交通土木道路橋梁專業(yè)論文：瀝青路面瀝瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石基層的應用研究

1、學校代碼:10225專業(yè)學住論丈瀝青路面瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石基層的應用研究!1!摘要目前黑龍江省己建成的高等級公路瀝青路面結構幾乎全部都是半剛性基層瀝青路面 結構，而在建的高等級公路也幾乎全部都是半剛性基層瀝青路面結構，這種結構形式的 單一化顯然是不符合瀝青路面結構設計的原則的。鑒于黑龍江省的經濟發(fā)展情況、地理 環(huán)境特點和交通狀況都比較特殊，與中、東部地區(qū)有著很大的差別，現(xiàn)行的公路瀝青路 面設計規(guī)范制定的依據(jù)多數(shù)是引用我國東部地區(qū)路面結構的研究成果，設計參數(shù)和指標 不太適用于東北地區(qū)，確定合理的、適用的路面結構形式是黑龍江省公路建設所面臨的 一個重要問題。因此在黑龍江省公路建設的過程中，如果

2、照搬東部地區(qū)的標準和結構， 既不切合實際也不盡合理，研究開發(fā)適合黑龍江省獨特氣候、經濟、地質特點的合理路 面結構形式是非常必要的，也是非常迫切的。因地制宜選材，結合黑龍江省的實際情 況，確定合理經濟的路面結構是非常必要的。木文通過對國內外柔性基層結構設計方法、使用性能的對比研究，結合黑龍江地區(qū) 高等級瀝青路面結構使用性能的調查，對柔性基層原材料選擇、級配碎石材料設計參 數(shù)、瀝青穩(wěn)定碎石材料設計參數(shù)、柔性基層施工工藝、柔性基層與半剛性基層經濟分析 等方面進行了深入細致的試驗研究，在修筑試驗路并總結經驗的基礎上，通過反復試驗 得擊了級配碎石及瀝青穩(wěn)定碎石的實用級配范圍及材料設計參數(shù)，并制定了詳細的

3、施工 工藝，為進一步的推廣應用提供了參考依據(jù)。關鍵詞 瀝青；基層；穩(wěn)定碎石；級配碎石abstractat present the province of expressway has been completed and nearly all of the asphalt pavement structure is semi-rigid bituminous pavement structure, and high grade highway under construction and is almost entirely semi-rigid bituminous pavement str

4、ucture, this structure forms of simplification asphalt pavement is obviously not accord with the principle of structure design. in view of the economic development in our province, geographical environment characteristics and traffic are special, and, in the eastern region has the very big differenc

5、e, the current highway asphalt pavement design norm establishment basis in east china most is quoted the research results of the asphalt pavement structure, design parameters and index doesn't apply to the northeast area, the determination of reasonable and applicable pavement structure is facin

6、g province highway construction is an important problem. so in our province highway construction process, if copy the eastern region standards and structure, neither practical also is not rational, research and development for our province climate, economy, unique geological characteristics of reaso

7、nable pavement structure form is very necessary, also is very urgent. adjust measures to local conditions, combining with the actual materials in our province, the determination of reasonable economic pavement structure is very necessary.based on the basic structure design method of flexible at home

8、 and abroad, the comparative study of using performance, combined with the heilongjiang province, high-grade asphalt pavement structure, use of performance investigation of flexible grassroots raw material choice, macadam material design parameters, asphalt stable macadam material design parameters,

9、 flexible grass-roots construction technology, flexible grassroots and semi-rigid economic analysis and other aspects of the experimental research, thorough testing road in building and the basis of summarizing the experience, is obtained through trial and error macadam and asphalt stabilization mac

10、adam practical grading range and material design parameters, and worked out a detailed construction craft, the popularization and application for further reference is provided.keywords asphalt; basic level; stabilized macadam; macadam目錄摘要iabstractii1緒論11.1研究背景11.2國外研究現(xiàn)狀21.3國內研究現(xiàn)狀31.4本文研究的研究內容及技術路線32

11、級配碎石柔性基層力學性能與設計參數(shù)研究52.1級配碎石國內的應用、研究情況52.2級配碎石國外的應用、研究情況52.2.1關于級配碎石的原材料技術要求62.2.2國外級配碎石基層的級配62.2.3國外級配碎石的施工厚度72.3級配碎石原材料要求與合理的級配范圍研究72.3.1石料材質82.3.2石料的最大粒徑82.3.3細集料含量92.4級配碎石的成型方法132.4.1擊實成型方法132.4.2振動成型方法142.4.3振動成型與擊實成型比較142.5級配碎石混合料技術要求152.6級配碎石的彈性模量建議值15261各國粒料材料模量計算方法16262級配碎石力學參數(shù)172.6.3級配碎石彈性模

