半刚性基层沥青路面的倒装结构综述

２ 倒 装 结 构 应 用 实例
倒 装 结 构 在美 国、 澳大利亚、 南 非 等 应 用 较 多 ， 这 些 实 例 中有 些 效 果 较 好 ， 有些效果却并不显著 ．
收 稿 日期 ：２ ０ ０ ２ ． １ ２ ． １ ８ ． ． 作 者 简 介 ：金 江 （ １ ９ ６ ８ 一） ， 女， 浙江浦江 人， 讲师 ， 硕士 ．
用低 频高 振 幅的振 动 成型 ．
２ ） 裂缝 的成 因非 常复 杂
大多 数人 认 为反射 裂 缝是 半 刚性基 层 沥青 路面 开裂 的 主流 ， 过度 关 注反射
裂缝 ， 甚 至 低估 了面层 本 身 的低 温 开裂 ．我 国高 速公 路 大多 使 用 性能 不 太好 的沥青 ， 低 温 延度 低 ， 抗 裂性
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如 澳大 利 亚 的实例 ， 路 面结 构 为４ ０ Ｉ ｎ ｌ Ｔ ｌ 沥青 面层 ＋１ ６ ０ ｎ ｌ ｌ Ｔ ｌ 级 配 碎石 ＋２ ２ ５ ｎ ｌ ｌ Ｔ ｌ 碾 压混 凝 土 ＋ｌ ５ ０ ｎ ｌ ｌ Ｔ ｌ 石灰
全 柔性 路 面 基 层 可 以采 用 沥 青 碎 石 ， 这在 国外 有 过实 例 ．如 奥地 利 的 结 构 为沥 青混 凝 土 （ ２ ． ７ ＋３ ． ０ ＋ ４ ． １ ｃ ｍ） ＋沥青 碎 石 （ １ ４ ＋ｌ ６ ｃ ｍ） ＋防冻 层 （ ３ ０ ｃ ｍ） ； 德 国 的结 构 为 沥青 混凝 土 （ ４ ＋３ ＋５ ｃ ｍ） ＋沥 青碎 石 （ １ ８ ｃ ｍ） ＋ 级配砂砾 （ １ ５ ｃ ｍ） ＋防冻层 ； 美 国的 结构 为 沥青 混 凝 土 （ ５ ｃ ｍ） ＋沥 青碎 石 （ １ ９ ｃ ｍ） ＋ 砂砾 （ １ ５ ｃ ｍ） ＋加
３ 讨
论
这 些 实例说 明倒装 结构 在一 些 国家 应用 成功 ， 但 在我 国效 果并 不理 想 ， 经分 析 可得 出 以下几 点 原 因 ．
１ ）级 配碎 石材 料 的组 成及 工艺 难 以控 制 倒 装 结构 的级 配 碎石 材料要 求 的是 优 质 的级配 碎石 ， 这 不 仅 要 求碎 石 的 强度 高 ， 而且 最 佳 的级 配 组成 、 不 同的成 型 方式 等 均影 响 着它 的力 学性 质 ， 而这 些 因素存 在 着 较大的变异性 ， 施 工 中往 往 控 制 不 好 ．因 此 ， 首 先应严格选材， 保 证原料的强度、 压碎 值 及 控 制 小 于 ０ ． ０ ７ ５ ｎ ｌ ｌ Ｔ ｌ 的颗 粒 含 量 ．同 时， 压 实 工 艺非 常 关 键 ， 级 配 碎 石 既要 形 成稳 定 的嵌挤 骨 架 ， 又 不 能碾 碎 ， 应 采
（ ５ ０ ０ ～３ ０ ０ ０ ） ＭＰ ａ ， 把它作 为基层 可有效 减少 沥青面层 底部 的拉应力 ， 甚至使 之受压应 力 ， 即使面层很 薄 （ ８ ～ １ ０ ｃ ｍ） ， 其强 度足 够 ， 较 为经济 ．但 是半 刚性基 层 沥青路 面 显著 的缺 点是易 开裂 ，其裂 缝 主要有 两大 类 ， 一
金 江
（北 京 工 业大 学 建 筑 工 程 学 院 ， １ ０ ０ ０ ２ ２）
摘
要 ：针 对半 刚性 基 层 沥 青 路 面 裂 缝 比较 严 重 的 问题 ， 介 绍 了倒 装 结 构 能 防治 裂 缝 的机 理 ， 综 述 了 国 内外 大 量
应用实例， 详 细 讨 论 了我 国 实 验 路 的 使 用情 况 ； 同时 提 出柔 性 基 层 是 解 决 半 刚 性 基 层 沥青 路 面 开 裂 的途 径 之 Fra Baidu bibliotek ．
层 大 ．在某 些 时候 ， 如 温差 较大 而湿 度变 化 不大 时 ， 面层 会首 先 开裂 ．但 是 ， 考 虑 到基 层 的干 缩系 数 较大 ， 在 干缩 与温 缩共 同作用 下 ， 基 层也 会先 于面层 开裂 ．因此 ， 开裂 的原 因是很 复杂 的 ．在 我 国实验 路 中， 设级 配碎 石段 出现 的裂缝也 有可 能是 面层引起 的 ， 这时 ， 设 倒装 结构 对减少 开裂 当然是 没 有作 用的 ．
