道路结构的新概念——复合路基结构界面层的研究.pdf

J94 第三届全国公路科技创新高层论坛论文集(上册) 道路结构的新概念——复合路基结构(界面)层的研究 彭兴国1 卢 波2 陈 弩1 廖劲松1 (1．重庆市公路质量检测中心 重庆400060 2．重庆交通学院土木建筑学院 重庆600074) 摘要：道路结构一般分为两部分：路基结构、路面结构。理论上有路面理论和路基理论体系；在工程实施 上，也有路基工程施工技术和路面工程施I技术。通过长期的工程实践和《复合路基承栽力的研究》 的课题研究，逐步提炼出一种新概念：公路结构复合路基(界面)结构层，是介于路面结构(面层和基 层)与路基结构之间，迭到一定强度、结构性能稳定、具备一定功能且便于施工、便于施工质量控制和 道路病害处理的复合结构(界面)层。由此，将道路的构成分为：路基结构——复合路基结构层—— 路面结构层。本文就是针对复合路基结构(界面)层的结构形式、I作性能、I程实践、应用范围进行 介绍，为会路工程界提供一种道路结构的形式研究和I程实践新思路。 关键词：复合路基结构层土基底基层材料配合比模型施工工艺 l问题的提出 道路结构被人为地分为路基结构、路面结构两部分。路基是以自然岩土材料为主体的结构，存在着：土 体应变软化、应力——应变是时间函数和具有流变的性质，随着气候的变化影响大，不经过处理是很难直接 用于重型车辆的交通运输服务；路面结构则主要是由水泥混凝土、沥青混凝土类材料以及半刚性材料作为基 层主要材料所构成，主要是以工业化产品为主体，具备强度、刚度和稳定性，铺筑后可以直接承担车辆荷载。 这是两大类性能差别很大的材料构筑成道路结构，在它们的交接之处则必然会造成一些隐性问题，也是道路 病疾顽症产生的部位。如何协调两种不同类型的材料结构进行有效的工作，采用一种“界面”或者“过渡层” 结构层的专项设计和研究是一种有效的途径。因此，有必要定义和划分一个具备某种基本性质的结构层，要 求它具备：功能明晰化，结构明确化，材料选择标准化。 本文在通过分析路基结构的材料基本性质与路面和基层材料的基本性质人手，提出复合路基界面层概 念，形成了复合路基界面层结构的基本模式，并且通过实验和工程实践证明这种新理念，有助于解决道路工 程实践中的许多问题。 2土体的基本性质 土石材料是路基的基本材料，要解决从土体到半刚性材料的有效过渡，土的性质是必须有清楚地认识。 2．1土的力学性能 (1)基本力学特性：压硬性：剪胀性。 (2)重要力学特性：各向异性、流变形、应力路线相关性、应变强化、应变软化。 (3)不同土类的力学特性。 砂土：压缩性较小，剪胀和剪缩性明显f天然沉积砂土有各向异性，应变软化特性。 碎石体：在颗粒接触点处的棱角破碎时，有较大压缩性和剪缩性。 粉煤灰：整个颗粒在加载、卸载都会破碎，表现出反向剪缩的体积收缩现象。 软粘土；颗粒呈片状、会变形，表面有水膜；压缩性、剪缩性和流变性均很明显。 硬粘土：硬粘土是一种超固结土，有剪胀性}也有应变软化特性，结构强度脆性破坏。 道路结构的新概念——复合路基结构(界面)层的研究 】95 膨胀土：膨胀土是硬粘土的一种，它的矿物成份具有更大的亲水性。 2．2士基的受力特性 (1)土基的非线性变形性质 土的应力一应变关系曲线说明，土除非线性变形％性质外，还有塑性变形e，性质。在工程上，承载板试 验可以测出塑性变形；贝雷粱弯沉法不能测试出土基的塑性变形。土基的模量有：开始切线模量、切线模量、 割线模量、回弹模量。回弹模量是路面设计的重要参数。 e—e。l+b (1) 式中：e——总应变} e。e——非线性应变； e。——塑性应变。 (2)土基的流变性质 土的变形不仅与荷载大小有关，而且还与荷载作用的持续时间有关，一般称为流变性，构成并联模型和 串联模型。图1为凯尔文模型，图2为马克斯韦尔模型。它们的方程解为： s一昙(1—8争) (2) L d—me7一 (3) 田1凯尔文模型 图2马克斯韦尔模型 当}+o。时，从公式(2)得到e一√E为弹性变形，表现为弹性变形滞后}公式(3)为应力松弛现象I总体来讲混 合的土石结构，比单纯的土结构与石材结构分层所构成路基工程性质更好，同时也说明夹泥层结构是应该避免的。 (3)重复荷载作用下土基的变形性质 土基承受着车轮荷载的多次重复作用。有不能恢复而形成残余变形，会随着荷载重复作用次数的增加 而增加。土基的累积总变形与荷载作用次数之间在双对数坐标上呈直线关系。 lgLN=lg Ll+7／lgN (4) 式中：Lw——荷载作用N次后的变形(m)； L，——荷载作用1次后的变形(m)； N——荷载作用的次数} r回归参数。 因此，如何防止土基塑性形变累积而造成的不均匀沉陷，是道路结构一个重要而突出的问题，应该说也是 一项综合性因素所决定。 2．3 路基性质和基层性质对面层结构强度的影响 利