12、量建議值172.7小結183瀝青穩(wěn)定碎石基層力學性能與設計參數(shù)研究193.1國外瀝青混合料基層應用情況193.2我國瀝青碎石混合料的應用情況203.3國內外瀝青穩(wěn)定碎石基層應用情況匯總213.4瀝青穩(wěn)定碎石基層合理混合料級配范圍223.5瀝青穩(wěn)定碎石配合比設計243.6小結284經濟效益和社會效益分析304.1經濟效益分析304.1.1不同類型的基層直接成本分析304.1.2柔性基層與半剛性基層綜合性能分析314.1.3柔性基層與半剛性基層使用壽命分析314.2社會效益分析31結論33參考文獻35攻讀學位期間發(fā)表的學術論文錯誤!未定義書簽。致謝錯誤!未定義書簽。1緒論1.1研究背景我國的高等級

13、公路建設起步于二十世紀八十年代，自1988年沈大、滬嘉高速公路 建成通車，實現(xiàn)了我國高速公路零的突破之后，公路建設進入了以高速公路、一級公路 等高等級公路為主的嶄新時代。根據(jù)交通部的規(guī)劃，到2020年，我國高速公路通車總 里程將增至7萬公里。我們用短短的十多年時間走完了發(fā)達國家半個多世紀的發(fā)展歷 程，公路建設成就斐然。在我國公路建設取得了很大成績的同時，也暴露出了一些問題，特別是在己建成的 高速公路中，瀝青路面結構出現(xiàn)了較多的早期損壞，達到設計使用年限15年的瀝青路 面結構并不多見，明顯表現(xiàn)出瀝青路面結構長期使用性能的不足。我國80%高等級公路 采用半剛性基層瀝青路面結構，盡管在“六五”至“八

14、五”科技攻關的基礎上形成了半 剛性基層瀝青路面成套技術，但過去十幾年的使用經驗證明，半剛性基層瀝青路面結構 在不同條件下的適用性并沒有得到充分考察與檢驗，表現(xiàn)在我國已建成的高速公路中， 早期破壞比較嚴重，一些高速公路建成通車后不久，短的幾個月，長的35年就不得 不進行大面積維修。如果將通車幾個月或12年就發(fā)牛早期損壞的原因歸咎于施工質 量的話，使用35年左右甚至更長一點的瀝青路面發(fā)生損壞則和瀝青路面結構設計有 一定必然的聯(lián)系了工程實踐表明，半剛性基層存在一些固有的缺陷，其中最主要的問題是基層裂縫以 及由其引發(fā)的反射裂縫，在交通荷載作用下，由于水的浸入半剛性基層瀝青路面水損壞 較嚴重?，F(xiàn)階段半剛

15、性基層瀝青路面結構己成為我國高等級公路最典型的結構形式，而 現(xiàn)行公路瀝青路面設計規(guī)范實際己經變成了半剛性基層瀝青路面設計規(guī)范，助長了瀝青 路面早期損壞的發(fā)牛。盡管規(guī)范中列出了 6類基層材料，但實際使用中，很多路面基層 材料的使用受到了限制，比如在國外大量采用的瀝青碎石和級配碎石基層。我國現(xiàn)階段的高速公路大部分建設在東部沿海地區(qū)及中部地區(qū)，東北及西部地區(qū)相 對較少。而全國各地的高等級公路幾乎是千篇一律的結構形式，現(xiàn)行路面結構是否適用 東北地區(qū)有待進一步的實踐研究。目前我國高速公路路面結構過分單一，與我國地域廣 闊、自然氣候條件、土質、交通及經濟水平千差萬別的實際情況明顯不符，因此有必要 探索一種

16、其它的路面結構形式。開展合理路面結構形式研究就是從技術可靠，經濟性 好，使用耐久幾個方面來體現(xiàn)。根據(jù)黑龍江省路況調查情況來看，目前黑龍江省己建成的高等級公路瀝青路面結構 幾乎全部都是半剛性基層瀝青路面結構，而在建的高等級公路也幾乎全部都是半剛性基 層瀝青路面結構，這種結構形式的單一化顯然是不符合瀝青路面結構設計原則的。路面 結構是公路建設的重要組成部分，其合理于否直接影響公路工程的投資、使用壽命和服 務性能。鑒于黑龍江省的經濟發(fā)展情況、地理環(huán)境特點和交通狀況都比較特殊，與中、 東部地區(qū)有著很大的差別，現(xiàn)行的公路瀝青路面設計規(guī)范制定的依據(jù)多數(shù)是引用我國東 部地區(qū)路面結構的研究成果，設計參數(shù)和指標

17、不太適用于東北地區(qū)，確定合理的、適用 的路面結構形式是黑龍江省公路建設所面臨的一個重耍問題。因此在黑龍江省公路建設 的過程中，如果照搬東部地區(qū)的標準和結構，既不切合實際也不盡合理，研究開發(fā)適合 黑龍江省獨特氣候、經濟、地質特點的合理路面結構形式是非常必要的，也是非常迫切 的。因地制宜選材，結合黑龍江省的實際情況，確定合理經濟的路面結構是非常必耍的 3-5o本文的研究目的是結合黑龍江省特點，針對目前已建成瀝青路面結構的破壞形式， 吸收各地使用成功的經驗，確定合理的路面結構設計參數(shù)，從經濟性、技術性和實用性 等方面確定合理的路面結構形式，為黑龍江省高等級公路建設服務，促進黑龍江省公路 建設的快速發(fā)

