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【转载】大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨  

2015-08-25 23:44:00|  分类: 工程建设 |  标签: |举报 |字号 订阅

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大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨 - wuhelo100 - 赤鱼追波
  [摘要]通过国道104线改建工程应用的三大技术,即碎石化处理旧水泥砼路面、大粒径透水性沥青混合料技术和多孔隙水泥稳定碎石技术,介绍高等级道路拓宽改建过程中所要解决的主要问题,重点对大粒径透水性沥青混合料作为柔性基层,在路面大修改建过程中所起的作用进行了详细的分析,并对存在的问题进行了认真的探讨。 
  [关键词]道路工程;大粒径透水性沥青混合料;应用;探讨 
   
  1.概况 
   
  1.1国道104济南至五峰段老路面结构为15cm水稳砂砾+15cm水稳碎石+24cm水泥砼路面,老路面宽度不同段落分别为22m和18m,新改建路面结构为:旧水泥砼路面经碎石化处理后上覆22cm的沥青路面,新改建路面为宽32.5m、双向八车道的城市快速主干道,老路双侧分别加宽5.25~7.25m,加宽段路面结构为15cm水稳砂砾(或碎石)+15cm多孔隙水稳碎石+15cm水稳碎石+12cm大粒径透水性沥青混合料+6cmAC-20改性沥青砼+4cmAC-13抗滑表层;砼路面碎石化后路面结构:12cm大粒径透水性沥青混合料+6cmAC-20改性沥青砼+4cmAC-13抗滑表层。其路面改建结构图见图1。

大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨 - wuhelo100 - 赤鱼追波  

大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨 - wuhelo100 - 赤鱼追波

  
  1.2整段路(20.3Km)最终改建为双向八车道的城市快速主干道,将长清区大学城与济南市区连成为一个整体。为确保此段路改建后的使用效果和路面寿命,业主在设计方案上进行了多次优化,最终确定了改建方案,即重点采用了碎石化处理旧水泥砼路面、大粒径透水性沥青混合料和多孔隙水泥稳定碎石中基层三大技术。旧水泥砼路面拓宽改建为沥青砼路面,所面临的主要问题:一是如何改造旧砼路面,方案中碎石化工艺解决了此问题,且“变废为用”,节约了资源,减少了环境污染和少占用过多的垃圾存放场地;二是如何解决半刚性基层的反射裂缝问题;三是如何把结构层间的水排出去,防止沥青路面在重复荷载作用下的水损害,做到“疏导”路面结构层间水的目的,改建方案中的大粒径透水性沥青混合料不仅起到了应力吸收的作用,而且和多孔隙水泥稳定碎石起到了排除路面结构层间水到路面以外的作用,是路面整体排水系统的一部分,其自身较高的强度又达到了“抵抗”变形的作用。以上技术尤其是大粒径透水性沥青混合料在本路的应用实践,将对公路拓宽改建产生深远的影响。本文将重点介绍大粒径透水性沥青混合料在104国道的应用,以及对目前应用过程中存在的问题予以探讨。 
   
  2.大粒径透水性沥青混合料柔性基层作用和设计 
   
  大粒径透水性沥青混合料(LargeStonePorousAsphaltMixes,简称LSPM),是一种新型的沥青混合料,通常由较大粒径(25~62mm)的单粒径集料形成骨架,由一定量的细集料形成填充而形成的骨架型沥青混合料,用作路面结构的基层使用。本工程把LSPM作为柔性基层来考虑。 
  本工程为了确保改造后路面的使用寿命,采用12cm大粒径透水性沥青混合料+6cmAC-20改性沥青砼+4cmSMA-13抗滑表层,总厚度达22cm。路面结构层总厚度比较厚,前期建设投资较大,但路面使用寿命长,后期养护费用低,从全寿命周期成本考虑还是值得推广的。 
大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨 - wuhelo100 - 赤鱼追波

大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨 - wuhelo100 - 赤鱼追波

  2.1LSPM柔性基层的作用 
  2.1.1LSPM实际上是为了进一步吸收砼路面结构所产生的集中应力而设置的一层沥青路面柔性基层,其作用是由于空隙率较大(13~18%),沥青含量低,其弹性模量较低,混合料中存在较大连贯空隙,具有较强的抵抗反射裂缝的能力,从而延缓了柔性路面的使用寿命;同时由于大碎石的骨架结构和大孔隙率,使破碎后的旧砼板块之间的集中应力在大碎石的孔隙中被消解分散,达到了最终解决“反射裂缝”上延的目的。 
  2.1.2由于沥青路面渗透性的存在,路面结构层间水常常导致高等级公路的过早水损坏,所以LSPM的大孔隙同时起到疏导、排除路面结构层间水的作用,所以改建后的LSPM作为路面排水层来使用。 
  2.1.3由于粗集料形式是完整的骨架嵌挤结构,具有较强的抵抗车辙变形能力。 
   
