泡沫瀝青柔性基層與傳統(tǒng)半剛性基層工程對(duì)比分析

姜濤

【摘 要】我國(guó)在20世紀(jì)90年代以后，高速公路行業(yè)實(shí)現(xiàn)了高速地發(fā)展，我國(guó)的高速公路建設(shè)規(guī)模越來越大，而且其通車的長(zhǎng)度已經(jīng)在世界上屈指可數(shù)，我國(guó)在建設(shè)高速公路的過程中，其結(jié)構(gòu)形式一般都會(huì)設(shè)計(jì)成半剛性的，通過對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看出，我國(guó)的高速公路瀝青路面中幾乎90%基層都是采用的半剛性的結(jié)構(gòu)。本文通過分析柔性基層的主要類別和柔性基層與半剛性基層產(chǎn)生破壞的主要方式，從而能夠?qū)ε菽瓰r青柔性基層與傳統(tǒng)半剛性基層工程進(jìn)行對(duì)比。

【關(guān)鍵詞】柔性基層 半剛性基層 破壞方式 設(shè)計(jì)思想

運(yùn)用半剛性的基層，能夠提高高速公路路面的承載力，提高路面的抗壓能力，使高速公路的路面更加具有穩(wěn)定性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)路面的支撐，然而，伴隨著半剛性基層的廣泛使用，也存在著很多的缺陷，半剛性基層在使用的過程中還是具有一定的局限性的，這就導(dǎo)致了其在溫度相差較大的場(chǎng)合就由于熱脹冷縮的緣故產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重了會(huì)出現(xiàn)反射裂縫。在行車的壓力下，再加上水和溫度的作用下，會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松散的問題，使路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，給人們的出行帶來一定的安全隱患。尤其是最近幾年來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，高速公路出現(xiàn)了超載的問題，半剛性基層路面的缺陷逐漸展現(xiàn)出來，所以，在建設(shè)高速公路的時(shí)候，盡量增加瀝青的厚度，從而能夠提高高速公路路面的強(qiáng)度。但是，在增加瀝青厚度的同時(shí)，導(dǎo)致了高速公路路面的造價(jià)也在升高，半剛性基層的抗壓能力還是不能得到提高。所以，應(yīng)該分析高速公路瀝青路面的基層結(jié)構(gòu)形式，將不同的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對(duì)比，從而找出最佳方案，提高高速公路建設(shè)的質(zhì)量，為人們的出行提供方便?，F(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)高度重視高速公路路面的建設(shè)，也已經(jīng)開始對(duì)柔性基層路面進(jìn)行研究。

1幾種主要的柔性基層材料的適用性分析

1.1級(jí)配碎石

對(duì)碎石的級(jí)配指的是將碎石進(jìn)行碾壓形成一種材料，在級(jí)配的過程中不會(huì)使用膠結(jié)料，所以，材料的抗拉能力比較差，在高速公路建設(shè)的過程中，一般是將級(jí)配碎石鋪設(shè)在半剛性基層或者水泥路面上，能夠減少外界帶來的應(yīng)力，防止反射壓力過大，使路面發(fā)生裂縫。在高速公路中，柔性路面的結(jié)構(gòu)層，其抗壓能力不是很強(qiáng)，在高速公路的基層鋪設(shè)級(jí)配碎石，或者在路基上鋪設(shè)級(jí)配碎石，使路基的結(jié)構(gòu)能夠更加完善，提高路基的抗壓能力。級(jí)配碎石在鋪設(shè)之前，要進(jìn)行壓實(shí)工序，確保級(jí)配碎石的強(qiáng)度能夠達(dá)到要求。

半剛性基層材料的回彈模量還是比較高的，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于級(jí)配碎石，而且與半剛性材料一起使用的級(jí)配碎石具有一定的非線性特征，這種特點(diǎn)決定了將強(qiáng)度比較大的材料放置在下臥層上面，從而能夠獲得較大的回彈模量，在此基礎(chǔ)上，使高速公路的路面具有較好的抗壓能力和塑性能力，級(jí)配碎石鋪設(shè)在路面上能夠降低瀝青路面發(fā)生反射裂縫的幾率，而且能夠改善高速公路的抗疲勞能力。

