沥青碎石封层技术的施工工艺与施工装备运用.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流沥青碎石封层技术的施工工艺与施工装备运用.精品文档.分类号 U416 单位代码 10618密 级 学 号 106250417硕 士 学 位 论 文论文题目： 沥青碎石封层技术的施工工艺与施工装备运用 Gravel Asphalt Sealing Layer Technology Construction Technology and Construction Equipment Use研究生姓名： 花 艳 丽导师姓名、职称： 郭小宏 教授申请学位门类： 工 学专 业 名 称： 道路与铁道工程论文答辩日期： 2009年4月29日学位授予单位：

2、重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席： 刘昌仁 评阅人： 刘昌仁 曹源文2009年4月重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借

3、阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日

4、摘 要对于旧路改建工程中，原水泥路面破坏严重的路段，采用碎石化技术，对原路面进行破碎，使其成为柔性路面的基层，再加铺柔性面层。本论文主要是研究碎石化后的路面，进行路面结构设计，面层材料的加铺以及施工工艺。对碎石化后的低等级路面，对碎石化后路面的强度进行检测，通过检测确定是否需要进行基层补强。然后选用同步沥青碎石封层技术，对碎石化后的路面进行面层的加铺。从而实现对旧水泥路面的“刚改柔”。本论文叙述了同步碎石封层技术的适用性，从路面结构材料的选择，到路面结构的加铺类型，重点分析了同步沥青碎石封层路面的强度形成机理，和同步沥青碎石封层的施工工艺、压实机理和同步沥青碎石封层的压实过程，最后对沥青碎石封

5、层技术的施工机械进行了机群的配置。为同步沥青碎石封层技术的使用和推广提供了一定的依据。关键词： 乳化沥青；沥青碎石；同步封层；施工工艺；压路机；机群配置ABSTRACTIn the conversion of the old road, which the destruction of the original concrete road sections, using rubble technology, which broken pavement on the origina, making it a flexible pavement of the grass-roots level,

6、then pave the flexible surface . This paper is to study, after the gravel road to pavement structural design, the increase in surface material and construction technology .The low-grade road surface after the rubble, demands strength testing on the gravel road , through testing to determine the need

7、 for strengthening . Then choose the asphalt rubble synchronization technology, On the gravel road after the increase in surface to Paved. In order to achieve the old cement road Sophie has just changed. This paper describes the applicability of the Seal gravel synchronous technology, from the choic

8、e of pavement materials, pavement structure to increase the type of shop, focusing on analysis of the synchronization layer of asphalt sealed road gravel formation mechanism of the strength, and synchronization of gravel asphalt sealing layer construction process, there are roller synchronization me

9、chanism and the compaction of asphalt compacted gravel layer closure process. For the simultaneous closure of asphalt gravel layer and the promotion of the use of technology to provide a certain basis. KeyWords: emulsified asphalt; asphalt rubble; synchronous seal; construction technology; road roll

10、er; cluster configuration目 录第一章 绪 论11.1 课题的研究背景11.2 国内外研究现状11.2.1 国外研究状况11.2.2 国内研究状况21.3 研究的目的和意义41.4 本课题的主要研究内容51.5 本章小结5第二章 加铺层结构及施工工艺简介62.1 碎石化62.1.1 碎石化技术简介62.1.2 多锤头碎石化设备(MHB)62.1.3 碎石化技术的适用范围72.1.4 MHB碎石化工艺82.1.5 MHB碎石化施工工艺流程82.1.6 碎石化后碎石化层的强度82.1.7 水泥路面碎石化后的功能定位和质量控制102.2 碎石化后路面加铺层的设计122.2.1

