JTGD50-公路沥青路面设计规范.doc

JTGD50-公路沥青路面设计规范612020年5月29日文档仅供参考JTGD 50 条 文 说 明 9月16日1 总 则1.0.1 由于国民经济发展,带来交通量激增和重载车增多,对路面设计和施工是一个挑战。为提高路面设计水平和工程质量,减少早期损害,总结工程实践的经验教训,吸纳新的科研成果,有必要对原规范进行修订。1.0.3 路面设计工作是一个系统工程,它不是单纯地厚度计算。因原材料性质决定沥青混合料或各种基层混合料的物理力学特性,各种混合料的性质决定了各结构层的路用性能,因此,材料直接影响路面质量与耐久性。各结构层的组合与当地的气候、交通量与交通组成密切相关,合理的结构组合,使路面获得经济、耐久效果。厚度计算与材料设计参数取值直接相关,没有实测材料参数厚度计算缺乏依据。若缺原材料调查,无合理材料单价,可导致变更设计,突破投资。故设计人员应重视材料调查,选用符合技术要求,经济合理材料,防止简单地套用路面结构,把设计变成是厚度计算。设计工作包括以下具体内容:1 调查与收集有关交通量及其组成资料,积极开展轴载谱分布的调查、测试工作;2 收集当地气候、水文资料,了解沿线地质、路基填挖及干湿状况,经过试验或论证确定路基回弹模量;3 设计人员应认真做好路用各种材料的调查,并取样试验,根据试验结果选定路面各结构层所需的材料;4 施工图设计阶段应进行混合料的目标配合比设计,并测试、确定材料设计参数;5 拟定路面结构组合,采用专用程序计算厚度;6 对路面结构方案进行概算、技术经济比较,进行初期投资或长期成本寿命分析,提出推荐的设计方案。可是当前中国尚未建立初期投资、营运中的维修、养护费用等全过程的技术经济预估模型,希望有条件的设计、科研单位开展这方面的工作,积累资料。7 认真做好路面排水、路面结构内部排水和中央分隔带排水系统设计,使路面排水通畅,路面结构内部无积水滞留。1.0.4 该条文仅增加了路面设计应符合国家环境保护的有关规定,设计中应注意废弃料的处理,不能污染环境。鼓励积极开展旧沥青面层、破碎水泥混凝土板和旧基层材料的再生利用,节约资源,保护环境。1.0.5 分期修建的方案,由设计单位根据实际情况决定。1.0.6 新条文强调了设计目的不但确定路面结构厚度,还应为行车提供快捷、舒适、安全、稳定、耐久的服务功能。现行弹性层状理论设计方法和设计指标,主要是考虑在车辆荷载的重复作用下,使路面具有相应的整体刚度(即承载能力),以及抵抗各结构层因拉应力或拉应变而产生的疲劳破坏。对于当前出现的水损害、车辙、推移、拥包等病害,用弹性层状理论尚难以得出符合实际的设计结果,故需经过沥青混合料的性能设计,合理的结构组合等因素间接地控制。沥青混合料的高温、低温、疲劳、水稳性等性能的各影响因素,有的是相互矛盾的,因此在沥青混合料设计时,应结合各地的环境条件,抓住主要矛盾,综合、全面地考虑各种性能的平衡进行设计。2 术语及符号2.1 术 语2.1.12.1.8 近年来,由于交通事业发展而出现了路面结构类型多样化的趋势,有必要明确各种沥青路面结构的定义,以避免路面结构概念称呼的混乱,更有针对性地开展研究工作。因此,将基层分为三种:半刚性、柔性、刚性基层。沥青路面分为半刚性基层沥青路面,柔性路面,贫混凝土路面,混合式基层路面。2.1.162.1.17 原规范未明确最大粒径和公称最大粒径的定义,新规范加以明确。级配的粒径以公称最大粒径命名,如AC-13其公称最大粒径为13mm,最大粒径为16mm。最大粒径是指混合料中筛孔经过率为100%的最小筛孔尺寸。公称最大粒径是指混合料中筛孔经过率为90100%的最小筛孔尺寸。2.1.24 在路面结构或混合料的设计应考虑其最不利状态。在厚度计算时应考虑路面材料、路基的回弹模量在一年的季节变化中处于强度最低的状态为最不利。对路基而言,冰冻地区系指春季冻融时期,非冰冻地区系指雨季,因各地的雨季不同,不利季节也不同,有的地区是梅雨季节最不利,有的地区是雨量大或雨期长的季节是最不利季节。对沥青混合料设计而言,对无冰冻地区以夏季高温状态为最不利季节;对冰冻地区以冬季低温状态为最不利季节。