公路路面基层
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• 施工质量问题?
• 路面结构设计方法问题? 路面结构类型（半刚性基层沥青路面） 设计理论体系（指标与方法）
半刚性基层的“问题”
• 强度高且容易开裂 • 半刚性基层容易发生水损坏 • 半刚性基层的耐久性需要考证
半刚性基层何去何从?
立项背景
半刚性基层在具有显著技术、经济优势的同时，存在下列突出问题。
公路路面基层
一、立项背景
大背景:公路建设快速发展。 减少路面早期损坏，延长路面使用寿命。
面层
供车辆安全、平稳行驶 主要起承重作用
路基
基层是公路路面的主要承重层, 基层的使用寿命决定着整个公路路面的使用寿命。
基层
立项背景
半刚性 基层
拌合、摊铺 压实、养生
其他类型 基层, 15%
半刚性基 层, 85%
水泥
砂石材料
或+ 或
石灰
工业废渣
其他类型 基层, 5%
半刚性基 层, 95%
半刚性基层
其他类型基层
半刚性基层
其他类型基层
图1 各级公路基层类型
图2 高速公路基层类型
半刚性基层在我国应用极广，占到基层用量的85%（各 级公路基层）至95%（高速公路基层）以上。
沥青路面早期损坏成因的“内忧外患”
• 超载问题?
室内振动压实成型设备示意图
室内振动压实机
振动参数之间关系
m1 r12 h1 m2 r2 2 h2
w 2f 2
f 2 m2 Rw 2 f1 m1 Rw 2
F 2 f12 f 2 2 2 f1 f 2 cos(1800 )
A F / me w2 a Aw 2 / g
F——振动器的激振力(N)；
α——偏心块的夹角(°)；
A——名义振幅（mm）；
a——振动加速度（g）；
me——下车系统的重量（下车重量+压头重量+下车配重）。
振动法、静压法含水量变化情况对比
反映了振动压实功与静力压实功的一致性。
振动法、静压法集料破碎情况对比
通过百分率(%)
2.36
19 31.5
100
16 90
13.2
80 9.5
70
60
4.75
50
40
30
筛孔尺寸(mm)
原始级配
振动法级配
20 击实法级配
振动压实的优点：级配的保持、变异性的减小，与现场压实状态的一致性
振动法、静压法集料破碎情况对比
静压法
振动法
振动法确定压实标准试验方法
一、目的和适用范围 本试验方法适用于在室内对水泥、石灰、石灰粉煤灰稳定粒料土基层
应力比
半刚性基层材料 沥青混合料
lgNf
路面基层一般要求
• 应具有足够的强度和稳定性； • 在冰冻地区应具有一定的抗冻性； • 应具有较小的收缩(温缩及干缩)变形； • 较强的抗冲刷能力。
材料组成设计目标
• 材料组成设计目标——多指标： 适宜强度 较小收缩 较小冲刷
振动压实
• 振动压路机原理及现有室内振动 压实成型设备状况
冲刷问题
• 半刚性基层表面的非紧密联结的细料在动水压力 泵吸作用下的脱离是形成冲刷的主要原因。
• 不产生或减小冲刷途径： 减少细料含量 增加结合强度 消减动水压力
疲劳问题
• 半刚性基层材料是一应力敏感性材料： 疲劳曲线较为平缓 超载对半刚性基层的寿命影响要更大于沥青面层
• 同样应力比条件下，半刚性基层比普通沥青面层具有更 长的疲劳寿命。 半刚性基层的长寿命
式中：m1——活动偏心块的重量(kg)； h1——活动偏心块的厚度(m)； r1——活动偏心块的半径(m)； R——偏心距(mm)；
m2——固定偏心块的重量(kg)； h2——固定偏心块的厚度(m)； r2——固定偏心块的半径(m)； ρ——钢的密度；
f——振动频率（Hz）
w——角速度(r/min)；
二、仪器设备 三、试料准备 四、试件制作步骤 五、注意事项及相关说明