11、 路面结构方案选取原则与依据122.2.2 沥青碎石封层的定义122.2.3 沥青碎石封层结构层的设计132.2.4 典型路面结构组合设计方案适用性132.3材料的选用162.3.1 基层补强材料的选用162.3.2 透层油的选用172.3.3 碎石封层结合料的选用182.3.4 集料的选用202.4 沥青碎石封层的配比设计212.4.1 经验配比法212.4.2 理论计算法222.5 路面结构层厚度确定222.6 水泥稳定基层的施工工艺242.6.1 水稳碎石混合料的拌制242.6.2 混合料的运输242.6.3 摊铺机摊铺242.6.4 压路机碾压252.7 透层油的施工工艺252.7.1

12、透层油洒布时间的确定252.7.2 乳化沥青用量的控制262.7.3 乳化沥青的喷洒262.8 本章小结26第三章 沥青碎石封层的强度形成原理273.1碎石封层的分类273.1.1 根据碎石封层的层数分类273.1.2 根据施工工艺分类273.2 同步碎石封层与异步碎石封层的区别283.3沥青碎石封层材料强度的形成机理293.3.1 乳化沥青材料强度的形成机理293.3.2 乳化沥青在矿料表面的破乳过程323.3.3 沥青碎石封层材料的强度形成343.3.4 沥青碎石封层材料强度的影响因素353.3.5 沥青碎石封层与沥青混凝土、级配碎石强度形成的差异353.4 沥青碎石封层的压实原理和强度形

13、成353.4.1 压实原理353.4.2 胶轮压路机的压实机理393.4.3 钢轮压路机的压实机理433.4.4 压实效果的影响因素463.5 本章小结49第四章 沥青碎石封层的施工与质量控制504.1 路面材料的选用504.1.1碎石和乳化沥青材料的选用504.1.2 乳化沥青和碎石用量的确定514.2 施工前的准备安排524.2.1 人员配备及分工524.2.2交通管理与控制524.2.3施工应具备的条件524.2.4 同步碎石封层车的选用534.2.5 沥青洒布参数的确定544.2.6 压路机的选用554.3 碎石封层的施工流程604.4 沥青碎石封层的施工614.4.1 下封层的施工6

14、14.4.2 沥青碎石封层上封层施工624.4.3 施工注意事项624.5 同步碎石封层与异步碎石封层施工工艺区别624.6 施工后的评价634.6.1 施工完成后的碎石封层路面外观634.6.2 现场施工控制和检测644.7 本章小结65第五章 同步沥青碎石封层的机群配置与评价665.1 机群静态配置的基本原则665.3 沥青碎石封层单机的作业特性675.3.1 基本概念设定675.3.2 同步沥青碎石下封层的施工系统675.4 机群中的子系统排队及概率分析685.4.1 初压子系统排队及概率分析685.4.2 复压子系统排队及概率分析725.5 机械运行状态与机械组合关系765.6 本章小

15、结76第六章 结论与展望776.1 主要结论776.2 论文的不足与进一步研究建议77致 谢78参考文献79在学期间发表的论著及取得的科研成果81第一章 绪 论1.1 课题的研究背景水泥混凝土路面由于其强度高、扩散荷载能力强、稳定性好等优点，在公路建设中得到了广泛的应用，特别是农村公路。近年来，早期修筑的水泥混凝土路面大多到了或接近其使用寿命，加之随着重庆市农村经济的高速发展，车流量和轴载的不断增加，水泥混凝土路面出现不同程度断板、错板、裂缝等结构性破坏，严重影响了正常的交通运输。因此旧水泥路面的改造，已成为目前重庆农村公路建设所面临的刻不容缓的任务1。旧水泥路面的改造的方法有很多种，像薄层罩

16、面，表面处治，在原水泥路面直接加铺沥青混凝土等。国内外的研究结论及工程实践表明，合适的办法是将原刚性路面变为柔性基础，并在其上铺设符合当地交通需求的柔性面层。通过路面破碎能够使刚性面层转换成柔性基层，消除水泥混凝土路面内部应力，彻底防止反射裂缝产生，是较好的路面改造方法。本课题组结合重庆地区农村公路水泥路面改造的情况，对水泥路面进行破碎，使其再生，再加铺结构层，形成一种质高价低的农村公路水泥路面改造方法-沥青碎石封层技术。对于沥青碎石封层技术，在我国使用还比较少，处于探索阶段，本课题主要研究沥青碎石封层技术的施工工艺和施工装备的运用。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究状况 碎石化技术有