3 一般规定3.1 交通量3.1.1 根据研究报告,国外资料表明”世界上采用100KN为标准轴载的国家最多,占34%;以80KN为标准轴载的国家次之,占28%;标准轴载大于100KN的国家占26%;标准轴载为60KN或90KN的国家各占6%。”由于中国采取加强行政管理措施,限制超载,仍以双轮组单轴100KN为标准轴载。特殊运煤、运建筑材料等重载车为主的公路,据调查重载、超载车多的公路,其轮胎接地压强可达0.81.1Mpa,相应的接地面积也有一定增加。因此,设计人员应根据实测的轮胎压力、当量圆直径资料,经论证适当提高荷载参数进行计算。3.1.2 以弯沉值为设计指标时的轴载换算公式,原规范限定在双轮组单轴重为130KN之内使用,据研究报告,从理论计算和实际检测的结果,再次确认路面弯沉比与荷载比的b次方成正比关系,并根据ALF加速加载试验,湖北襄樊试验路,津围公路,以及用落锤式弯沉仪FWD在郑洛高速公路、八达岭高速公路的试验分析结果,当路面弯沉在2040(0.01mm) 内,b值平均为0.93,原规范b值平均为0.87,前者比后者大6%,考虑柔性结构的弯沉值比半刚性基层大些, b值应小些,因此,轴载公式可不改变。根据研究报告,实测轴重达200KN,计算分析轴重达250KN,故将轴重适用范围可扩大至200KN。沥青面层以拉应力为设计指标时,b值取0.87,指数方为3.95,b值取0.93,指数方为4.22,法国柔性路面用5次方,Al美国沥青协会采用4次方计算,英国采用4次方计算,澳大利亚采用5次方,日本采用4次方,因此,我们推荐与弯沉等效相同用4.35次方。当以半刚性基层层底拉应力为设计指标时, 轴载系数公式未变,仍以8次方计算。关于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时,如何进行轴载换算?用拉应力等效模式的轴载换算公式,对贫混凝土基层疲劳方程做的工作不多,从长安大学的研究结果得知,贫混凝土的疲劳方程如下式推导,轴载换算为12.79次方。Ks=s/r=0.513Ne0.0677根据国外资料可知,法国为12次方,澳大利亚对稳定类的指数也为12次方,因此本规范建议贫砼基层采用指数为12次方计算。3.1.3 路面设计年限是指路面完工开始营运起,在正常养护和维修、罩面的条件下至路面服务性能下降到需大修时的时间,原规范一般规定为6 。但与国外相比,中国规定的设计年限较短。根据国外资料,路面设计中有设计年限和分析年限之分,设计年限的概念与中国相同,分析年限是用于进行长期性能、寿命评价用。如美国AASHTO设计法,分析年限对交通量大的城市道路为3050年,交通量大的郊区道路为2050年;对交通量小的城市道路为1525年,交通量小的砂砾路面为1020年。设计年限一般为1020年。英国、法国、德国、南非设计年限一般为20年。澳大利亚设计年限为2040年,加铺罩面为1020年。日本的设计年限,从疲劳开裂出发为20年,可是,管理者可根据交通情况、环境、路面寿命成本效益,可用稍长或稍短的设计年限。因此,新规范在原有基础上对特殊情况可适当延长设计年限。对改、扩工程,因公路等级和工程规模不同,由各省市根据具体情况,确定设计年限。3.1.4 新建公路根据提供的交通量OD调查资料,可得到多年各种汽车交通量(自然车辆数)构成,即小客车、小型货车、大客车、中型货车、大型货车、拖挂车等各种车型组成的比例,以及预估第一年或设计年末的日平均汽车交通量。设计时应对各种车型的轴重分布情况进行调查,可不考虑小客车,小货车,中客车,主要调查大客车,中货车、大型货车,拖挂车等的数量与轴重分布情况,并应根据交通载重的实际情况,计入空载、满载、超载等因素,更真实地预估设计交通量。对改建工程可根据有代表性的月、日、时的实测轴载谱,或调查的各类型车的轴载分布资料,可将单轴大于或等于25KN的各种车辆分别按轴重每10KN分级排列,按本节规定计算前、后轴的轴重换算系数i,并考虑轮组系数C1和轴数系数C2影响。3.1.8 增加交通量等级的原因:1 路面厚度计算中采用设计年限内一个车道累计当量标准轴次Ne作为依据,可是,累计当量标准轴次它不能完全反映车辆荷载对路面产生车辙、平整度、耐磨抗滑等性能指标的直接作用,则难以用累计当量标准轴次建立直接相关性。