18、展。本項目的研究不僅對黑龍江省公路建設有重要的實用意義，而且對進 一步提高、加深對東北、西部地區(qū)瀝青路面結構設計的認識具有重要意義。1.2國外研究現(xiàn)狀進入90年代以后，隨著交通量的增長迅速，原有的瀝青路面結構已經不能滿足路 面的長期使用要求，各國都在進行長壽命瀝青路面的研究。美國瀝青協(xié)會的研究人員認為全厚式瀝青路面以及將高強瀝青混凝土鋪筑在級配碎 石上可以增加路面的疲勞壽命，并將路面可能的破環(huán)限制在瀝青路面的表層。jim huddleston等人根據(jù)對長壽命路面性能的分析，提出了長壽命路面的設計概念。這種路 面結構的優(yōu)點是能夠應付未來更大的交通量和軸重的增加，在表面開裂后只需更新磨耗 層而保持

19、其下各層的永久性。在英國，原先20年的設計壽命己無法滿足快速增長的交通量的需要，英國又展開 長壽命道路的研究。研究的主要內容包括：車轍調查：通過對英國51條道路的車轍情況進行調查發(fā)現(xiàn)，對施工良好的瀝青路 面，當瀝青層厚度大于18cm時，車轍的產生速率會迅速降低。這說明，當瀝青層厚度 小于18cm時，增加瀝青層厚度會顯著增加車轍量，但當瀝青層厚度超過18cm后，增加 瀝青層厚度對車轍影響不大。對45條密級配瀝青碎石基層道路的調查認為，當瀝青面 層與瀝青碎石基層的總厚度在1836cm之間時，車轍率與瀝青層厚度無明顯關系；熱 碾壓的瀝青碎石基層路面與水泥穩(wěn)定基層路面的車轍率相近；對于厚的瀝青層道路，

20、車 轍的大部分主要發(fā)生在瀝青層的表面。疲勞調查：沒有發(fā)現(xiàn)在主要的結構層上檢測到任何疲勞開裂和疲勞損壞，這表明交 通量等級不是影響瀝青穩(wěn)定基層剩余壽命的主要因素；90%以上的殘余壽命差別是由于 瀝青用量和瀝青碩度的不同而引起的；瀝青老化是疲勞壽命差異的主要影響因素。推薦典型結構：在準備好的土基上鋪筑三層，上層為23cm的磨耗層、中層為 2040cni的高模量瀝青穩(wěn)定基層、下層為一定厚度的底基層。這樣可以保證路面不會出 現(xiàn)基層的疲勞開裂，保證了路面的長久使用性能3"。1.3國內研究現(xiàn)狀按照目前國內外應用情況，一般把柔性基層分為粒料基層和瀝青碎石基層，粒料基 層材料包括級配碎石、天然砂礫等

21、，我國在六七十年代曾大量采用天然砂礫做基層，有 些路段使用至今，通過瀝青層的加鋪，目前路面使用性能良好。相對于其他材料，我國對級配碎石基層的應用研究較少，主要原因是當時的原材料 加工困難，至今仍然有很多專家認為級配碎石對材料的要求高，工藝上很難保證，限制 了柔性基層材料在我國的使用。四川成渝高速公路所使用的級配碎石基層，當時使用了 許多泥頁巖，遇水后變成了泥土，實際上大部分是泥結碎石結構，再加上瀝青層太薄， 遇水后承載能力急劇降低，路面迅速破壞。這種不合理的做法反而使級配碎石基層瀝青 路面背上了不好的壞名聲。這些因素嚴重妨礙了級配碎石基層的應用11_13o盡管在設計規(guī)范、施工規(guī)范中對級配碎石的

22、級配、參數(shù)等做出了技術上的要求，但 受路面結構設計指標的影響，至今級配碎石都很少應用于公路建設。隨著我國公路建設 的發(fā)展，材料加工和施工工藝普遍提高，采用柔性基層瀝青路面結構的條件fi漸成熟， 一方面柔性基層有其一定的適應性，另一方面對半剛性基層瀝青路面結構具有很好的互 補性。針對半剛性基層瀝青路面結構早期損壞的特點，在過去的幾年中，國內一些單位開 始了對粒料柔性基層瀝青路面結構的研究，其中哈爾濱工業(yè)大學、東南大學對粒料柔性 基層粒料的室內力學性能開展了較系統(tǒng)的研究，并修建了試驗路，對施工工藝、質量控 制和使用性能進行了探索性研究。但對柔性基層瀝青路面結構設計方法、設計指標以及 長期使用性能未

