和水泥稳定碎石混合料基层，路面结构二中只包含水泥稳定碎石混合料。
步骤三：计算两种路面结构在其下层水泥稳定碎石混合料基层取不同模量时各结构层的层底应力与设计弯沉值，根据计算结果分析其变化规律，确定水泥稳定碎石混合料的最佳抗压回弹模量；
步骤四：计算路面结构一中水泥稳定碎石混合料基层在取不同厚度组合条件时各结构层的层底应力和设计弯沉值，根据计算结果分析其变化规律，确定水泥稳定碎石混合料基层的最佳厚度组合；
步骤五：综合分析后选取水泥稳定碎石混合料基层的最佳抗压回弹模量和厚度组合，拟定一种适合特重交通下的橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构。
本实用新型在水泥稳定碎石混合料中加入橡胶粉，制得改性橡胶粉水泥稳定碎石混合料基层。然后通过选择水泥稳定碎石混合料基层的合适厚度以及抗压回弹模量，拟定一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构。本实用新型的橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构性能优异、制备简单，对提高路面各结构层的抗变形能力起到很好的改善作用，对于延缓重载交通下的路面反射裂缝的出现，延长路面的使用寿命具有重要的社会效益和经济效益。
在上述方案中优选的是，步骤二中，所述路面结构一中所述橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层置于沥青混凝土路面面层的下面层之下。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述路面结构一中橡胶粉改性稳定碎石混合料基层和水泥稳定碎石混合料基层厚度之和等于结构二中水泥稳定碎石混合料基层的厚度。
在上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述路面结构一中水泥稳定碎石混合料基层的厚度固定为20cm。
在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述两种路面结构其下层水泥稳定碎石混合料基层指的是，路面结构一为水泥稳定碎石混合料基层，路面结构二为总的水泥稳定碎石混合料基层除去与路面结构一中橡胶粉改性水泥稳定碎石基层相对应的等厚度部分后的下层水泥稳定碎石混合料基层，其厚度也为20cm。
在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述水泥稳定碎石混合料基层的抗压回弹模量为1300MPa～4200MPa。
在上述任一方案中优选的是，步骤四中，所述路面结构一中所述水泥稳定碎石混合料基层的模量固定为1500MPa。
在上述任一方案中优选的是，步骤四中，所述路面结构一中的基层总厚度为40cm，橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料厚度与水泥稳定碎石混合料厚度组合依次为10cm与30cm、15cm与25cm、20cm与20cm、25cm与15cm、30cm与10cm。
在上述任一方案中优选的是，步骤三和步骤四中，采用公路路面设计程序系统(HPDS2011)计算各结构层的层底应力和设计弯沉值。
本实用新型一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构，对于延缓重载交通下的路面反射裂缝的出现，延长路面的使用寿命具有积极的社会经济意义。本实用新型一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构拟定方法，通过选择水泥稳定碎石混合料基层的合适厚度以及抗压回弹模量，拟定出一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构，其拟定试验过程均满足规范要求，方法简单实用。
附图说明
图1为本实用新型一种橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构及其拟定方法一优选实施例中橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构示意图；
图2为图1所示实施例中路面结构模型一示意图；
图3为图1所示实施例中路面结构模型二示意图；
图4为图1所示实施例中路面结构模型一的水稳层基层模量与各结构层层底应力的关系；
图5为图1所示实施例中路面结构模型二的水稳层基层模量与各结构层层底应力的关系；
图6为图1所示实施例中结构模型一中水稳层基层模量与各结构层弯沉的关系；
图7为图1所示实施例中结构模型二中水稳层基层模量与各结构层弯沉的关系；
图8为图1所示实施例中结构模型一中水稳层基层厚度与各结构层层底应力的关系；
图9为图1所示实施例中结构模型一中水稳层基层厚度与各结构层层底弯沉的关系。
具体实施方式
为了进一步了解本实用新型的技术特征，下面结合具体实施例对本实用新型进行详细地阐述。实施例只对本实用新型具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本实用新型的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本实用新型的保护范围。
实施例1：
按照本实用新型的橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构的一实施例，包括沥青混凝土路面面层，橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层，水泥稳定碎石混合料基层，级配碎石底基层以及土基。所述橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构中水泥稳定碎石混合料基层厚度为20cm，抗压回弹模量取2000MPa。橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层厚度为20cm，抗压回弹模量取1000MPa。