1.2大碎石瀝青混合料

大碎石瀝青混合料也可以稱為大粒徑瀝青碎石混合料，這類料的粒徑是比較大的，而且，其密實(shí)度是比較高的，孔隙率低，孔隙率只能夠達(dá)到5%左右，在使用開式級(jí)配的方法中，其孔隙率只能達(dá)到10%左右，大碎石瀝青混合料的粒徑一般只有30毫米。

大碎石粒徑的優(yōu)點(diǎn)還是比較多的，其能夠?qū)鶎拥男阅苓M(jìn)行完善，能夠?qū)鶎拥慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，而且成本是比較低的。通過對(duì)高速公路的相關(guān)調(diào)查，可以分析出，當(dāng)路面的粒徑越大，其受到的負(fù)荷也就越大，但是其抗壓能力也隨之增強(qiáng)。大碎石瀝青混合料與其他的混合料相比，其優(yōu)點(diǎn)在于，能夠節(jié)省瀝青的使用量，降低高速公路建設(shè)的成本，在高速公路建設(shè)的過程中，一般能夠減少30%的瀝青使用量，而且，能夠?qū)α竭M(jìn)行分析，在不同等級(jí)的公路，選擇不同粒徑的用料。由于粒徑比較大，就能夠使集料的表面積減小，能夠使瀝青膜變厚，這樣提高了瀝青的使用年限，使瀝青在使用的過程中具有良好的抗老化的能力，而且能夠防止降水對(duì)路面的侵害。通過對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的研究，分析出一般粒徑為35毫米的時(shí)候，其抗壓強(qiáng)度是最好的，而且不會(huì)產(chǎn)生較大的蠕變現(xiàn)象，而且回彈模量和抗疲勞性能夠達(dá)到最佳。

1.3乳化瀝青混合料

乳化瀝青混合料能夠起到穩(wěn)定路面的效果，尤其是在路面基層施工的過程中，運(yùn)用乳化瀝青，可以提高基層的抗壓能力。乳化瀝青是運(yùn)用膠結(jié)材料制成的，是柔性基層的一個(gè)分支，乳化瀝青在使用的過程中，不會(huì)浪費(fèi)大量的資源，而且在施工中能夠使施工條件更加得完善，在施工中也不會(huì)造成環(huán)境污染。在使用乳化瀝青進(jìn)行高速公路的施工時(shí)，能夠在一定程度上改善高速公路的性能，使高速公路的安全性提高，其應(yīng)用還是比較廣泛的。

2柔性基層路面與半剛性基層路面的對(duì)比

2.1路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布

半剛性結(jié)構(gòu)是由一個(gè)板體構(gòu)成的，其整體性強(qiáng)，而且能夠承受較大的壓力，使壓力的分布不那么集中，能夠?qū)⑼饨绲膲毫Ψ稚?，柔性基層路面一般比半剛性基層路面要厚。外界形成的壓力一般都集中在面層的頂部，而且隨著厚度的增加，外界的壓力也會(huì)越小，當(dāng)壓力達(dá)到一定的厚度的時(shí)候，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用力，在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部會(huì)形成一個(gè)拉應(yīng)力，在基層的最下方會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拉應(yīng)力的最大值。對(duì)于剪應(yīng)力的分布，一般要對(duì)路面的深度進(jìn)行分析，其最大值一般是在路面的5-20厘米處，如果路面上出現(xiàn)了超載和重載的問題時(shí)，其剪應(yīng)力還會(huì)深入到更深層次的路面中。但是，剪應(yīng)力的范圍主要是在5-20厘米處，剪應(yīng)力一般產(chǎn)生在路面的基層和面層上。在通常情況下，如果瀝青鋪設(shè)的越厚，如果路面的負(fù)荷超過了極限，就會(huì)產(chǎn)生更大的車轍，而且，國(guó)外也有相關(guān)的研究表明，如果瀝青鋪設(shè)的厚度不超過20厘米，那么，瀝青越厚，車轍就越明顯，如果瀝青鋪設(shè)的厚度大于20厘米，那么，產(chǎn)生的車轍與瀝青鋪設(shè)的厚度就不存在任何的關(guān)系了，通過對(duì)此的研究，可以發(fā)現(xiàn)剪應(yīng)力主要對(duì)路面的基層和面層產(chǎn)生影響。