23、能進行系統(tǒng)研究14'16|0柔性基層瀝青路面結構沒有能在我國得到應用的原因很多。除了經濟條件的制約 外，也包含我們對基層的概念長期來沒有正確的認識。京津塘高速公路的下面層實際上 相當于國外的瀝青穩(wěn)定碎石基層，但當時當成下面層，并在下面鋪筑了很厚的半剛性基 層，這一點當時的外國專家很難理解。也就是說，在我國，好象瀝青層不管多厚多薄， 不管是什么結構都是面層，只有半剛性基層才是基層。后來設計中瀝青面層厚度減薄， 就再沒有采用這種結構”洶。1.4本文研究的研究內容及技術路線本論文的研究內容主要有以下兒個方面:（1）國內外柔性基層應用狀況及設計方法調查（2）級配碎石基層材料力學性能試驗（3）級

24、配碎石基層設計參數(shù)研究(4) 級配碎石基層施工工藝研究(5) 瀝青穩(wěn)定碎石基層材料力學性能試驗(6) 瀝青穩(wěn)定碎石基層設計參數(shù)研究(7) 瀝青穩(wěn)定碎石基層施工工藝研究(8) 試驗工程驗證本文研究采用的技術路線為：通過對省內外現(xiàn)有瀝青路面結構使用情況的調查，在 對收集的國內外資料分析的基礎上，研究柔性基層瀝青路面的使用性能；通過理論分 析，室內材料力學性能和現(xiàn)場參數(shù)試驗研究，確定適合黑龍江省寒區(qū)的柔性基層瀝青路 面結構組合設計原則和施工技術；通過試驗路和實體工程的修建，研究柔性基層瀝青路 面施工工藝要求；驗證柔性基層瀝青路面結構的合理性。2級配碎石柔性基層力學性能與設計參數(shù)研究2.1級配碎石國內

25、的應用、研究情況我國在80年代以前曾大量采用天然砂礫或摻配砂礫做基層修建瀝青路面，也有采 用碎石材料做基層的經驗，有些路段經過瀝青層的加鋪，至今使用良好。但由于當時原 材料加工以及施工工藝上存在的困難，嚴格意義上講我國采用的級配碎石材料并不規(guī) 范，同時由于我國當時瀝青材料的匱乏，柔性基層上的瀝青材料層都很薄，因此很多柔 性基層的瀝青路面結構承載能力較低，路面結構損壞表現(xiàn)為開裂嚴重，路面表面塑性變 形嚴重。在這種情況下，為了提高路面結構的承載能力，開展半剛性基層的研究成為一 種必然。80年代至90年代，半剛性基層材料的研究和應用逐漸成熟，在以后的近二十年 屮，我國90%以上的高等級公路瀝青路面的

26、基層或底基層一般都采用半剛性材料。近幾 年來，由于半剛性基層瀝青路面本身存在的一些缺陷逐漸暴露，如反射裂縫問題口益突 出，路面早期損壞嚴重，很多單位又開始對級配碎石進行研究測。總結國內近期級配碎石基層的研究情況發(fā)現(xiàn)，由于級配碎石材料的強度、模量較一 般穩(wěn)定類基層材料低，國內對級配碎石基層的研究和應用，主要在提高級配碎石的強度 和穩(wěn)定性方面，以降低行車作用下的變形和永久變形。集料的結構類型、級配對級配集料的強度、穩(wěn)定性產生較大影響。同時其強度、穩(wěn) 定性又與其密實度有關，而提高級配碎石的現(xiàn)場壓實度的關鍵在于現(xiàn)場合理的施工工 藝、現(xiàn)場施工控制、檢測方法進行進一步研究。另外有研究表明，級配碎石材料在不

27、同 應力水平下具有不同的彈性模量，這種特點為級配碎石材料在路面結構級配組合設計中 的應用了一個好的技術支持創(chuàng)。冃前在對級配碎石基層的應用方面，國內很多專家擔心的問題是，采用級配碎石材 料做基層對原材料的要求高，施工工藝達不到。但隨著我國原材料加工工藝、材料拌和 以及施工機械化水平的不斷提高，已經能滿足對級配碎石材料的技術要求。2.2級配碎石國外的應用、研究情況級配碎石材料作為基層，在國外一般稱為粒料基層(granular base),或無結合料 基層(unbound base 或 untreated base 或 unbound roadbase), 或無結合米斗粒料基層 (unbound g

28、ranular base) 粒料基層中以級配嚴格控制的碎石(有些也包括碎礫石、碎 礦渣)，通過拌和樓按照生產配合比、加水拌和、采用施工機械施工、碾壓，因其材料 均勻、性能良好而成為各國主要道路上普遍采用的基層類型之一附碩。2.2j關于級配碎石的原材料技術要求相對于我國，國外對級配碎石的研究和應用較多，而口對材料的技術要求都有明確 的規(guī)定。下表為國外部分國家對級配碎石基層材料的技術要求。表2-1國外級配碎石原材料要求德州aasht0a1日木astm加拿 大fhwa我國我國 臺灣洛杉磯 磨耗值<40<50<50<50<50安定性<20%<12%破裂面>