17、其它破碎等技术不可比拟的优点，美国迄今为止已有一多半的州作了总共大约200个碎石化处理的项目。目前仍在不断研究和总结经验中。例如爱荷华州政府建立了为期三年的到2004年9月结束的碎石化研究项目。当然美国也有因为工程前期评估不足，不当地使用了这一技术，或因加铺层设计不当或施工不当而造成的问题。例如密执安州对所作的碎石化处理项目进行了评估总结，有大约4767的5年新的碎石化处理沥青加铺层路面需要维修，有大约6787的5年新的混凝土加铺层需要维修2。因此，可以看到随着破碎化改建技术在我国的进一步推广，还需要进一步加强研究和效果观察，对其施工工艺设装备运用也有待研究，以达到质量和经济的最优化。根据碎石

18、封层的类型、使用场合、施工季节、环保要求、施工习惯等，碎石封层可以选择(改性)乳化沥青、稀释沥青、改性沥青、再生性乳化沥青等沥青结合料，其中，乳化沥青和稀释沥青应用最为普遍。在大量应用碎石封层的国家和地区，如澳大利亚大部分采用稀释沥青作为结合料，欧洲大部分采用乳化沥青作为结合料，美国既采用稀释沥青也采用乳化沥青。但是考虑到环保要求，稀释沥青在不断被乳化沥青所取代。同步沥青碎石封层技术在20世纪50年代发明于欧洲，最初是简易的沥青(乳化沥青)撒布和人工铁锨散布0-10mm碎石(或河沙)，以快速的修复路面龟裂、乏油、麻面等路面早期病症的方法；随着科学技术的发展，在80年代初期就具有机械化程度较高的

19、沥青洒布 (乳化沥青)车和碎石撒布机，施工效率大大提高；但由于当时材料发展的限制，该施工方法仅用于城乡路、乡村路的养护和修筑；经过80年代和90年代材料科学技术的快速发展，特别是电子计算机技术推动下的机电一体化技术及改性乳化沥青材料技术和设备的发展使得乳化沥青生产设备、沥青(乳化沥青)洒布车和碎石撒布机的技术水平有了质的变化；致使该项施工工艺的施工质量能够满足不同等级公路早期维修养护要求，由于该施工工艺快速、高效的优点导致了该养护技术的迅速发展和推广，设备技术水平的不断提高。90年代末期在德国和美国同时出现了电子计算机控制的沥青(乳化沥青)洒布和碎石撒布一体化的同步沥青碎石封层机和改性沥青(乳

20、化沥青)生产设备；该同步沥青碎石封层设备每个喷头的压力和流量都是独立控制，沥青(乳化沥青)的喷洒量和每平方米的碎石撒布量在计算机的控制下随着汽车底盘的行驶速度自动调节，其误差与设定值很小，其精度每个喷头可以达到5gmin、每平方米碎石撒布精度可以达到1；由于改性沥青和改性乳化沥青的出现以及增强纤维的添加使得该施工工艺适用于不同的等级路面养护和维修；现在，该技术在美国，欧洲及日本等国家得到广泛地应用，各国均有多种型式的碎石封层设备3。1.2.2 国内研究状况对于水泥路面特别是农村公路水泥路面的改造，比较有效的办法是将原刚性路面变为柔性基础，并在其上铺设符合当地交通需求的柔性面层。铺设柔性面层主要