沥青 缺乏 ， 面层 设 计很 薄 ， 但 经 使 用表 明这是 一个成 功 的设计 ．而 美 国 的使用 经验 说 明 ， 设 了 中间层 ， 路 面 的强 度下 降 ， 各实 验 段寿命 不稳 定 ， 变 化 幅度 较 大 ， 平 均寿命 与不 设 中 间层 的路面 相 比少 ２ ａ ． 我 国的实 验路研 究 开始 较 晚 ．北 京一 石家 庄、 西 安一 三原 、 上海一 南京 等 高速公 路均作 过 实验路 ， 但使 用效 果并 不令 人满 意 ．如 北京 一石 家庄 高速公 路 实验段 从 １ ９ ８ ８年竣 工 到 １ ９ ９ １ 年正 式开 放交通 ， 设 级配碎 石 的段几 乎无 裂缝 ， 而 它 的对 比段均 有不 同程 度 开裂 ， 但 ５ ａ之后 ， 设 级配 碎石 的路 段也 出现 了开 裂甚 至 网 裂 ．而西 安一 三原 高速公 路在 使 用 ６ ａ以后 ， ４个 级配碎 石 实验 段 中有 两段 仍无 开裂 ， 而另 两段 产生 裂缝 或 网裂 ， 开裂 程度甚 至超过 了对 比段 （ １ ６ 个 对 比段平均裂 缝率 ０ ． １ ９ ％， 而 这两段 裂缝率 却为 ０ ． ３ ８ ％） ．
差， 面层易 裂 ．如 １ ９ ９ ３年济 南一 青岛高 速公路 、 １ ９ ９ ４年 石家 庄一太原 高速 公路 经钻芯 发现绝 大多数 裂缝 是
上宽下 窄形 式 ， 可 见是 由面层先 出现裂缝 ．假设 当面层温 度下 降 ｔ ｌ 时， 基 层温度 下 降 ｔ ２ ，且 ｔ ｌ ＞ｔ ｚ ， 面层越 厚
合理 性 ： 首先， 级 配碎 石 属 于散 粒体 ， 具 有 一 定 的抗 压 强度 ， 不 具 有抗 拉 能力 ， 不 能 传 递裂 缝 尖端 的拉 应力 及拉 应 变 ， 因而 消除 了裂 缝 扩展 的可 能 性 ； 其次 ， 级配 碎 石作 为 中间层 起 了隔 离作 用 ， 使其 下 的半 刚性 基层 受温 度 湿度 的影 响减小 ， 开裂 的可 能性 减少 ； 同时级 配碎 石 由于 空 隙较大 还 能起 到排 水层 的作 用 ．
是面 层在 载荷 与温 度作 用下 引起 的面 层开裂 ， 另 一类 是 由于基层 开裂 而 引起 的反射裂 缝 ．由于 某些 地 区反 射裂 缝 比重 常常超 过 ５ ０ ％， 近些年来 ， 国 内外 一直在寻 找延缓反 射裂缝 的方法 ．如 进行半 刚性基层 的合理 组
合设 计 ， 并严 格控 制工艺¨ ， 这通常可减 少其温 缩与 干缩系数 ， 增加抗裂 性， 但并 未从根本 上消除反 射裂缝 ．
级配 碎石材 料与 沥青面层 及半 刚性基层 相 比， 非线性 特性非 常 明显， 该层 的 回弹模量 应采用 动态三轴 压
缩实验测得， 其中间层的级配碎石的回弹模 量 （ ５ ５ ０ Ｉ Ｖ Ｉ Ｐ ａ ） 远高于静态线性值【 ， 结构的应力分析也应采用非
线性 层状体 系理论 ， 经计 算可 知， 倒 装结构在 力学上 特点是 ： ① 其路 表弯沉 大于一般 的半 刚性 基层 沥青路 面 ， 且 与 中间层 厚度 成正 比； ② 传 统 的半 刚性 基层 沥青 路 面结 构 由于 回弹模 量较 大使 得沥 青面层 基本 处于 受压 状态， 而 倒装结 构 由于 中间层 回弹模 量较 小使 得面层 受拉 ， 但此拉 应力 对于一般 薄沥青 面层 （ ６ ～１ ２ ｃ ｍ） 尚不
温差 越大 ．由表 ｌ 可 知， 面层 材料 的温缩 系数 ａ 。 大 于基层 材料 的温缩 系数 ａ ， ， 面层 变形 量 Ａ ． ＝ａ ， ｆ １ ， 基层 变
形量 Ａ ， ＝ａ ． ‘ ， Ａ ＞Ａ ， ， 而 低温 下 （ 一２ ０ ￣ Ｃ） 面层 允许 应变￡ ， 小于基 层允 许应 变￡ ， 所 以面层受 温度 影响 比基
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第４ 期
金
江：半 刚性基层 沥青路 面的倒装结构综述
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裂 的问题 并未 彻底 解 决 ．