29、;50%>50%塑性指 數(shù)<10%<6%<4%<4%<4%<6%<4%液限<35<25<25<25<28<25砂當量250%235%$40%0. 075mm<7=7通過率從上表可以看出，不同國家對級配碎石的磨耗值、塑性指數(shù)和液限提出技術要求的 較多，可以認為這些技術指標是影響級配碎石性質的重要因素。當然由于世界各國、各 地區(qū)材料本身的性質有一定的差異，因此各國的指標限值并不相同，但都提出了最低要 求。2.2.2國外級配碎石基層的級配國外用于基層的級配碎石的級配主要是連續(xù)密級配，也有一些國家采用半開級配和

30、開級配的。下圖為國外級配碎石的級配與我國規(guī)范中值的對比，級配范圍一般在14左 右。ii!mm-一百crnmhi 半 7tmm圖2-1國外級配碎石基層材料級配曲線t老 25mmy半級配碎石基層的最大粒徑一般為26. 5mm> 31. 5mm> 50mm和70mmo下表為國外級配碎石基層和底基層材料的最大粒徑匯總。表2-2國外粒料基層、底基層材料的最大粒徑國家基層底基層英國5075印度5375美國fhwa50、37.5、2563、50美國得克薩斯州45、6345、63美國astm5050美國科羅拉多州100、 63、 50、 37.5、25美國俄亥俄州50美國aasht050、25美國

31、加州50、2575日本53、37.5、31.553、37.5、31.5加拿大魁北克州40、31. 580加拿大bc州75、 50、 2575法國40、31. 580、 60、 40、 31.5荷蘭4545、80我國臺灣高公局50、2550我國臺灣公共工程委員會50、2525、 50、 75、 100我國臺灣公路局5037.5、63、75南非37. 537.5、63、75從上表可以看出，各國、地區(qū)規(guī)范規(guī)定級配碎石最大粒徑情況是不同的，即使是同 一個國家，不同的部門、州其規(guī)定都不盡相同。一般而言，基層的最人粒徑較底基層的最大粒徑小，底基層的粒徑較大，特別在地區(qū)潮濕、冰凍地區(qū)的底基層采用較人的粒 徑

32、，如加拿大、英國、北歐地區(qū)昭。2.2.3國外級配碎石的施工厚度國外級配碎石的施工厚度一般在設計文件中給出。新建道路碎石基層一般厚度為 150mmo同時要求一定厚度的精選粒料底基層，從而保證碎石基層和底棊層能夠給柔性 路面結構提供足夠的支撐強度。如果厚度不大于150mm,可以作一層鋪，如果超出 150mm,應該作多層、等厚度鋪筑。現(xiàn)場壓實度不小于100%。如果平整度達不到要求， 但是壓實度達到要求，可以在其上鋪25nini粒徑的碎石基層作平整層。如果壓實度達不 到要求，應該分層鋪，每層厚度不大于75mm,壓實度100%382.3級配碎石原材料要求與合理的級配范圍研究國內外成功經驗表明，嚴格材料技

33、術要求、選擇合理的級配以及嚴格施工工藝控制 是提高級配碎石強度和穩(wěn)定性的關鍵。集料的類型、集料級配對級配集料的強度、穩(wěn)定 性產生較大影響。級配碎石的成敗與否，關鍵在于材料的質量、配合比和潔凈程度。長 期以來影響級配碎石在我國應用的最主要原因是級配碎石的質量較差。粒料材料的強度、模量較采用結合料穩(wěn)定類材料好，因此國內外對級配碎石基層的 研究和應用，主要在于提高級配碎石的強度和穩(wěn)定性，以降低行車作用下的變形和永久 變形。級配集料的強度、穩(wěn)定性不僅受集料的類型及性能的影響，同時與最大粒、 4. 75mm> 0. 425mm、0. 075mm的通過率有關，而材料的水穩(wěn)定性又與0. 425mm以下

34、材料的 通過率及其塑性指數(shù)有關。研究級配碎石的級配范圍就是研究這些篩孔合理的通過率， 使得級配碎石混合料獲得最佳的密實狀態(tài)、力學性能。2.3.1石料材質根據(jù)國內外使用經驗，級配碎石基層原料最好采用石灰?guī)r，是因為石灰?guī)r粗集料具 有一定的韌性，細集料具有一定的塑性，施工的和易性和保水性較其他巖質的石料好， 易于碾壓成型，不易離析；同時石灰?guī)r粉末類同于石灰粉，與水反應后可以形成強度， 有待于路面結構的長期使用性能。在石灰?guī)r短缺的地區(qū)其他巖質的集料也可采用，如安 山巖、花崗巖等。2.3.2石料的最大粒徑級配碎石材料粗集料的粒徑越大，其強度、剛度也就越大，同時可以顯著提高抗永 久變形能力。用不同的最大粒

35、徑的密實級配碎石的三軸試驗比較結果表明：在同一側向 壓力下，級配碎石所能承受的正應力隨最大粒徑增大而增大；但隨著最大粒徑增大，在 運輸、攤鋪過程中的粗細顆粒離析會成為主要問題，一旦施工中發(fā)牛離析，其性能會大 大降低。采用較大的粒徑時，也不容易機械整平，而且用于拌和及整平的設備容易磨 損，因此，對于基層級配碎石的最大粒徑通常為4050mm。我國規(guī)范規(guī)定對于高等級公路、一級公路基層、上基層采用攤鋪機攤鋪，但是普遍 認為采用攤鋪機攤鋪對于采用較大粒徑的級配碎石是不利的，不可避免會產牛離析，因 此國內有關專家偏向于采用最大粒徑小一些的級配碎石。為硏究混合料最大粒徑對級配碎石強度的影響，木文研究中選擇了