2 在材料与混合料的设计、结构设计等方面,一般均考虑公路等级的关联,但从有关调查资料分析可知,同一公路等级的交通量及组成却大不相同。这样造成对交通量小的高速公路的技术要求过高,而对交通量很大的二级公路的技术要求却偏低,因此,有必要根据国内交通的实际情况,在考虑公路等级的同时,也考虑交通量等级。3 国外交通量的分级,多采用日平均货车或大型车分级,如澳大利亚、法国、德国、日本等,也有用累计当量轴次(万次)进行交通量分级,如美国沥青协会AI、南非等,一般分为四至七级或更多。中国过去多以累计当量轴次(万次)表征交通量的大小,鉴于考虑多种性能指标,以及对材料、混合料的设计、结构设计等方面技术要求,有必要增加以汽车为主的划分交通量等级方法。根据国家干线公路交通调查资料划分等级为七级,经综合分析,考虑中国汽车交通量构成比例、国道交通量和高速公路上(中型标准车)的分级,将中国交通量划分为五级,分为特轻、轻、中、重、特重交通等级。因中国地域大、东西南北地域的经济发展极不平衡,交通量分布相差也很大,因此划为五级是合理的。3.2 对路用材料的技术要求3.2.1 沥青标号和沥青技术指标的选择与工程所在地的气候密切相关。一般情况下宜按公路沥青路面施工技术规范选择划分气候区、选择沥青标号。由于最热月份每天最高气温的平均值表征的气温低于最热月份连续七天的最高气温平均值,而车辙最容易在最热的几天发生。因此,有的地区在选择沥青标号和沥青技术指标时,参考了美国Superpave的PG分级方法,用历年最高月气温中连续七天高温的平均值和98%保证率,并考虑气温与路面温度的相关关系,计算路面最高温度,以此选择沥青高温技术指标。同时以历年极限最低气温选择低温技术指标。该方法己在部分省中使用。附录B提供部分地区1960年至 累计的气象资料整理,供使用。当连续七天高温的平均值小于30的地区可视为凉区;当平均值为3035的地区为温区;当平均值大于35的地区为热区。各地可根据气温资料,建立与路面下2cm深处的温度与当地的气候、地理参数等建立相关关系,预估路面最高温度。气候区划为热区,对夏季持续高温较长,或重载车较多的高速公路,可选用稠度高、60粘度大的沥青;对气候区划为凉区,宜选用稠度较低、低温延度较大的沥青。当沥青层为二至三层或沥青层较厚时,表面层宜考虑选用高温、低温性能均较好,并耐老化的沥青;对中面层、下面层宜选用高温抗车辙、热稳性好的沥青,或选用稠度高一级的沥青。3.2.4 改性沥青是根据对沥青路面的使用要求,在基质沥青中掺入一定数量的高分子聚合物、天然沥青或其它的改性剂,经加工制作使其某些性能有所改进或提高的结合料。选择改性剂应根据使用要求考虑以下因素,并结合当地的实践经验和投资条件综合确定。1 为提高高温抗车辙能力,宜使用热塑性橡胶类、热塑性树脂类或其它化学、物理改性剂及天然湖沥青等。热塑性橡胶类改性剂最广泛运用的是苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物(简称SBS)改性剂。热塑性树脂类改性剂己有实践经验的乙稀醋酸乙烯脂聚合物(简称EVA),聚乙烯(简称PE)等。天然沥青有天然湖沥青(如特立尼达湖沥青),页岩沥青等。 2 为提高低温抗裂能力,宜使用热塑性橡胶类或橡胶类,及其它化学改性剂。橡胶类改性剂使用较多的是丁苯橡胶(简称SBR)乳液,以及废旧橡胶粉等。3 当交通繁重或气候条件严酷,可采用两种改性剂进行改性,以综合改进路用性能。4当采用新品种的改性剂时,宜参考国内外有关技术标准或规范,经实践验证是合理的。5 改性沥青品种较多,同一改性剂获得的改性沥青其质量也有差异,应加强试验检测工作,严格控制改性沥青的质量。3.2.7 路面的横向力系数与沥青混合料的石料品质,构造深度与集料的级配密切相关。设计人员应认真调查沥青表面层用粗集料,选择强度较高、磨光值大、耐磨耗、符合石料磨光值PSV要求的石料。常见的石料有玄武岩、安山岩、片麻岩、辉绿岩,砂岩, 花岗岩,闪长岩, 硅质石灰岩以及经轧制破碎的砾石等。沥青表面层用粗集料除应满足3.2.7条有关石料磨光值的要求外,为提高混合料的水稳性,在年平均降雨量大于500mm的地区,高速公路和一级公路抗滑表面层所用的细集料,可掺入一定量的石灰岩石屑或其它磨光值较小的石屑;二级公路和三级公路表面层所用的粗集料,可掺入一定量的石灰岩碎石或其它磨光值较小的碎石。