2.2兩種路面結(jié)構(gòu)的破壞模式

2.2.1材料的特征

半剛性基層的承載能力比較好，而且能夠形成比較大的剛度，具有板體性特征，而且成本不高，但是，這種的材料的塑性是比較差的，其在不同的溫度下會(huì)發(fā)生不同程度的變形，而且，在熱脹冷縮的影響下容易發(fā)生開裂的問題，是一種脆性的材料。柔性材料都屬于彈性比較好的材料，這類材料具有較好的韌性，具有良好的可塑性，但是，由于能夠產(chǎn)生較大的變形，所以，隨著路面厚度的增大，也會(huì)產(chǎn)生更多的施工成本。

2.2.2半剛性基層路面的破壞形式

由于半剛性基層材料具有在不同溫度下發(fā)生變形的問題，所以，在采用這種材料建設(shè)路面時(shí)，出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象是不能避免的，當(dāng)裂縫發(fā)生時(shí)，如果有車輛行駛到裂縫邊緣，就會(huì)出現(xiàn)路面的形變，在裂縫處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的作用力，尤其是在裂縫中心，受到了上部和下部的剪切力，又受到了底層的拉應(yīng)力，再加上溫度的改變，在反復(fù)地作用下，最終會(huì)導(dǎo)致反射裂縫的產(chǎn)生。如果再遇到持續(xù)的降水，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生雨水滲透到地下的問題，當(dāng)車輛行駛過后，在基層和底層都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的沖刷力，將材料中的細(xì)料直接沖刷出來，材料的結(jié)構(gòu)越來越松散，最后會(huì)出現(xiàn)路面塌陷的問題，半剛性基層的板體性越來越差，使半剛性基層材料的結(jié)構(gòu)遭到破壞，使路面出現(xiàn)大面積的沉降。如果在界面上有大量的積水存在，那么，就會(huì)導(dǎo)致界面的接觸條件發(fā)生很大的變化，導(dǎo)致路面的結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，不能形成連續(xù)的結(jié)構(gòu)，這種情況導(dǎo)致路面的受力狀態(tài)不穩(wěn)定，在受力比較大的區(qū)域會(huì)發(fā)生路面的塌陷。

2.2.3柔性基層路面的破壞形式

在對(duì)柔性基層路面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，只要不出現(xiàn)很大的問題，一般柔性基層路面的破壞只會(huì)在面層上出現(xiàn)，在面層上會(huì)出現(xiàn)車轍。車轍的產(chǎn)生是由于路面的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受到強(qiáng)大的剪切力的作用引起的，而且，柔性基層路面的塑性蠕變能力強(qiáng)，在遇到壓力時(shí)很容易發(fā)生變形，路面在受到車輛帶來的水平荷載的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)彎矩作用，如果瀝青的厚度大于40厘米時(shí)，就會(huì)造成路面產(chǎn)生裂縫。瀝青的厚度越大，越容易產(chǎn)生裂縫。

2.3設(shè)計(jì)思想

根據(jù)兩種材料的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在對(duì)高速公路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該選擇不同的設(shè)計(jì)方法。半剛性材料的強(qiáng)度是比較大的，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，一般將這種材料鋪設(shè)在承重層，盡管在對(duì)面層設(shè)計(jì)的時(shí)候，也提高了面層的厚度，但是，當(dāng)高速公路的瀝青面層的厚度大于18厘米時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致半剛性基層的強(qiáng)度減小。仍然會(huì)產(chǎn)生反射裂縫，成為高速公路路面產(chǎn)生裂縫的主要形式。柔性基層路面在產(chǎn)生裂縫的時(shí)候，是呈現(xiàn)自上而下的形式的，首先是對(duì)面層的破壞，然后是對(duì)路基產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的破壞，所以，在路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該先設(shè)計(jì)面層，對(duì)面層進(jìn)行功能性設(shè)計(jì)，然后再設(shè)計(jì)基層和承重層。在柔性基層路面的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該確保底層具有最大的拉應(yīng)力。

3結(jié)語

通過對(duì)半剛性基層路面和柔性基層路面進(jìn)行分析，分析出這兩種路面各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在進(jìn)行高速公路建設(shè)的過程中，就應(yīng)該分析路面的粒徑，當(dāng)路面的粒徑越大，其受到的負(fù)荷也就越大，但是其抗壓能力也隨之增強(qiáng)。

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