36、玉泉及閣山二處 黑龍江省內有代表性的石料進行室內試驗研究。下圖為級配碎石混合料最大粒徑與cbr 的關系試驗結果，可以看出，最大粒徑以37. 5對應cbr最大。圖2-2級配碎石混合料最大粒徑與cbr的關系級配碎石最大粒徑的確定，應該綜合考慮最大粒徑對級配碎石性能的影響、確保施 工中不離析以及具體材料、氣候條件。通過研究建議級配碎石的最大粒徑仍為現(xiàn)行規(guī)范 中的37. 5和31. 5mm兩種類型。2.3.3細集料含量大部分國家一般將4. 75mm篩(或5伽)以下的集料稱為細集料，如美國德州、fhwa、 astm、日本、我國臺灣、印度等，英國為5mm。也有將2. 36mni或2mm作為劃分細、粗集 料

37、的標準，如加拿大(2.46mm)、美國aasht0(2mm)、荷蘭(2mm)。對于級配碎石，我國是 以4. 75伽(圓孔篩為5価)作為細、粗集料的劃分標準。國內外對級配集料的研究表明，級配集料中細集料的含量對級配粒料的強度、密實 度有很大影響。研究表明：5mm以下顆粒含量與干密度關系形成一駝峰曲線，即隨著 5mm含量的增加，干密度逐漸增加，當5mm含量繼續(xù)增加超過某一值后，集料的干密度 迅速降低；同時研究表明5mm顆粒含量與cbr、三軸抗剪切強度之間的關系也是駝峰關 系，在5mni含量最佳值時，cbr、三軸抗剪切強度存在最大值。(1) 4. 75mm通過率實際上由于混合料的性能還受其它級配因素

38、的影響，試驗所選擇的級配趨勢不同， 因此同樣是變化4. 75mm通過率，得出的規(guī)律性會有所差異。本文在研究過程中進行了 不同4. 75mm通過率對級配碎石最大干密度影響的對比試驗。下表為選定的試驗級配曲線，其試驗結果見圖2-4及圖2-5o可以看出，干密度、cbr出現(xiàn)最大值點均出現(xiàn)在4. 75mm通過率為38%時。表2-3試驗用級配37.531.526.5191613.29. 54. 752. 361. 180.60.30. 150. 075al1009079605348402618139632.8a210092.58366. 2559. 7554.546. 253223.523.5139. 5

39、5. 54.8a3100958772.566.56152.5382929171386.8a410097. 5917& 7573. 2557.558. 754434. 534.52116. 510.5& 8a5100100958580746550404025201310.82 “2.43.2422"2.42.392.332.3725303540455055rr?n71圖2-4 4. 75mm通過率與干密度的關系曲線4. 75mm通過率，%350300250200150100502.36圖2-5 4. 75mm通過率與cbr的關系曲線4. 75mm通過率，%通過以上分析以

40、及室內試驗表明，對于最大粒徑為53 mm. 37. 5mm的混合料，其4. 75mm通過率可以控制在3055%內，而31. 5mm、25mm,其4. 75mm通過率可以控制在 3050%以內。（2）0. 425mni（我國 0. 5mm）通過率級配集料中0.425伽（我國05価）通過率對集料的密度、強度產生很大影響，同時0. 425mm（我國0. 5mm）以下料的液限和塑性指數(shù)對級配集料的水穩(wěn)定性產生重要影響。300250200150i00二2:二 j斗ra 7131517192123252 3s237(£善)0 一手rr2.357、f /1圖2-6 0. 425mm通過率與干密度的

41、關系曲線0.425mm通過率，%579 h圖2-7 0. 425mm通過率與cbr的關系曲線0.425mm通過率，25按照表2-3中級配曲線進行試驗，從圖5-6和圖5-7可以看出，0. 425mm通過率太 低或太高對級配碎石的干密度、cbr都會迅速下降；對應干密度最大值點和cbr最大值 點均為0. 425mm通過率為15.5%。根據(jù)以上的分析，0.425mm通過率可以取822%。各國和地區(qū)兒十年來豐富的實踐經驗表明，級配集料作為瀝青混凝土路面的基層， 必須嚴格控制其塑性指數(shù)。凡是級配碎石基層材料的塑性指數(shù)超過一定值的路段，瀝青 路面往往會過早破壞，而低塑性的級配碎石使