在年平均降雨量小于500mm的地区,表面层的粗、细集料均可掺入一定比例的石灰岩或其它磨光值较小的碎石或石屑。3.2.8 当粗集料与沥青的粘附性达不到要求时,应进行试验确定掺入消石灰或水泥剂量,因各地的石质不同,不宜照搬。一般在沥青混合料中掺入总质量为1.52%的消石灰或掺入总质量为23%的水泥代替矿粉,使沥青混合料达到本规范第7章中有关水稳性指标的要求;若仍不能满足水稳定性的要求时,可在沥青中采取掺入耐高温、耐水性持久的抗剥落剂或采用改性沥青等措施,以提高其粘附性,防止沥青与石料间剥离。4 结构层与组合设计4.1 结构层设计4.1.2 原规范将沥青混凝土路面都称为高级路面,表面处治为次高级路面,泥结碎石、级配碎砾石等为过渡式路面,砂石路面为低级路面。由于沥青混凝土适用于各级公路,但仅因不同公路等级的沥青层厚度不同。若三级公路铺筑3050mm沥青混凝土也称高级路面显然是不妥的。因此,本规范修改了沿用四十年的路面等级划分方法。4.1.3 沥青路面结构层最小厚度有一些调整,主要是考虑沥青层的厚度与沥青混合料的公称最大粒径相适应,并结合实践经验提出表4.1.3,以便于辗压密实,提高其耐久性、水稳性,防止水损害。最小厚度是从施工角度考虑能够施工的最小厚度限制,但并不是适宜的铺装厚度,设计各结构层时宜考虑适宜厚度。4.1.5 对半刚性材料基层,由于发现有的设计单位将一层厚度设计为2527cm,施工单位则将一层分为12+13、15+12或13+14两层施工的情况,使半刚性材料结构层小于最小厚度,在重载车的作用下,薄半刚性基层易产生过大拉应力而出现开裂,因此,该条强调在设计时应避免设置过厚或过薄的基层或底基层。基层、底基层的一层摊铺辗压厚度宜为1820cm,若有特重型的压实设备可适当增厚。4.2 结构组合设计4.2.1 随着公路事业发展,沥青路面结构由单一的半刚性基层沥青路面,向多样化发展。近十几年来,中国广泛采用半刚性基层沥青路面,因该结构整体性好、强度较高,具有一定刚度,公路的承载能力普遍比过去提高了,正因为采用了半刚性基层沥青路面结构,中国的公路基本满足了近十年公路交通运输的飞速发展,适应了国民经济发展的需要,过去公路上的网裂、龟裂,特别是翻浆、沉陷、鼓包等严重破坏现象大为减少。可是,它存在着如低温开裂,抗冲刷能力不足,层间结合不良等问题,为此,一方面改进现有半刚性基层存在的问题,另一方面改进和增加新路面结构类型。1 半刚性基层沥青路面中国常见的典型结构,适合各级公路选用,是在半刚性基层上一般铺筑小于180mm以下的沥青混合料或粒料的结构。半刚性基层是它的主要承重层,该结构当层间为连续状态时的沥青层底多数为压应力,设计时主要考虑半刚性基层的拉应力。2 柔性路面是没有无机结合料稳定层的路面结构,故它具有较大的塑性变形,路基强度大小直接影响柔性路面结构承载能力,要求沥青层较厚,初期投入成本高,柔性路面用于重型、特重交通的公路中国尚缺乏实践经验,应认真对待,逐步累积经验。全厚式沥青混凝土在处治或未处治过的路基上,路面结构全部用沥青混合料铺筑,一般沥青层达400500mm以上,属柔性路面范畴之内。它主要用于繁重交通或当标高受到限制的街区道路特殊路段。这类结构因沥青层较厚,路面维修可不翻修、基层、底基层而只修面层,国外专家认为它具有较长寿命。3 刚性基层在工程实践中有的运输煤、矿石、建筑材料等的公路,为满足重载交通的需要采用了贫混凝土、混凝土等刚性基层;在改建工程中对个别强度很差的路段,为了减少开挖深度时也采用了贫混凝土基层。为适应生产需要,在总结现有试验成果与经验的基础上,增加了该结构内容。由于该类结构的运用还仅是开始,尚需不断累积新经验。4 混合式沥青路面在半刚性基层上设有厚度小于300mm以下的沥青混合料或粒料等柔性基层,它与其下的半刚性材料层组合构成承重层。由于在半刚性材料层上设计了较厚的柔性材料层,使半刚性材料层位下放,以至成为底基层。因此,设计时可视交通量、柔性材料层厚度,可适当降低半刚性材料要求,减少水泥用量,减少低温裂缝。