所述沥青混凝土路面面层包括上面层、中面层、下面层，厚度分别为6、8、10cm。上面层为细粒式沥青路面上面层(本实施例中为细粒式沥青混合料SMA-13层)，中面层为中粒式沥青路面上面层(本实施例中为中粒式沥青混合料AC-16层)，下面层为粗粒式沥青路面上面层(本实施例中为粗粒式沥青路面混合料AC-30层)。底基层的厚度为20cm。如图1所示，其中1为上面层；2为中面层；3为下面层；4为橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层；5为水泥稳定碎石混合料基层；6为底基层。
本实施例的橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构性能优异、制备简单，对提高路面各结构层的抗变形能力起到很好的改善作用，对于延缓重载交通下的路面反射裂缝的出现，延长路面的使用寿命具有重要的社会效益和经济效益。
本实施例的橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构的拟定方法，其按照先后顺序包括以下步骤：
步骤一：选用水泥剂量6.0％、橡胶粉粒径180μm、橡胶粉添加量1.0％的匹配关系制作橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料；
步骤二：拟定两种路面结构，路面结构一基层中包含橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层，路面结构二为普通水泥稳定碎石混合料基层；
步骤三：计算两种路面结构在水泥稳定碎石混合料基层取不同模量时各结构层的层底的应力与设计弯沉值，根据其变化规律，确定水泥稳定碎石混合料的最佳抗压回弹模量；
步骤四：计算路面结构一中水泥稳定碎石混合料基层在取不同厚度组合条件时各结构层的层底应力和设计弯沉值，根据其变化规律，确定水泥稳定碎石混合料基层的最佳厚度组合；
步骤五：综合分析后选取水泥稳定碎石混合料基层的最佳抗压回弹模量和厚度组合，拟定一种适合特重交通下的橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构。
所述步骤二中，两种路面结构模型具体参数如表1和2所示，示意图如图2和图3所示，重点对比橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层对路面结构弯沉和各结构层层底应力的改善情况。
由于橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层的静态抗压回弹模量比较接近于沥青路面下面层的抗压回弹模量，所以把橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层置于沥青路面下面层之下，用来缓冲沥青面层与水泥稳定碎石混合料基层模量差异过大的问题，减小拉应力，起到承上启下的过渡作用。
表1路面结构模型一
表2路面结构模型二
所述步骤三和步骤四中，采用公路路面设计程序系统(HPDS2011)计算各结构层层底应力与设计弯沉值。
所述步骤三中，由于我国现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中规定的水泥稳定碎石混合料基层的静态抗压回弹模量变化范围比较大(1300MPa～4200MPa)，为了能够准确分析水泥稳定碎石混合料基层模量变化对各个结构层层底应力的影响情况，将水泥稳定碎石混合料基层的厚度固定为20cm，从而探讨其模量变化对路面结构受力状态的影响。计算结果见图4～图7。其中各结构层层底应力，当其为正值时表现为受拉状态，当其为负值时，表现为受压状态。
图4～图5分别为水泥稳定碎石混合料基层不同模量对结构模型一和结构模型二各结构层层底应力的影响。从图中可以看出：
1)路面结构模型一中，水泥稳定碎石混合料基层模量的增加，对沥青路面中面层和下面层的层底拉应力影响不明显，具体表现为缓慢减小。但是对水泥稳定碎石混合料基层的层底拉应力影响比较大，拉应力呈线性关系持续增长。橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层层底应力在水泥稳定碎石混合料基层模量为1300MPa附近时为0，大于1300MPa时表现为受压状态。
2)结构模型二中，水泥稳定碎石混合料基层模量的增加造成沥青路面上、中、下面层的层底应力逐渐减小，但减小幅度不明显，而对水泥稳定碎石混合料基层的层底应力影响较大，表现为大幅度增长。
3)综合结构模型一和结构模型二，加入橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层后，路面各结构层的层底应力普遍减小，且结构层层底应力在橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层的影响下，由沥青路面下面层的拉应力变为橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层的压应力，较好地缓解了因模量差异过大而导致水泥稳定碎石混合料基层层底拉应力增长过大的问题。
图6～图7分别为水泥稳定碎石混合料基层不同模量对结构模型一和结构模型二各结构层弯沉的影响。从图中可以看出；
1)在结构模型一中，随着水泥稳定碎石混合料基层模量的增加，各结构层弯沉值呈现下降的趋势，其中水泥稳定碎石混合料基层弯沉的下降幅度最大。
2)对比结构模型一和结构模型二中各结构层的弯沉可以看出，加入橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层后，各结构层弯沉明显减小。当水泥稳定碎石混合料基层模量为1300MPa时，结构模型二中水泥稳定碎石混合料基层的弯沉是结构模型一中水泥稳定碎石混合料基层弯沉的2.1倍。说明橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层能够对各结构层的弯沉起到很好的改善作用。