半刚性基层材料收缩系数 测定方法
• 机测法和利用振弦传感器法 • 应变片电测法及测试系统的组成 • 半刚性基层材料温缩系数测定方法研究 • 半刚性基层材料干缩系数测定方法研究 • 半刚性基层材料温缩系数测定方法 • 半刚性基层材料干缩系数测定方法
抗裂性不足 导致面层 反射裂缝
冲刷能力 不足导致面层 唧浆、松散
强度不足 导致面层 疲劳破坏
强度问题
• 半刚性基层的可设计强度值域很宽:0.5~12MPa • 半刚性基层材料的强度不仅靠结合料的剂量,更应要靠良好
的集料级配. • 在一定条件下可以做到高强又不开裂. • 高强度半刚性材料应该是结构设计的要求的结果,而且应该
3.5～7
＜3.5
1.4
水泥剂量（干土重%） ≤5
7
9
10
≥13
收缩开裂问题
• 温度或干燥收缩是材料的“天性”。 • 及时的保湿养生可以避免干燥收缩裂缝。 • 控制细料含量可以显著减小温度收缩开裂可能。
水泥石和集料的收缩系数
成分
水泥石
集料
花岗岩
玄武岩
石灰石
白云石
பைடு நூலகம்砂岩
收缩系数（×10-6） 10～20 7～9 6～8 6 7～10 11～12
材料进行振动压实试验，以确定这些材料的含水量—干密度关系 曲线，确定其最佳含水量和最大干密度。试验集料的最大粒径应 控制在31.5mm以内，最大不得超过37.5mm。 二、仪器设备 三、试料准备 四、试验步骤 五、计算及制图
振动法成型试件试验方法
一、目的和适用范围 本试验方法适用于采用振动压实方法成型无机结合料稳定粒料的各 种试件，其中包括用于测试无侧限抗压强度、间接抗拉强度和抗压回 弹模量的圆柱体试件和用于温缩系数、干缩系数、抗折强度以及抗折 回弹模量测试的梁式试件。
• 室内振动压实成型设备的研制 • 室内振动压实设备振动压实规律
研究 • 振动法确定压实标准试验方法 • 振动法成型试件试验方法
振动压路机结构
振动压路机结构示意图
室内振动压实机结构
1—手动葫芦 2—机架 3—导向柱 4—上车系统 5—偏心块 6—减振块 7—下车系统 8—压头 9—钢模套环 10—钢模 11—钢模底盘 12—传动轴 13—电动机 14—变频器
是有界限的.
水泥稳定土的无侧限抗压强度和弯拉模量
土类
级配良好的 砾石-砂-粘 土，砂或砾 石
粉质砂， 粉质-砂质 粉土，粉质 砂质粘土 粘土，级 粘土，级配
配差的砂 很差的砂
重粘 土
7d无侧限抗压强度 （MPa）
弯拉模量（×103MPa）
＞2.8～10.5 1.7～ 3.5
7～21
7
0.7～1.7 0.35～1.05 ≤0.7
• 路面结构设计方法问题? 路面结构类型（半刚性基层沥青路面） 设计理论体系（指标与方法）
半刚性基层的“问题”
• 强度高且容易开裂 • 半刚性基层容易发生水损坏 • 半刚性基层的耐久性需要考证
半刚性基层何去何从?
立项背景
半刚性基层在具有显著技术、经济优势的同时，存在下列突出问题。
公路路面基层
一、立项背景
大背景:公路建设快速发展。 减少路面早期损坏，延长路面使用寿命。
面层
供车辆安全、平稳行驶 主要起承重作用
路基
基层是公路路面的主要承重层, 基层的使用寿命决定着整个公路路面的使用寿命。
基层
立项背景
半刚性 基层
拌合、摊铺 压实、养生
其他类型 基层, 15%
半刚性基 层, 85%
水泥
砂石材料
或+ 或
石灰
工业废渣
其他类型 基层, 5%
半刚性基 层, 95%
半刚性基层
其他类型基层
半刚性基层
其他类型基层
图1 各级公路基层类型
图2 高速公路基层类型
半刚性基层在我国应用极广，占到基层用量的85%（各 级公路基层）至95%（高速公路基层）以上。
沥青路面早期损坏成因的“内忧外患”
• 超载问题?