42、用效果較好。0.425nini以下顆粒液限、塑 性指數(shù)越大，水穩(wěn)定性，隨著塑性指數(shù)增大，集料的cbr值迅速下降。在級配碎石中加 入少量塑性細土，集料的cbr下降較大，同時相同荷載下的變形也會增大，采用塑性指 數(shù)較低的細料，會明顯降低塑性變形或車轍。同時塑性指數(shù)較高的細料，其遇水易膨 脹，從而降低了材料和透水性和水穩(wěn)定性，增加了冰凍敏感性。按照各國一般情況，對級配碎石基層的0. 425nmi以下顆粒塑性指數(shù)，液限可以分別 規(guī)定為不大于4%、25%。我國塑性指數(shù)、液限試驗材料為0.5inm篩下料，而國外一般為 0. 425mm以下顆粒，因此以上規(guī)定相對還是較國外寬松一些。(3) 0. 075mm

43、通過率般將0. 075mm以下料稱為細料(fine),也有以0. 063mm為標準。0. 075mm通過率 對集料的密度和強度有很大的影響。國內相關研究表明，隨著0. 075mm通過率增加，集料的干容重增加，當達到某一含 量后則干容重又會隨著0075血 通過率增加而迅速降低。三軸抗剪切強度表明隨著 0. 075mm通過率增加，集料的抗剪強度增加，當達到某一含量后則抗剪強度又會隨著 0. 075mm通過率增加而迅速降低。同吋對于同一料源的材料，0. 075mm通過率越人越 大，級配碎石基層的凍脹值也越大。為了研究0. 075mm通過率對干密度、cbr的影響，研究中選用表2-3的5種級配進 行試驗

44、，其試驗數(shù)據(jù)表明，在0. 075mm通過率為6. 8%時獲得最大干密度、cbr值。25030c25c200150100500246s1012圖2-8 0. 075mm通過率與干容重的關系曲線0. 075mm通過率，%2斗2 432.422.41242.392382.372.36、/v、/r z/024681012圖2-9 0. 075mm通過率與cbr的關系曲線0. 075mm通過率，%0鑒于各國各地區(qū)對于0.075mm通過率的規(guī)定差異很大，我們進行設計時對于 0. 075mni通過率應該根據(jù)各地具體條件設計。對于0. 075nmi通過率的確定應該考慮 0. 075mm以下顆粒含量對以上各性能

45、的影響，綜合考慮。對于潮濕、冰凍地區(qū)盡量取低限，可以為0%；對于其它地區(qū)可盡量取級配上限。0. 075mm通過率合理范圍可以為07%。實際上，我們在級配碎石配合比設計中發(fā)現(xiàn)，0. 075mm通過率往往為原材料所限制，如果不外加礦粉，級配混合料中0. 075mm水篩通 過率一般并不會太高，如果需要提高0. 075mm的通過率需摻加礦粉。從成本和施工拌和 的角度出發(fā)，為0. 075mm的通過率而摻加礦粉是沒有必要的。(4) 推薦的級配碎石級配范圍和技術要求經過試驗研究，我們提出的級配碎石級配范圍和技術要求見下表：表2-4推薦的級配碎石級配范圍項目類型dgab30dgab25底基層基層/過渡層基層/

46、過渡層37.510010031. 590 10090 10010026.579 9679 9590 1001956 8460 8575 951640 6053 8066 88孑i13.231 5548 7459 82j l 尺9. 528 4440 6546 71/ x4. 7526 4225 5030 55j(mm)2. 3616 3018 8418 401. 1810 2213 3213 320.68149259250. 34126206200. 152103133130. 075080808液限<25%塑性指數(shù)<4%2.4級配碎石的成型方法國內、國際上級配碎石的室內成型方法主

47、要有擊實成型及振動成型二種方法，相關 的研究也比較多。2.4.1擊實成型方法室內試件成型的關鍵是以多大的壓實功或怎樣的成型方法最能模擬現(xiàn)場壓實機具的 有效壓實狀況。葡氏成型方法已經成為各國、各機構粒料基層材料最主要的成型方法， 試驗方法基本相同，但也存在具體操作上的差異。成型方法分為重型、輕型二種方法2.4.2振動成型方法振動成型方法主要有兩種，一種為振動錘法振動成型方法（即表面振動壓實法），另 一種為振動臺方法。美國astm振動臺振動成型方法為astm d4253,適合于0. 075伽通過率小于15%的無性的、能自由排水的材料。振動錘法能夠滿足的最大粒徑一般不大于40mmo表2-5各國規(guī)范規(guī)

48、定粒料基層室內最大密度的確定方法、現(xiàn)場壓實度要求國家或部門室內最大密度的確定現(xiàn)場壓實度aasht0t180成型、t224修正大于95%fhwat180成型、t224修正大于95%美國加州t180成型、t224修正大于95%得克薩斯州tex-113-e（重型擊實）大于100%ait180成型、t224修正大于100%我國臺灣公路局t180成型大于98%我國臺灣公共工程委員會t180成型、t224修正大于98%印度葡氏試驗大于98%日本重型擊實大于93%加拿大魁北克州bnq 2501-225-m92（重型擊實）大于98%加拿大bc州bch-114（同 astm d698, 輕型擊實）大于100%南