所述步骤四中，在探讨水泥稳定碎石混合料基层厚度对结构模型一的影响时，选用基层总厚度为40cm，为橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层厚度与水泥稳定碎石混合料基层厚度的总和。橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料厚度与水泥稳定碎石混合料厚度组合依次为10cm与30cm、15cm与25cm、20cm与20cm、25cm与15cm、30cm与10cm。其中水泥稳定碎石混合料基层的模量固定为1500MPa。并分别带入结构模型一中计算。图8～图9分别为结构模型一中水泥稳定碎石混合料基层不同厚度组合条件下对各结构层层底应力和弯沉的影响结果。从图8～图9中可以看出：
1)随着水泥稳定碎石混合料基层厚度的增加，各结构层层底应力均相应减小，但减小幅度不明显。橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层在水泥稳定碎石混合料基层厚度为18cm时，层底应力由拉应力转为压应力。说明水泥稳定碎石混合料基层厚度对各结构层层底应力的影响较小。
2)随着水泥稳定碎石混合料基层厚度的增加，各结构层的层底弯沉都在减小。除了水泥稳定碎石混合料基层的弯沉减小幅度偏大外，其他各结构层的弯沉变化都不明显。说明水泥稳定碎石混合料基层厚度对各结构层(沥青路面上、中、下面层以及橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层)的弯沉影响较小，对水泥稳定碎石混合料基层的弯沉影响较大。
所述步骤五中，综合以上的分析可知，水泥稳定碎石混合料基层的模量和厚度对各结构层的层底应力和层底弯沉都有不同程度的影响。现提出两种路面结构组合模型，根据计算结果，确定满足设计弯沉值的路面结构类型，提出特重交通橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层的典型路面结构。
根据水泥稳定碎石基层模量和厚度对结构模型一和结构模型二的各结构层的应力与弯沉的影响情况，拟定结构模型Ⅰ作为橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层的路面结构，结构模型Ⅰ见表3。
表3路面结构模型Ⅰ
结构模型Ⅰ的各结构层层底应力与弯沉计算结果见表4。
表4路面结构模型Ⅰ各结构层弯沉与层底应力
拟定结构模型Ⅱ作为橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层的路面结构，结构模型见表5。
表5路面结构模型Ⅱ
结构模型Ⅱ的各结构层层低应力与弯沉计算结果见表6。
表6路面结构模型Ⅱ各结构层弯沉与层底应力
根据我国现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)的规定计算出的该路面的最大允许弯沉值为17.93(0.01mm)。结构模型Ⅰ中沥青面层最大弯沉值达到了19.2(0.01mm)，而结构模型Ⅱ中沥青面层最大弯沉值则为17.7(0.01mm)。综合水泥稳定碎石混合料基层模量和厚度对各结构层弯沉和应力的影响情况可知，适当提高橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料和水泥稳定碎石混合料的模量可以减小路面的弯沉值。
通过模拟两种不同路面结构模型(一种有橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层，一种没有)，并对其路面结构进行力学计算，找出了掺加橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层之后，在满足改建道路设计弯沉值的要求时水泥稳定碎石基层合适的厚度和模量。
1)橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层层底应力在水泥稳定碎石混合料基层模量为1300MPa附近时为0，大于1300MPa时为受压状态，表现出良好的路用性能。水泥稳定碎石混合料基层模量取1300-2000MPa时比较合适，这里选择2000MPa。
3)随着水泥稳定碎石混合料厚度的增加，结构模型一和结构模型二的各结构层层底应力和弯沉均呈现不同程度的减小，但是对水泥稳定碎石混合料基层的层底应力和弯沉影响最显著。橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层在水泥稳定碎石混合料基层厚度为18cm时，层底应力由拉应力转为压应力。水泥稳定碎石混合料的基层厚度取18-20cm时比较合适。这里选择20cm。
2)综合结构模型一和结构模型二，当水泥稳定碎石混合料基层的模量为1300MPa时，结构模型二中水泥稳定碎石混合料基层弯沉是结构模型一中水泥稳定碎石混合料基层弯沉的2.1倍。说明橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层能够对各结构层的抗变形能力起到很好的改善作用。
4)路面结构模型Ⅱ与路面结构Ⅰ相比，其弯沉值更能满足设计路面的弯沉设计要求。这里选择结构Ⅱ。
综上所述，橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构Ⅱ的性能均能满足公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中的相关标准，且橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层能够对各结构层的抗变形能力起到很好的改善作用，对于延缓重载交通下的路面反射裂缝的出现，延长路面的使用寿命具有具有重要的社会效益和经济效益。
本领域技术人员不难理解，本实用新型的橡胶粉改性水泥稳定碎石混合料基层路面结构及其拟定方法包括上述本实用新型说明书的实用新型内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。