21、方法有： 进行单层沥青石屑罩面； 铺设沥青混凝土柔性结构层； 对已形成的柔性基层进行特殊处理后，加铺沥青碎石封层。4进行单层沥青石屑罩面其实质为一种预防性养护方法，主要对新建或改建公路路面起封闭、防水和延长公路使用年限的作用。铺设沥青混凝土柔性结构层，形成一种刚性基层与柔性面层的组合结构，可以提高原路面的平整度和抗滑能力。工程的主要内容包括： 对原混凝土板块进行全面调查，包括断裂板块调 查和脱空板块的实际弯沉检测； 处理旧混凝土板块的病害，翻修多重断裂的板块；根据主点弯沉和差异弯沉两项指标判别脱空的板块，并对其进行稳固处理； 对混凝土板块的所有接缝及裂缝重新灌缝，并铺设防水材料进行防渗处理；

22、加铺土工合成材料(玻璃纤维格栅)，防止加铺层产生反射裂缝； 加铺沥青混凝土面层。但加铺沥青混凝土造价高，所需前期投资大；且抵抗反射裂缝的能力不足。使用不久就会出现开裂，需要修复，造成浪费和不良的影响。加铺沥青碎石封层技术则是对已形成的柔性基层进行特殊处理后，直接在稳固的柔性基层基础上，喷洒沥青类结合料，随后立即撒布一定粒径的集料，经碾压后，再次撒布一定粒径的集料，经再次碾压处理后的而形成柔性面层结构的一种技术。水泥混凝土路面经过破碎碾压沥青碎石封层改造处理后，不仅可以消除反射裂缝，还彻底解决原传统水泥路面改造出现的问题，是一种真正实现了刚改柔且低造价的农村公路实施方案。下表1.1为各国公路养护

23、技术的使用对比表。5表1.1 公路养护技术对比表Tab 1.1 Comparative table of Highway Maintenance Technology国家同步沥青碎石封层技术粘结剂罩面冷拌和稀浆封层其它英国75%10%15%00新西兰65%25%010%0法国60%15%20%3%2%德国59%20%17%3%1%西班牙56%17%15%6%6%澳大利亚55%19%5%10%11%荷兰51%34%3%9%3%然而，对于沥青碎石封层这样一项新的技术，这里仅仅给我们提供了一种改造我市农村水泥公路理想的方法思路。在具体的改造工程施工过程中，如何在水泥路面破碎、碾压稳固后，加铺沥青碎石

24、封层，所需考虑的问题具体包括原路面破碎方式、压实稳固方式、柔性结构层设计、沥青碎石封层混合料的配比设计、施工工艺以及检测方式等等。由于我国的公路建设发展的比较晚， 以及我国的公路材料技术和设备技术水平与国外具有相当大的差距。我国上世纪七十年代以前，多采用层铺法修筑路面，曾进口了一些碎石撒布机。1978年交通部公路研究所与交通部新津筑路机械厂联合研制出了SA3C型自行式碎石撒布机， 已广泛用于国内外公路工程；我国各省、市、自治区交通系统的制造厂，也根据各自的条件和施工要求，研制过利用小型翻斗车改造的小型自行式碎石撒布机，主要用于沥青路面的罩面养护；还研制过可用于小规模道路施工与养护的后悬挂式和拖

25、式碎石撒布机，但因设计技术水平属国外50年代的水平，机械传动结构繁杂、故障率高、撒布量不准确，且这些产品多为自行生产与应用，并未形成批量生产的规模。我国的沥青(乳化沥青)洒布车为直热式燃油加热，效率低、对环境污染大，粘油喷洒不均匀、雾化不好，其设备的技术水平仅相当于国外60年代的水平。80年代以后，我国的碎石撒布(封层)技术基本处于停滞状态，碎石封层作为一种高效、经济的养护手段，没有得到应用与重视。近几年来，由于改性沥青技术在我国的推广，采用胶体磨改性和乳化的技术有了进一步的发展，但仅是将用于其他行业的胶体磨加以改良，其剪切率低、材料不耐磨不耐腐蚀使用寿命短，施工的质量满足不了等级公路养护和建