同时沥青层增厚或设置级配碎石过渡层,也具有减缓动水压力和反射裂缝的作用。混合式结构实质上可属于半刚性基层沥青路面,它们仅是在半刚性基层铺筑柔性材料层的厚度不同,前者薄后者厚而己,但后者的使用性能界于半刚性基层沥青路面与柔性路面之间,取两者之长,避两者之短。另外,对特重交通,有的国家采用连续配筋混凝土或水泥混凝土上加厚度小于90160mm薄层高品质改性沥青混凝土结构,实践证明具有很高的承载能力,且车辙较小。可是,从中国当前工程质量、施工水平、管理水平、以及经济条件考虑,从中国是一个缺乏沥青资源的国家出发,对某些公路适当增厚沥青层是需要的,但柔性结构、全厚式沥青混凝土距国情差距较大。路面结构类型选择主要是根据中国的实际情况,当前仍应以半刚性基层沥青路面结构为主,混合式沥青路面己在多省的公路上采用,取得了较好效果。柔性路面结构开始试验研究中。中国地域广阔、气候、材料、水文条件以及经济发达程度、交通量和组成情况差异很大,规范难以概括所有情况,因此,希望各省市应根据本地的气候、材料、路基、交通情况提出适合当地条件的路面推荐结构。4.2.3 根据理论分析可知,路面结构厚度与层间模量比有密切关系,故提出适当控制层间模量比的要求。沥青层的回弹模量一般小于半刚性基层材料和贫混凝土基层材料的回弹模量,从理论分析,若沥青层与半刚性基层材料和贫混凝土基层材料之间是连续体系时,沥青层多数处于受压状态,而不出现拉应力,只有半刚性基层材料和贫混凝土基层自身层底受拉应力,上下层间模量比越小,下层拉应力越大,故半刚性基层的刚度不宜太大。若层间接触面在浸水状态可能导致界面产生滑移时,上层底面可能出现比连续状态大一至二倍的拉应力。因此从设计上应采取可靠技术措施,防止层间滑移。层间适当的模量比,使结构层受力更合理;保证层间结合状态的连续,是提高路面耐久性的关键。4.2.4 半刚性基层或贫混凝土基层模量增大,层底拉应力增加,沥青层剪切应力、或沥青层与半刚性基层界面之间的剪切应力越大。因此,在进行半刚性基层或贫混凝土基层混合料的设计时,刚度不宜过高,若选择较大的材料模量时,对这类结构不但以层底拉应力为控制指标,还应验算沥青层的剪应力和界面剪应力,并应使沥青混合料具有较高的抗剪强度,在层间界面结合更牢,防止层间界面推移。在有条件的单位,应开展这方面的试验与研究工作。4.2.7 沥青应力吸收膜、沥青应力吸收层、聚脂土工布粘层具有防止反射裂缝和加强层间结合的作用。在半刚性基层上洒布具有富有弹性恢复能力的聚合物改性沥青,如SBS改性沥青、橡胶沥青等,洒布量为1.01.6kg/m2,再洒适量小碎石或预拌碎石38mm,不必满铺,约占洒布面积的6070%即可,经碾压形成应力吸收膜,具有一定减裂和加强层间结合的作用。沥青应力吸收层是采用粘结力大、弹性恢复能力很强的改性沥青做成砂粒式或细粒式沥青混凝土,具有空隙率较小、不渗水、抗变形能力与抗疲劳能力很强的薄层结构,一般为2025mm,具有较好的抗疲劳、防止反射裂缝效果。聚脂土工布粘层是在洒热沥青或改性沥青、改性乳化沥青后,布设长丝无纺聚酯土工布,经轮胎压路机辗压使沥青向上浸渍而形成具有减裂、防水、加强层间结合的作用的粘结层。沥青的洒布数量宜经过试验确定,一般用量为0.81.4 kg/m2。 4.2.8 粘层沥青与原规范规定不同的是各沥青层之间都要求洒布粘层沥青。一般新建沥青面层之间可洒布乳化沥青,乳化沥青洒布量宜为0.30.5 L/m2 (沥青含量约为0.150.25L/m2 ) ;在旧沥青路面或水泥混凝土路面及桥面板上洒布粘层沥青时,应洒布改性沥青或同标号热沥青。沥青洒布量宜为0.81.4 L/m2,并洒预拌碎石或4.759.5mm或38mm碎石。也可洒布改性乳化沥青。4.2.9 下封层是设在半刚性基层表面上,为了保护基层不被施工车辆破坏,利于半刚性材料养生,同时也为了防止雨水下渗到基层以下结构层内,以及加强面层与基层之间结合而设置的结构层。下封层虽有多种做法,实践证明沥青单层表处是经济、有效的方法之一。4.2.10 上封层的结合料应根据设置上封层的用途,公路等级,交通量等级,气候特点等选择,并与旧沥青面层用的沥青标号一致或更高一级。重交通石油沥青、改性沥青、改性乳化沥青、乳化沥青等均可选用。