４ 柔 性 基 层
半 刚性基 层沥 青路 面 比柔性路 面易 开裂 是不 争 的事实 ， 尤其 是一些 南方 多雨 地 区随着 裂缝 的出现 导致 严重 的水损害 ， 因此 ， 在这些 地区可考虑 采用柔 性基层取 代半 刚性 基层 以彻 底解决 开裂、 水 损害等 问题 ．
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第２ ９ 卷
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第４ 期
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Ｖ０ １ ． ２９ Ｎｏ ． ４
Ｄｅ ｃ．２ ｏ ０３
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半 刚性 基 层 沥 青 路 面 的倒 装 结构 综 述
大 于其 疲劳抗 拉强 度 ， 故 面层 不会拉 裂破 坏； ③中 间层 受压 ， 力学 上是 安全 的， 该层 太薄不 足于起 到减 少反射
裂 缝 的作用 ， 太厚 则使路 表弯沉 过大 ， 而且较强 的两层 材料 中间夹一层厚 的较 软层 ， 结构 会不稳定 ， 取ｌ ０ Ｗ ｌ ５
ｃ ｍ 较合理¨】 ．④ 对于半 刚性基层 的底部 拉引力 ， 只要厚 度足够 （ 一般大 于 ４ ０ ｃ ｍ） ， 拉 应力能减 小到安全 值 ．
１ 倒 装 结构
为 减 少反 射 裂缝 ， 这 里 介 绍用 级 配碎 石 中 间层 减 轻反 射裂 缝 ．该结 构 是在 沥 青 面层 与半 刚性 基层 之 间加 一 层级 配 碎 石 ， 其厚 度 一 般 为 ｌ ５ ｃ ｍ 左 右 ．此结 构 由于 在 回弹模 量 较大 的沥 青面 层 与半 刚性 基层 之 间夹 了一层 较 为 柔 软 的 回弹模 量 较小 的级 配碎 石 层 ， 故称 为倒 装 结 构 或夹 层结 构 ．这种 结 构理 论 上具 有
表１ 沥青材料 与半刚性材 料的低 温特 性表
３ ）当地气候的影响 澳大利亚、 南非成功的实例也与当地的特有气候有关．比如南非气候温和， 降
雨 主要 在 夏 季 下 午 ， 时 间短 ， 冬 季 可能 冰 冻 和 降 小 雪 的 几 率是 ２ ０ ａ一 遇 ， 土 地 无 冻结 情 况 ， 温度应力小． 而 我 国北方 冬 季 降 温急 ， 寒流不断， 昼 夜 温差 大 ， 必 将产 生 较大 温 度 应 力 ， 开裂 的可 能 性 较大 ．因此 ， 倒 装 结 构在 我 国得 以真 正应 用 ， 必须 提高 施工 工 艺 ， 分 清 裂缝 类型 ， 并 充分 考 虑 当地 的气 候 条件 ． 当然 ， 防治 反射 裂缝 的 方法 有多 种 ， 如加 强 面层 材料 的抗 裂性 ， 面层 与基 层 间用 土工织 物材 料 、 橡 胶沥 青 封层 和 应 力 吸收 膜 】 ， 降低 半 刚性 基层 的强度 等 等 ； 但 现有 的方法 都 存 在一 定 的局 限 性 ， 延缓 性 裂缝 开
处 治层 ， 使 用效 果 很好 ， 只 有偶 尔个 别 孤立裂 缝 ； 南 非把 倒装 结构 用 于机 场道路 ， 路 面 结构 为７ ０ ｍｍ沥 青面
层 ＋１ ０ ０ ｎ ｌ ｌ Ｔ ｌ 级配 碎 石 ＋３ ０ ０ ｎ ｌ ｌ Ｔ ｌ 水 泥结 粒料 （ 压 实度 ９ ７ ％） ＋４ ５ ０ ｎ ｌ ｌ Ｔ ｌ 水 泥结 粒料 （ 压 实度 ９ ５ ％） ， 由于 当地
关 键 词 ：半 刚 性 基 层 沥 青 路 面 ；倒 装结 构 ； 柔 性 基 层
中图分类号：Ｕ４ １ ６
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：０ ２ ５ ４ —０ ０ ３ ７ （ ２ ０ ０ ３ ） ０ ４ —０ ４ ６ ５ —０ ３
目前 ， 我 国高等 级公 路 广泛采 用半 刚性基 层 沥青 路面 ， 半 刚性材料 具有 较高 强度 ， 抗压 回弹模 量 一般 为