26、设的要求；但是随着稀浆封层技术特别是改性乳化沥青稀浆封层技术日益广泛的应用，同时引进了一定数量高性能的改性沥青(乳化沥青)生产设备，这就为高等级公路的碎石封层养护提供了必要条件，碎石封层与稀浆封层相比，具有更大的灵活性，效率更高，必将得到更为广泛的应用，开辟养护技术新的领域6。目前，同步沥青碎石封层技术在我国辽宁省、湖南省、山东省、江浙、安徽、陕西、山西等地的高速公路下封层及国道、省道的建设中已经得到应用。我国辽宁沈阳三鑫公路工程有限公司于2002年从法国赛格玛公司购进一台通用40型同步沥青碎石封层机，使用效果较好。由于这项技术优越的性能，许多公路建设部门对他产生了浓厚的兴趣。但总的来说，由于

27、这项技术在我国才刚刚开始得到应用，许多施工工艺还没有完全掌握，更缺乏施工经验，在施工材料的研究上还处于空白，在同步沥青碎石封层车的研究制造上刚开始，还有许多理论上和应用上的问题没有掌握。鉴于该技术的施工工艺简单和经济性高的优点，还有待研究和发展。1.3 研究的目的和意义 利用多锤头碎石化设备(MHB)对旧水泥混凝士路面碎石化后，可以直接作为新路面结构的基层或底基层，如果旧水泥混凝土路面碎石化后具有较高的强度，能够满足道路承载需求，可作为路面基层直接加铺路面面层，新加铺面层是沥青混凝土路面，也可以是水泥混凝土路面。对于低等级公路，特别是农村水泥混凝土路面的刚改柔改造，可以采取沥青碎石封层技术。本

28、课题是基于沥青碎石封层技术的农村水泥路面的改造、应用研究。该课题研究的核心是将刚性面层改为柔性基层。刚改柔技术在国内外已经研究很多年了，但大部分都是在原有的水泥路面上直接加铺沥青层，这种做法只能治标不能治本，只是表面上的刚改柔，并且原路面与新路面的联结处很容易出现病害。而本课题是用MHB碎石破碎机将原路面面板破碎，使其再生，然后再铺沥青碎石封层。这样做既不用将废弃的原水泥混凝土凿除运走，也减少了以往白改黑工程中反射裂缝的出现。减少了旧路改建的工程造价，也提高了路用性能。本论文主要是研究破碎后路面加铺结构的施工工艺和施工装备的运用，为沥青碎石封层技术的施工以及推广做一定的准备。 在路面施工过程中

29、，压实是很重要的一个环节，涉及到多个机械和工序。在论文中，针对沥青碎石封层技术的施工，讨论了压路机的压实过程与压实原理，分析材料在不同类型压路机下的受力和运动情况。为以后在公路施工中，压路机的选型及压实工作提供一个参考。1.4 本课题的主要研究内容本论文主要是通过农村水泥公路改造，白改黑工程的施工与检测，总结水泥混凝土路面碎石化后加铺结构在实际施工中的施工工艺、施工组织和施工装备运用，主要研究内容是： 在碎石化后的柔性基层之上，铺设沥青碎石封层的工艺过程与技术要求。 同步碎石封层与异步碎石封层的区别和适用范围。 同步沥青碎石封层作为面层，其强度形成机理。 同步沥青碎石封层的施工工艺原理。 同步

30、沥青碎石封层施工工程中的机群配置与评价。 对沥青碎石铺层施工工艺在我市农村公路改造中的适用性进行评价。1.5 本章小结 本章主要介绍了课题研究的背景，同步碎石封层技术在国内外的应用和发展现状，以及该课题研究的主要内容和目的。第二章 加铺层结构及施工工艺简介2.1 碎石化2.1.1 碎石化技术简介碎石化处理方法最早为美国亚拉巴马州交通局用来处理损害较重的混凝土路面。该州已有3000余公里混凝土路面经由现场碎石化处理。目前美国有26个州的交通局制订了混凝土路面碎石化的规范。加拿大安大略省则从2000年开始逐步采用该项技术处理混凝土路面。当年就在牛津郡作了两条长度分别为26.4和14.2的路面7。碎