5 路基与垫层5.1 路基本节删除与 相关的内容,即路基填料、压实度等,保留与路面工程密切相关部分。5.1.6 原条文规定”当采用重型击实标准时,路基回弹模量值可较表列数值提高15%30%”,根据土基回弹模量专题研究的成果:对几个省不同土质的室内承载板进行的重轻型击实标准对比试验结果分析表明,在相同压实度条件下(最佳含水量分别按各自的击实试验结果选取),重型标准模量基本上是轻型标准模量的2倍。因此,该条可适当提高2035%。5.1.7 根据土基回弹模量专题研究的成果:对几个省不同路基土的室内承载板试验结果表明,路基回弹模量与压实度基本呈线性关系,因此,建议”绘成压实度与回弹模量曲线”改为”绘成压实度与回弹模量直线”。同时,由于室内承载板试验时,杠杆仪的试验台犹如刚性下卧层,为此,推导了具有刚性下卧层的弹性层应力、应变和位移的计算公式,并经过轴对称有限元分析和现场承载板实测结果的对比验证,表明室内承载板法的路基回弹模量结果的理论修正系数为0.8120,规定”宜乘以0.70.9的折减系数修正”是合适的。为了实际设计操作方便,建议改为”并乘以0.8的折减系数修正”。5.1.8 当路基建成后,应在不利季节实测各路段土基回弹模量代表值以检验是否符合设计值的要求,即采用现场实测。实测法有承载板法、弯沉值、便携式落锤弯沉仪(PFWD)。若代表值小于设计值,应采取翻晒补压、掺灰处理等加强路基或调整路面结构厚度的措施,以保证路基路面的强度和稳定性。根据土基回弹模量专题研究,公式(5.1.7-1)式不应采用原规范的式(6.1.5-3),因为路基回弹模量实测结果的变异性往往很大,当变异系数超过0.5时,高速公路和一级公路的()就会出现负值,这显然不符合实际情况。因此建议采用折减系数Ka的方法。对于Ka的取值不宜对不同等级的公路进行规定,因为当值相同时,会出现公路等级越高而路基设计模量值反而越小,这样对路面结构设计有利,但当采用路基弯沉进行验收时,结合5.1.10条,就会出现公路等级越高路基设计弯沉反而越大的矛盾。因此建议Ka的取值不明确公路等级,能够稍微模糊一点,可改为”Ka为折减系数,在1.52.0之间根据当地经验选取”,公路等级高宜取高值,等级低宜取低值。同时,取值在1.52.0之间偏严,因为同时考虑K1,建议可考虑在1.251.75之间选取。5.1.9 用贝克曼梁测定土基弯沉值,计算该段路的土基弯沉代表值,以检验土基压实是否达到设计土基回弹模量值的要求。当测定时间在非不利季节时,检验弯沉值应将不利季节的E0按下式计算换算成非不利季节的弯沉值。 /K1 (5.1.9)式中:K1为非不利季节系数,K1因各地气候湿度变化而异,从过去对砂石路面的调查结果,该系数为1.11.7,各地应根据经验取值。E0D为最不利季节的土基回弹模量,即设计值。5.1.10 建议式(5.1.9-1)与式(5.1.10)形式相同,Ka和K1的取值也相同。因为按理论上说,便携式落锤弯沉仪(PFWD)的实测模量结果为动模量,要比承载板的静模量大,实际上,PFWD的荷载在0.100.15MPa之间,比承载板的荷载小得多,其大小更接近车轮荷载传递到路基顶面的压力,由于路基土的非线性,因此根据我们实测结果对比分析表明,PFWD的模量与承载板的模量十分接近。因此,取式(5.1.9-1)与式(5.1.10)形式相同。5.1.11 用现场便携式(单点)落锤弯沉仪测定、计算土基回弹模量值,及利用该成果,换算、估计土基回弹模量值是根据西部交通建设科技项目”公路路基回弹模量的研究”课题成果而推荐,供各地参考。便携式落锤弯沉仪(PFWD:Portable Falling Weight Deflectometer),或称手持式落锤弯沉仪(HFWD:Hand-hold Falling Weight Deflectometer),或称微型落锤弯沉仪(MFWD:Mini Falling Weight Deflectometer),由加载机械装置和数据采集系统组成。