淺談水泥穩(wěn)定天然材料基層

1、淺談高速公路瀝青路面的全壽命設計理念與成本分析杜紅云1吳琤2(1江西省南昌市公路勘察設計院南昌330077)(2江西省公路局物資儲運總站南昌330013）摘要：高速公路瀝青路面的全壽命設計，應根據(jù)價值工程的原理，在確保瀝青路面使用性能良好的狀態(tài)下，適當增加建設成本，大幅度減少路面維修成本，延長路面使用年限，最終達到降低全壽命成本的目的。關鍵詞：道路工程；瀝青路面；全壽命設計；成本分析0前言隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國家對基礎設施建設投入了

2、大量的資源。公路事業(yè)作為基礎設施之一，現(xiàn)正以迅猛的速度發(fā)展社會對高品質、高服務性能的公路的要求日益提高，行車的安全、舒適、快捷已成為人們的基本要求。但隨著運輸交通量和大噸位車輛的急劇增大，以及復雜多變的自然條件等諸多因素的影響，而使現(xiàn)有路面結構變形和損壞相當嚴重。這樣，既影響了路面的使用性能和壽命，又給公路建設事業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟損失。為此，需對路面結構設計作進一步的科學探討。1影響路面結構性能的主要因素路面結構應堅固耐久，表面應平整、

3、抗滑和耐磨。影響路面結構使用性能的因素很多，其中主要有：1.1路基的穩(wěn)定性修筑路基，必然會改變原地層所處的狀態(tài)，破壞原地層固有的穩(wěn)定狀態(tài)，且原地層上存在著軟弱地層，風化巖層等不良地質水文地段，這就必需采取必要的排水防護和加固措施，保證路基整體結構的穩(wěn)定性，從而使路面結構具有足夠的穩(wěn)定性。1.2土基的堅實性土基位于路面結構層下，直接承受路面結構傳遞下來的荷載。如果土基過分濕軟和水溫條件差，在行車荷載作用下就會產(chǎn)生過大的沉陷變形，甚至引起翻

4、漿，產(chǎn)生彈簧路基，使路面失去堅強而均勻的支承，從而引起路面結構過早損壞。因此，土基的堅實與否將直接影響路面結構的使能。1.3交通量的大小及車輛噸位交通量的大小及車輛噸位直接影響到路面結構的設計。汽車對路面的作用，包括重力作用和動態(tài)影響。重力作用主要是通過輪胎與路面的接觸面，將其重力傳遞給路面，再由路面擴散至路基。動態(tài)影響主要指車輛對路面的振動、沖擊摩擦作用及緊急制動時產(chǎn)生巨大的水平制動力等。交通量決定了路面的重復荷載作用，路面在重復荷載

5、作用下，路面材料將出現(xiàn)疲勞破壞，變形累積等損壞現(xiàn)象，使路面結構承重能力逐步降低，使用狀況不斷惡化。我國高速公路的早期損壞，與車輛噸位特別是超載的大量存在具有直接的關系。而車輛的超載包括輪壓超載及軸載超載，輪壓超限對路面的損壞更為嚴重，所以，對瀝青路面來說僅限制軸載是不夠的。1.4路面結構組合及材料路面結構由面層、基層（上基層、下基層）、底基層（上底基層、下底基層）及墊層組成。路基路面是一個整體結構，各結構層有各自的特性和作用，并相互制約

6、和影響。結構層應組合合理，使路面結構體系既能承受行車荷載和環(huán)境因素的作用，又能充分發(fā)揮各層次的最大效能。路基路面結構的損壞，是因變形過大或應力超過材料強度而引起的，所以要做到根據(jù)結構層的受力特性合理地使用材料及其相互間的配合。1.5路面施工及養(yǎng)護施工是把設計藍圖變成現(xiàn)實形成使用價值的過程。路面的施工質量是保證路面各結構層正常使用的關鍵，而施工后的養(yǎng)護又是保證施工質量必不可少的措施。1.6自然條件公路是暴露在大自然下的帶狀工程結構物，它長

7、期經(jīng)受日曬、雨雪、酷熱、嚴寒、凍融的作用，裂、抗水損害以及防止雨水滲入基層的功能。面層分表面層、中面層和下面層，表面層主要是抗滑耐磨、密實穩(wěn)定防水、防滲的瀝青面層；中面層和下面層是承重作用層，應根據(jù)公路等級、瀝青層厚度及氣候條件等選擇適當?shù)臑r青結構層?，F(xiàn)在，我國高速公路瀝青面層的結構經(jīng)過設計計算，其基本模式為：4cm厚細粒式改性瀝青混凝土表面層6cm8cm厚中粒式改性瀝青混凝土中面層8cm10cm厚粗粒式瀝青（或改性瀝青）混凝土下面層，