31、石化技术原理是通过对水泥混凝土路面进行均匀地冲击、破碎、压实，在损失一部分结构强度和整体性的情况下，把水泥混凝土路面在温度、湿度变化和荷载作用下的位移降低到沥青混凝土面层可以允许的范围内，从而彻底解决反射裂缝，为加铺沥青混凝土路面提供坚实、安全的基础。碎石化技术提供了一个非常柔性的基层结构，但破坏了混凝土路面板块的结构性强度，所以加铺的沥青混凝土面层的铺层厚度要增加，一般在150以上，否则路面会产生过多的纵向裂纹和车辙。过厚的沥青混凝土面层增加了重修道路的成本，另外，道路的排水系统也需要重新考虑，但这种工艺相对重修道路的工程成本还是较低的。美国使用该技术的州超过35个，而且形成了初步的施工规范

32、。据有关资料显示该技术可延长路面使用寿命10年以上，而且具有可比造价优势、不必全封闭交通和有利于环保等特点。碎石化的一般过程，是用现场移动式的单头共振式的破碎机，或者多锤头冲击式破碎机将原有的混凝土路面面板打成碎块。2.1.2 多锤头碎石化设备(MHB)多锤头冲击式破碎机如图2.1所示，有12个或16个重锤两种，其原理是对设在自行式底盘后部的两排不同质量的锤头，通过分别控制其落锤高度来快速冲击破碎混凝土路面。施工时，一边行驶，一边破碎，行驶一遍即可解决混凝土路面的破碎问题。每分钟冲击30至35次。行进速度08，机器总重约22t至26t。行走宽度每幅1到3.9。对于钢筋混凝土路面，要求在加工后钢

33、筋自动剥离。破碎机的工作效率为每天处理大约1.6单车道的混凝土路面，或者每小时处理200单车道混凝土路面8。图2.1 MHB多锤头破碎机Fig2.1 MHB multi-hammer crusher2.1.3 碎石化技术的适用范围碎石化改造技术在美国应用的基本条件如下：出现大量的接缝缺陷，如：错台、翻浆和角隅破坏等导致超过20的接缝需要修补。超过20的板出现开裂。超过20的路面已被修补或需要修补。碎石化改造技术的适用范围在美国一般采用表2.1所示的判定方法。表2.1 碎石化适用范围Tab 2.1 aggregates of the scope of application一般来说，只要原路基加

34、州承载比（CBR值）大于7，且水泥混凝土路面基层与面层总厚度超过33（13），便可采用碎石化改造技术9。碎石化项目很少遇到不适合的地方，像路基材料损坏太厉害，不能承受破碎路面的负荷的地区。这种情况主要是在积水较多的区域，地下水位较高路基积水的路面，以及路基含有较湿的粘土和混入泥沙的粘土的地区。2.1.4 MHB碎石化工艺 采用MHB破碎机把原水泥混凝土破碎一遍； 采用Z型压路机（2025吨）将破碎后路面振动压实23遍； 用钢轮压路机振动压实3遍；2.1.5 MHB碎石化施工工艺流程试破碎试坑检查确定破碎工艺破碎施工Z型压路机压实钢轮压路机压实利用MHB碎石化后的路面如下图2.2.图2.2碎石化

35、后的路面Fig 2.2 after gravel road2.1.6 碎石化后碎石化层的强度随着混凝土颗粒粒径沿深度方向的递增，可以近似地将碎石化层分为松散层、碎石化层上部和碎石化层下部三个层次10(如图2.3)。 图2.3碎石化结构图Fig 2.3 Gravel layer 松散层松散层强度的形成原理类似于纯碎石材料，属于松散粒料材料。由于缺乏胶结料，松散层是按嵌挤原则产生强度，它的抗剪强度主要决定于剪切面上的法向应力和材料的内摩阻角。碎石化后洒布的沥青一定程度上增强了混凝土颗粒之间的粘结力，但其更主要的作用是加强与下面稳定层次的联接，松散层仍按嵌挤的原则形成强度。稳定层顶面的约束将松散层的