结合的几条高速公路路基回弹模量现场检测的部分测试结果,PFWD测得的回弹模量与承载板回弹模量和弯沉的关系如下:1 湖南省机场高速公路1)砾石土填方路基 (n = 14, r = 0.9101) (5.1.12-1) (n = 14, r = 0.8721)(5.1.12-2)红粘土填方路基 (n = 14, r = 0.7095)(5.1.12-3) (n = 14, r = 0.8655)(5.1.12-4)2 云南省砚平高速公路1)弱风化碎石土填方路基 (n = 12, r = 0.9154)(5.1.12-5) (n = 13, r = 0.6817)(5.1.12-6)弱风化碎石土挖方路基 (n = 14, r = 0.5448)(5.1.12-7) (n = 13, r = 0.3440)(5.1.12-8)弱风化碎石土半填半挖路基 (n = 16, r = 0.7045)(5.1.12-9) (n = 16, r = 0.7633)(5.1.12-10)上列式中:Ep、Eb和l分别表示PFWD回弹模量值(MPa)、承载板回弹模量值(MPa)和贝克曼梁弯沉(0.01mm);n和r分别表示样本数和相关系数。由于西部课题还在研究中,以上资料仅供参考5.2 垫层与抗冻层设计5.2.2 垫层采用未筛分碎石和天然砂砾时,应根据结构层厚度(h)确定最大粒径,一般最大粒径应在1/3-2/3h之间,以保证集料骨架的形成,提高结构层的稳定性。5.2.45.2.5 该条是新增加内容,因季冻区路面在路基竖向冻胀力作用下发生变形,产生冻胀值。由不均匀冻胀值使材料弯曲变形超过材料极限应变时,路面产生纵向裂缝乃至破坏。将路面结构按1米宽的简支梁来计算,验算路面材料的容许变形。参照和的冻胀观测资料确定。是路面材料安全系数,高速、一级公路或材料试验均匀性不好时宜取大值。是沥青面层材料工作温度系数,表中路面材料低温拉应变指标是根据各冻区的年最低气温而提出的路面材料低温拉应变指标。系数是把沥青路面材料的-10弯拉应变试验指标转换成各冻区实际温度下的弯拉应变指标。的确定依据现有不同温度下的沥青混合料弯拉应变试验结果。对于半刚性基层材料,从当前掌握的试验资料看,在低温下一定范围内材料的弯拉应变随温度变化不大,因此对半刚性材料取1。对于沥青碎石基层由于其位于面层之下,冬季工作温度要高于沥青面层,因此沥青碎石基层与半刚性基层一样不考虑温度系数的影响。对于二灰土、水泥土等底基层材料,由于其材料的弯拉应变值(210190)接近于二灰碎石和水泥稳定砂砾基层的弯拉应变值,且底基层位于基层之下,因此不做底基层材料冻胀变形破坏验算。对于二级及二级以下公路可按最小防冻厚度进行验算,其沥青路面结构层总厚度应不小于最小防冻厚度的规定。6 基层、底基层6.1 半刚性材料基层6.1.5 骨架密实型混合料要求集料的最大粒径不宜太大,以减小混合料离析。试验确定骨架密实型粗集料的级配时,应先将粗集料划分成二至三挡,经过表面振动压实的方法逐级填充,并计算振实密度和空隙率,直到找出振实密度最大的粗集料组成。在此基础上,用体积法计算确定细集料和结合料的压实体积和重量,从而确定细集料的组成和结合料的比例。为寻求强度高、抗裂性、抗冲刷性好的基层性能,一些专家、学者也在稳定集料基层的混合料组成和集料级配方面提出了一些改进意见。总的来看,都趋向于形成骨架密实结构的状态。在此基础上总结提出骨架密实结构的集料级配范围。可是,骨架密实状态是否形成,必须根据具体级配和混合料配合比进行检验。原规范中提出的各类无机结合料稳定粒料类基层材料,其级配是按最大密实原理设计的连续级配。经试验分析均属于悬浮密实结构类型。研究成果与工程实践表明:随着混合料中4.75mm、2.36mm、0.075mm的经过量减少,特别是0.075mm的经过量减少,基层的抗裂和抗冲刷性能明显提高。因此,悬浮密实结构的集料级配中对2.36mm以下的细料含量,特别是0.075mm以下的细料含量的限制要求提高。6.1.6 虽然随着水泥剂量的提高,基层的强度会相应提高,但脆性也相应增大,因此有必要限制水泥剂量。这样也符合经过改进集料的级配和混合料的结构形态来达到设计强度要求。6.1.7 无论是水泥稳定基层还是石灰粉煤灰稳定基层,混合料中4.75mm以上粗集料形成骨架状态时,粗集料的分布状态应当是一样的。可是从粒度上讲,细集料粒度对于水泥稳定基层包括小于4.75mm的细集料和约6的水泥,对于石灰粉煤灰稳定基层包括小于4.75mm的细集料和约20的粉煤灰。