室内振动压实成型设备示意图
室内振动压实机
振动参数之间关系
m1 r12 h1 m2 r2 2 h2
w 2f 2
f 2 m2 Rw 2 f1 m1 Rw 2
F 2 f12 f 2 2 2 f1 f 2 cos(1800 )
A F / me w2 a Aw 2 / g
F——振动器的激振力(N)；
α——偏心块的夹角(°)；
A——名义振幅（mm）；
a——振动加速度（g）；
me——下车系统的重量（下车重量+压头重量+下车配重）。
振动法、静压法含水量变化情况对比
反映了振动压实功与静力压实功的一致性。
振动法、静压法集料破碎情况对比
通过百分率(%)
2.36
19 31.5
100
16 90
13.2
80 9.5
70
60
4.75
50
40
30
筛孔尺寸(mm)
原始级配
振动法级配
20 击实法级配
振动压实的优点：级配的保持、变异性的减小，与现场压实状态的一致性
振动法、静压法集料破碎情况对比
静压法
振动法
振动法确定压实标准试验方法
一、目的和适用范围 本试验方法适用于在室内对水泥、石灰、石灰粉煤灰稳定粒料土基层
应力比
半刚性基层材料 沥青混合料
lgNf
路面基层一般要求
• 应具有足够的强度和稳定性； • 在冰冻地区应具有一定的抗冻性； • 应具有较小的收缩(温缩及干缩)变形； • 较强的抗冲刷能力。
材料组成设计目标
• 材料组成设计目标——多指标： 适宜强度 较小收缩 较小冲刷
振动压实
• 振动压路机原理及现有室内振动 压实成型设备状况
冲刷问题
• 半刚性基层表面的非紧密联结的细料在动水压力 泵吸作用下的脱离是形成冲刷的主要原因。
• 不产生或减小冲刷途径： 减少细料含量 增加结合强度 消减动水压力
疲劳问题
• 半刚性基层材料是一应力敏感性材料： 疲劳曲线较为平缓 超载对半刚性基层的寿命影响要更大于沥青面层
• 同样应力比条件下，半刚性基层比普通沥青面层具有更 长的疲劳寿命。 半刚性基层的长寿命
式中：m1——活动偏心块的重量(kg)； h1——活动偏心块的厚度(m)； r1——活动偏心块的半径(m)； R——偏心距(mm)；
m2——固定偏心块的重量(kg)； h2——固定偏心块的厚度(m)； r2——固定偏心块的半径(m)； ρ——钢的密度；
f——振动频率（Hz）
w——角速度(r/min)；
二、仪器设备 三、试料准备 四、试件制作步骤 五、注意事项及相关说明
半刚性基层材料收缩系数 测定方法
• 机测法和利用振弦传感器法 • 应变片电测法及测试系统的组成 • 半刚性基层材料温缩系数测定方法研究 • 半刚性基层材料干缩系数测定方法研究 • 半刚性基层材料温缩系数测定方法 • 半刚性基层材料干缩系数测定方法
抗裂性不足 导致面层 反射裂缝
冲刷能力 不足导致面层 唧浆、松散
强度不足 导致面层 疲劳破坏
强度问题
• 半刚性基层的可设计强度值域很宽:0.5~12MPa • 半刚性基层材料的强度不仅靠结合料的剂量,更应要靠良好
的集料级配. • 在一定条件下可以做到高强又不开裂. • 高强度半刚性材料应该是结构设计的要求的结果,而且应该
3.5～7
＜3.5
1.4
水泥剂量（干土重%） ≤5
7
9
10
≥13
收缩开裂问题
• 温度或干燥收缩是材料的“天性”。 • 及时的保湿养生可以避免干燥收缩裂缝。 • 控制细料含量可以显著减小温度收缩开裂可能。
水泥石和集料的收缩系数
成分
水泥石
集料
花岗岩
玄武岩
石灰石
白云石
பைடு நூலகம்砂岩
收缩系数（×10-6） 10～20 7～9 6～8 6 7～10 11～12
材料进行振动压实试验，以确定这些材料的含水量—干密度关系 曲线，确定其最佳含水量和最大干密度。试验集料的最大粒径应 控制在31.5mm以内，最大不得超过37.5mm。 二、仪器设备 三、试料准备 四、试验步骤 五、计算及制图
振动法成型试件试验方法
一、目的和适用范围 本试验方法适用于采用振动压实方法成型无机结合料稳定粒料的各 种试件，其中包括用于测试无侧限抗压强度、间接抗拉强度和抗压回 弹模量的圆柱体试件和用于温缩系数、干缩系数、抗折强度以及抗折 回弹模量测试的梁式试件。
• 室内振动压实成型设备的研制 • 室内振动压实设备振动压实规律
研究 • 振动法确定压实标准试验方法 • 振动法成型试件试验方法
振动压路机结构
振动压路机结构示意图
室内振动压实机结构
1—手动葫芦 2—机架 3—导向柱 4—上车系统 5—偏心块 6—减振块 7—下车系统 8—压头 9—钢模套环 10—钢模 11—钢模底盘 12—传动轴 13—电动机 14—变频器
是有界限的.
水泥稳定土的无侧限抗压强度和弯拉模量
土类
级配良好的 砾石-砂-粘 土，砂或砾 石
粉质砂， 粉质-砂质 粉土，粉质 砂质粘土 粘土，级 粘土，级配
配差的砂 很差的砂
重粘 土
7d无侧限抗压强度 （MPa）
弯拉模量（×103MPa）
＞2.8～10.5 1.7～ 3.5
7～21
7
0.7～1.7 0.35～1.05 ≤0.7