36、不稳定面上移，增强了其稳定性。松散层作为一个薄弱层次，其厚度宜薄不宜厚。在进行碎石化施工时应调整MHB机械运作参数，在充分破碎旧水泥混凝土板块的前提下，不要施加冗余的破碎功，以免造成过厚的松散层。 碎石化层上部碎石化层上部颗粒间具有较大的预压应力，如果将其比拟为粘结力，则该层结构强度的形成类似于沥青混凝土。不同之处在于，由于碎石化层上部内的混凝土颗粒与该层层厚具有可比性，其结构强度已开始呈现出由微观向宏观的过渡。英国的布朗教授提出，不同集料的公称最大粒径会显著影响沥青混合料的性能，使用较大公称最大粒径的集料，在减少沥青用量的同时，能提高沥青混合料的稳定性和抗滑性能。国内道路工作者在利用三轴试验

37、研究大粒径沥青混合料的过程中也发现，混合料的内摩阻角值随粗集料的增加而增大，而由于集料比表面积降低，沥青用量减少，粘结力c有下降的趋势。根据上述结论，碎石化层上部混凝土颗粒的粒径越大，则该层次的内摩阻角越大;而混凝土颗粒的粒径越小，则膨胀产生的预压应力越大，也即粘结力c越大。从宏观的角度讲，颗粒粒径越小，则旧水泥混凝土板块结构强度降低越多，且过小的颗粒粒径将使得碎石化层在不可避免的扰动面前显得脆弱。因此，在碎石化施工中，应在保证碎石化层下部充分破碎的前提下，使上部混凝土颗粒粒径尽可能的大。 碎石化层下部碎石化层下部是由粒径小于37.5cm左右的混凝土块体组成的，由于块体很小，该层次无法像原水泥

38、混凝土路面板那样靠板体的挠曲来扩散荷载;由于连通裂缝的存在，也不能像其上层次那样靠结构层的连续性来扩散荷载。连通裂缝是碎石化层下部的不连续部位，使混凝土块体间不能传递弯拉应力。但块体间的嵌锁咬合使连通裂缝产生了“拱效应”，从而具备传递剪力的可能。破碎后的碎石化层的粒径至上而下递增，碎石化层上部的粒径稍微比下层要小一些。破碎后的碎石化层由上而下粒径递增，结构比较稳定，压实时容易达到所需的压实度和强度。为铺筑面层材料提供较好的条件。表2.2 碎石化层结构层Tab 2.2 gravel layer structure of layer碎石化后分层厚度粒径松散层2-5cm7.5 cm碎石化层上部10c

39、m左右22.5 cm碎石化层下部10cm左右37.5 cm2.1.7 水泥路面碎石化后的功能定位和质量控制应用MHB碎石化设备后的效果主要取决于破碎后的旧水泥混凝土板块的粒径，所以对粒径的控制应成为质量控制的一项重要内容。从破碎后颗粒粒径来看，颗粒粒径越大，其弹性模量表征的强度就越高;相反，粒径越小，其弹性模量越小。在进行路面结构设计时，弹性模量和泊松比是表征破碎后结构层强度特性的参数，如果破碎后弹性模量能达到较高的水平，则在设计时可以充分利用这一点达到减小路面结构其它层次厚度的目的。碎石化的根本目的是消除旧水泥混凝土板块可能的反射裂缝，而反射裂缝产生的根本原因，从加铺层顶面与老路面的交界面上