49、非重型擊實g1：體積密度（表觀密度）8688%g1：體積密度（表觀密度）85%英國重型擊實無壓實度要求澳大利亞重型擊實或輕型擊實法國重型擊實平均密度大于100%層底密度大于98%實際上大部分國家都沒有振動成型方法的現(xiàn)場壓實度標準，通常采用重型標準，對 于基層一般標準為95100%,而在高速公路一般為98100%。2.4.3振動成型與擊實成型比較交通部公路所就振動臺和表面振動方法進行研究，結果表明此兩種方法成型試件的最大干密度基本一致，而表面振動方法較簡單，成型方法更接近現(xiàn)場振動碾壓的實際情 況。東南大學、哈爾濱工業(yè)大學就重型擊實、振動壓實兩種成型方法進行了對比，研究 結果表明：振動成型與重型擊

50、實成型有較好的相關性，當干密度較小時重型擊實得出的 干密度要大于振動成型的干密度，而干密度較大吋則相反。通過對國內外相關研究分析，振動成型與重型擊實成型具有較好的相關性，因此都 能夠很好地反映級配碎石的密實度，因此都可以用來進行級配碎石的成型，但是，鑒于 目前國外各國無結合粒料（底）基層絕大部分采用重型擊實標準，一般沒有振動成型標 準，口振動成型振動參數(shù)不是很統(tǒng)一，而口國內一般單位均有重型擊實設備，試驗方法 簡單易操作，因此級配碎石的最大干密度、最佳含水量的確定以及現(xiàn)場壓實度的控制推 薦采用重型擊實標準。如果有振動成型設備的單位，也可以建立振動成型與重型擊實的 關系曲線，將振動成型的試驗數(shù)據(jù)轉

51、化為重型擊實的數(shù)據(jù)，然后按照重型擊實的標準進 行汽2.5級配碎石混合料技術要求基層混合料技術要求主要是粒料材料的cbr強度指標，主要為重型擊實標準，而沒 有振動成型cbr標準。對于基層一般為80,底基層一般為20-30ocbr試驗試件的成型基本同確定最大干密度和最佳含水量的室內試件成型方法，采 用重型擊實方法。不同的擊實次數(shù)表明不同的擊實功，由于擊實功不同，材料的壓實狀態(tài)不同，因此 其強度就不同。隨著擊實次數(shù)的降低，cbr迅速下降。因為級配碎石級配的級配較一般 土的粗，所以其試驗誤差較土的增大，因此應該增加平等試驗個數(shù)?，F(xiàn)行試驗規(guī)程中對 級配碎石cbr試驗方法規(guī)定必須進行30、50和98次三個

52、擊實次數(shù)分別成型，同時按照 試驗規(guī)程每個擊實次數(shù)只要成型一個試件即可，即沒有進行平等試驗。實際上只有98 次為重型擊實的標準擊實功，重型擊實標準也是以擊實98次的cbr作為設計標準，因 此建議對于級配碎石cbr試驗進行98次的cbr試件平等數(shù)，即規(guī)定至少有3個平等試 件。2.6級配碎石的彈性模量建議值回彈模量是表征級配碎石強度的指標及設計參數(shù)，從1960年開始，國內外對粒狀 材料的回彈特性進行了研究，粒狀材料在交通荷載作用下表現(xiàn)出非線性和依賴于時間的 彈塑性特性，為了表述這種非線性，冋彈反映通常用冋彈模量來表達。傳統(tǒng)的柔性基層 通常是設置于土基或其它柔性基層上，其彈性模量一般較低。2.6.1各

53、國粒料材料模量計算方法(1) 美國瀝青協(xié)會(ai)設計法屮規(guī)定粒料基層模量受應力大小的影響，根據(jù)三軸試驗模量測定結果，回歸出以下經驗公式(2-1)：(2-1)e=k1()k2式屮：b 第一應力不變量，b二ol+o 2+o 3ki、k2 經驗系數(shù),k2=0. 5, kl=6. 7x102103粒料基層彈性模量一般采用100350mpa，并控制基層模量與路基模量之比在24 z間。(2) 比利時在瀝青路面結構設計理論分析屮研究工作較為深入，他們推算粒料材 料模量的方法為：按共振法使40種不同粒料材料承受各向同性的應力。0,測得動態(tài)模 量e,得下式(2 2)：e=(o 0/o 01)mxel(22)式

54、中：。01標準壓力,等于0. impa；el相當于。01時的模量；m 指數(shù)，對于砂，m=0. 20.5,對于粒料，m二0. 10.3,可挖以下式表 示：m=0. olv其屮：v 粒料材料的空隙率(%)。(3) shell設計方法中對直接鋪在土基上的級配碎石底基層給出了確定其動態(tài)模 量(e2)的經驗公式，模量值的大小與土基模量和級配碎石厚度有關，公式如下式(2- 3)：e2 = ke3, k = 0. 2x (h2)0.45(2-3)式中：h2為無機結合料基層的總厚度mm,且2<k<4；e3為土基模量(mpa) o(4)前蘇聯(lián)柔性路基設計須知中推薦嵌擠型碎石彈性模量，13級配碎石為350450mpa, 14級普通碎石為