8、整個面層的結構厚度保持在規(guī)范推薦的12cm18cm的上限左右。3.2.1.1面層各結構層厚度組合：瀝青路面的面層厚度經(jīng)過設計計算后，得到面層的整體厚度，在整體厚度的控制下，根據(jù)面層各層的功能、氣候條件、地質水文情況等綜合考慮面層的結構組合。我國的高速公路面層厚度較德國、英國、美國等國家的厚度薄13左右，根據(jù)現(xiàn)有的管理模式，我國的瀝面層厚度不可能在短時間內達到西方等國的水平。在現(xiàn)有的厚度下，如何合理的組合瀝青面層的結構層，使面層體系既能承

9、受行車荷載和自然因素的作用，又能充分發(fā)揮各層次的最大效能。筆者認為，根據(jù)面層各結構層的功能及整體厚度的情況，面層結構組合宜采用：4cm厚細粒式改性瀝青混凝土表面層6cm厚中粒式瀝青混凝土中面層5cm厚熱拌粗粒式瀝青碎石下面層的結構組合模式，其原因為：1、滿足面層結構層功能的要求：表面層主要功能是抗滑、耐磨、防滲、防水，并具有平整度，采用4cm厚細粒式改性瀝青混凝土作表面層（改性瀝青是指SmA改性瀝青），能顯著提高面層的抗滑能力且密實、平

10、整度好；6cm厚中粒式瀝青混凝土中面層和5cm厚熱拌粗粒式瀝青碎石下面層是面層的承重層；2、減少瀝青路面的縮裂：由于基層采用半剛性基層，易使路面產(chǎn)生低溫縮裂現(xiàn)象，采用改性瀝青混凝土作表面層及熱拌粗粒式瀝青碎石下面層可減少瀝青路面的低溫縮裂；3、熱拌粗粒式瀝青碎石即為下面層，又具有聯(lián)結層的作用，有利于瀝青路面與半剛性基層的粘結。3.2.1.2各結構層的材料要求：表面層采用細粒式改性瀝青混凝土，改性瀝青混凝土的主要優(yōu)點是：抗滑耐磨、密實耐久

11、、抗疲勞、抗車轍，減少低溫開裂，采用細粒式改性瀝青混凝土，能較好地達到表面層的使用功能。中面層采用中粒式瀝青混凝土，筆者認為沒有必要采用改性瀝青，可以采用普通瀝青，根據(jù)其使用功能主要為承重層，瀝青只是一種膠結料，它本身不能承受力，它只是把集料粘結成一個整體，集料是受力體，從經(jīng)濟上分析也不合算。瀝青混凝土的混合料采用粗集料斷級配結構，這樣，面層的抗變形、低溫縮裂性能更能得到改善。3.2.2基層主要承受由面層傳下來的行車荷載豎直力的作用，并

12、把它擴散到底基層、墊層和土基，故基層應具有足夠的強度和剛度，但可不考慮耐磨性能，起主要承重作用的層次。高速公路基層多采用半剛性水泥穩(wěn)定碎石基層，其應具有較小的收縮（溫縮及干縮）變形和較高的強度，分上、下層，厚度約40cm。3.2.3底基層設置在基層之下，并與面層、基層一起承受車輪荷載反復作用，起次要承重作用的層次，現(xiàn)高速公路底基層約為20cm厚級配碎石或水泥穩(wěn)定碎石（水泥含量3.0%）。筆者認為底基層太薄，按路面結構設計的規(guī)律，自上而下

13、，其層厚由小到大，這樣既滿足半剛性瀝青路面的受力特點，又節(jié)約造價。底基層應加大厚度，分為上底基層，保持原有的結構形式；再設置一層下底基層，其厚為40cm未篩分碎石，這樣，提高了整個路面結構的承載能力和剛性，在經(jīng)濟造價略有增大的基礎上，路面使用功能得到了較大改善，從價值工程的角度來說更加合理。3.2.4墊層設置在底基層與土基之間的結構層，起排水、隔水、防凍、防污等作用，在南方地區(qū)較少采用此層，因為在個別土基軟弱及有特別排水要求的地段，對路

14、基采用特殊處理。3.2.5層間結合瀝青路面由各個結構層組成，瀝青面層之間，瀝青面層與半剛性基層之間，層與層之間的粘結尤為重要，它可使路面各結構層之間形成連續(xù)體系，使其使用性能達到設計的要求。在瀝青面層與半剛性基層之間設置透層瀝青，瀝青面層之間設置粘層瀝青。4成本分析路面成本由路面建設成本與維修成本組成，現(xiàn)比較分析如下：4.1定量計算費用4.1.1增加5cm厚熱拌瀝青碎石的費用假設寬22m，單價為31元m2，則每公里增加造價：221000