混合料的密度基准不同,因此形成骨架密实状态时的细集料重量比或混合料中粗集料的重量比不同。形成骨架密实状态时,水泥稳定类基层混合料中粗集料的比例约在65左右,石灰粉煤灰类基层混合料中粗集料的比例约在75左右。这一界线比例随着混合料中水泥或石灰粉煤灰的比例变化而变化,随着粗集料的具体级配的变化而变化。6.1.9 石灰粉煤灰混合料配合比的改进各地研究较多。主要是寻求基层抗裂和抗冲刷性能的改进。一些级配的提出是希望减小石灰粉煤灰混合料中细集料的含量,但最后的结果从粗集料分布状态分析,所提出改进型级配都向骨架密实结构方向靠近。因此,本规范在总结各地实践经验的基础上提出推荐集料级配范围。 6.1.13 从稳定土原理上讲,粉煤灰与石灰并用能起到较好的稳定效果。往往有些地区有粉煤灰资源而缺乏石灰,或有石灰,但质量不合格或不稳定,只有用水泥和粉煤灰稳定。国内河南、河北等省的实际工程中已有采用水泥粉煤灰稳定基层的实例,并取得了较好的应用效果。本次规范列入水泥粉煤灰稳定基层类型,允许采用该种稳定类基层,以积累使用经验。水泥粉煤灰稳定基层在应用中由于缺乏相应的技术规定。各工程一般按水泥稳定基层的强度标准进行配合比设计。实际上水泥粉煤灰稳定类材料的强度发展特征介于水泥稳定和石灰粉煤灰稳定的情况之间,即早期强度高于石灰粉煤灰稳定而低于水泥稳定;后期强度发展幅度高于水泥稳定而低于石灰粉煤灰稳定。本规范所列水泥粉煤灰稳定类基层材料配合比设计时的强度标准是根据有关室内试验和工程应用情况提出的。6.1.14 水泥粉煤灰稳定类基层材料的强度随着水泥的剂量增大而增大。由相关试验结果,从基本强度要求和抗冲刷角度考虑,水泥剂量不宜低于3。同水泥稳定类基层材料一样,随着水泥剂量的增大,材料的收缩性增大,脆性增大。虽然水泥粉煤灰稳定时的收缩性要好与单纯水泥稳定时的情形,但从强度和收缩性角度综合考虑,水泥剂量不宜大于7。6.2 柔性基层6.2.26.2.4 半开级配大粒径沥青碎石混合料LSM,近年来在国内外引起了极大的兴趣,美国一些州在总结三十年来重交通荷载作用的道路应用情况后,认为大粒径沥青碎石混合料对抵抗重交通荷载作用有着相当的潜能。中国许多省市近年来进行了研究和应用,取得了良好的使用效果。大粒径沥青碎石混合料与传统沥青混合料的最大不同之处,在于采用大粒径的骨架结构,最粗一级的粗集料含量一般在50%以上,以确保具有良好的抵抗车辙能力。因此在级配组成上区别于传统的沥青混凝土和沥青碎石,而趋向于贯入式结构的矿料组成。根据近几年来的研究,空隙率较大的开级配排水基层(空隙率在18%-24%)所涉及到的问题较多,其抗疲劳性能令人担心。如瑞典国家道路与运输研究所(Swedish National Road and Transport Research Institute)经过实验室研究、加速加载试验、现场FWD检测等研究,比较了四种不同结构的沥青基层材料使用性能时,认为空隙率较大的开级配排水基层其耐久性能较差。为了兼顾排水和耐久性,我们对半开级配沥青碎石混合料的排水性能进行了研究,一般条件下,当半开级配沥青碎石混合料的空隙率大于12%时,其渗透系数(按照ASTM PS 12901的实验方法测定)0.01 cm/s,也就是能够满足开级配沥青磨耗层OGFC的渗水要求。因此,在满足排水要求的条件下,应当适当减小混合料的空隙率,以提高混合料的耐久性。其中半开级配基层沥青混合料(LSM30、LSM52)在美国的中西部一些州如印第安纳州应用取得了良好的使用效果。当前如印第安纳州标准规范(Indiana DOT STANDARD SPECIFICATION 1999)将半开级配基层沥青混合料作为主要的基层材料,推荐了两种级配组成。表6.2.5 印第安纳州基层沥青混合料级配范围表筛孔尺寸(mm)5237.526.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC含量AM-2510070-9850-8528-6215-506-296-182-151-100-70-60-43.2AM-3510045-7530-6020-5015-4010-355-256-182-151