  2.2LSPM柔性基层与其他基层的技术经济比选。 
  旧水泥砼路面经碎石化处理后,可以采用的基层类型是比较多的,一种是水泥稳定碎石基层,例如:本路个别路段因为调坡的原因致使加铺层过厚,从而采取碎石化后加铺20~40cm的水稳碎石基层,其上又做了12cm大粒径透水性沥青混合料(不经济),第二种是级配碎石基层,例如:104国道泰安段为降低造价在辅道处设置级配碎石基层;第三种大粒径透水性沥青混合料柔性基层;以及三种基层的组合。几种主要基层类型的经济效益及优缺点比较见下表1。 
  从上表上看,大粒径透水性沥青混合料作为柔性基层,具有排水及减少反射裂缝的优点,虽造价高,但效果明显。 
   
  2.3LSPM柔性基层的设计。 
  本文以LSPM-30为例简要介绍设计方法及主要控制指标。 
大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨 - wuhelo100 - 赤鱼追波

  
大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨 - wuhelo100 - 赤鱼追波

  2.3.1LSPM柔性基层的设计采用体积指标,沥青膜厚度以及混合料性能指标来控制,最大粒径30mm,大碎石应力吸收层要求采用MAC-70#改性沥青。其目的是根据MAC改性沥青的抗高温、抗水(油)损害和耐老化的性能特点而选择的。MAC改性沥青的技术指标如下表-2。 
  由于大粒径透水性沥青混合料要求13%-18%的空隙率,所以沥青膜的厚度大小对大粒径透水性沥青混合料的耐久性是相当重要的,所以要求厚度大于12μm。 
  2.3.2级配设计主要是根据开级配沥青混合料设计的大量实践经验,同时参考美国NCHRp.Report386和贝雷级配选择的理论与实践,通过级配的优选和混合料设计比较确定的。所设计的级配主要是保证混合料粗骨料相互嵌挤,同时提供一定的矿料间隙率使混合料的空隙率满足排水的要求。 
  2.3.3最佳沥青用量的确定。用优选的级配进行2.5、3.0、3.53个沥青含量的大马歇尔击实试验,试件的毛体积密度用计算方法确定。最佳沥青含量综合孔隙率、沥青膜厚度、析漏、分散损失等指标进行确定,最大理论密度采用计算法(与现行规范的计算方法相同)。混合料的目标配合比结果如下表3;LSPM-30马氏体积计算见表4。 
   
  2.4渗水试验。 
  渗水的效果是与空隙率的大小相辅相成的,见图2,渗水系数与空隙率的关系示意图。 
  从图中可见随空隙率的增大,渗水效果有明显上升和突变过程,本工程混合料设计和施工时空隙率要求在13~18%,否则空隙率过小,渗水效果达不到理想的目的,造成路面结构层内渗水很难排出;空隙率过大,则大粒径透水性沥青混合料的耐久性受到影响,所以检测渗水效果相当重要,渗水试验方法采用美国ASTMPS-01规范
大粒径透水性沥青混合料柔性基层技术应用与探讨 - wuhelo100 - 赤鱼追波

  标准,所用的仪器为无侧向渗水仪。渗水系数的大小反映沥青混合料试件的相对渗水能力,本次设计的渗水试验结果为0.2cm/s,该指标满足基层排水要求。3.大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层有关问题探讨 
   
  3.1施工时的离析问题。 
  由于大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层为开级配的沥青混合料,所以大碎石在卸料、运输、送料、蜗轮传送、收料仓收料的过程中无法避免沥青混合料产生离析,而且通过实际施工观察,离析的程度相当严重。离析所带来的危害是相当多的,例如:(1)粗集料过于集中造成大粒径透水性沥青混合料(LSPM)柔性基层的骨架嵌挤结构被破坏,改变了原设计的大碎石配合比,造成受力性能和排水效果降低;(1)容易造成集料碾压成型后,此层路面松散,破坏了此层路面的结构强度,以及使用寿命;(3)在同样的压实功作用下,离析处的碎石容易被震动压路机震碎,改变了级配和该层路面的联结强度,影响路面的使用寿命。
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