40、来看，主要是老路面结构顶面在荷载作用下的沉降存在差异，也表现为强度上的差异，所以碎石化的根本目的是使碎石化后顶面强度趋于均匀。在控制破碎程度时，应该以破碎后顶面强度的均匀性来衡量，在此基础上再保证其强度尽量高。我国刚性路面设计规范中对基层顶面当量回弹模量按可靠度设计表要求.碎石化后结构层作为新路面结构的基层,可参考这一可靠度标准取值。可靠度设计标准、变异系数和可靠度系数分别见表2.3、表2.4和表2.5所示11。表2.3 可靠度设计标准表Tab 2.3 Reliability Design Standards Table公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路安全等级一级二级三级四级目

41、标可靠度95908580变异水平等级低低-中中中-高表2.4 变异系数表Tab 2.4 Coefficient of Variation Table变异系数等级低中高基层顶面当量回弹模量Cv0.250.25Cv0.350.35Cv0.55注：Cv-以基层顶面当量回弹模量作为主要设计参数的变异系数表2.5 可靠度系数表Tab2.5 Reliability Coefficients Table变异水平等级目标可靠度（%）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.1

42、1 因此，控制回弹模量的变异范围如变异系数。在计算路面结构时，破碎层顶面上的当量回弹模量可以按下式计算: Et=/ (2.1)其中：Et按可靠度方法折减后的旧水泥混凝土板块顶面破碎后的当量回弹模量;根据表2.6推荐值或试验段实测得到的顶面当量回弹模量平均值;根据顶面当量回弹模量变异系数值查表确定的变异水平等级对应的可靠度系数。表2.6 碎石化后顶面的当量回弹模量推荐取值范围 Tab 2.6 aggregates the top surface after the equivalent resilient modulus range Recommend水泥标号32.542.5顶面当量回弹模量平均

43、值（MPa）2003502504502.2 碎石化后路面加铺层的设计2.2.1 路面结构方案选取原则与依据经过碎石化处理后的原水泥混凝土路面，实际是将刚性路面变为了柔性基层，与原水泥混凝土路面相比，它仍保留了原有路面的一定强度，但达不到行车荷载的要求。为了能够提供足够的强度，抵抗行车荷载的要求，可以采取两种方案达到要求：一是在面层进行补强，一是在基层进行补强。在面层进行补强时，通过加铺多层不同抗压模量的路面材料来提供足够的强度，以满足行车荷载的要求，如加铺两层或三层沥青混凝土；在基层进行补强时，主要是通过加铺一定厚度的水稳层来满足强度要求，然后再铺设面层，以提供安全、舒适的行车环境。对于以上两

44、种方案，从技术上讲都是可行的，都能达到规定要求，但造价相差较大，考虑到成本问题，在实际运用中，通常是对基层进行补强，然后再铺设适合当地交通量的面层。针对重庆市农村低造价公路的改造，由于资金的短缺，我们是在对基层进行补强的基层上，去选择一种既能适应我市农村公路现阶段改造的低造价需求，又要为适应今后交通量的增加和经济的发展。近年来，根据各地区经济发展水平的不同，很多地方开始在低等级道路上铺筑单层沥青混凝土路面面层来改善路用性能，取得了很好的效益，但还有很多经济欠发达的地区由于资金短缺，仍以沥青表面处治等技术为主作为面层，为此，考虑到我市低造价农村公路的经济性和适用性，可以考虑选用沥青碎石封层技术，

45、加铺两层沥青碎石封层，实现刚改柔。2.2.2 沥青碎石封层的定义所谓沥青碎石封层，就是使用粒径严格单一的石料，与有较大粘结度和稳定性的结合料，利用同步碎石封层车，洒布在稳定的基层上，并碾压而形成的路面。作为低等级道路的面层，为了更好的满足强度要求，通常采用二层式，各层石料应互相搭配以能产生嵌挤作用，通常遵循下粗上细的原则。2.2.3 沥青碎石封层结构层的设计针对农村水泥路面改造，采取碎石化技术将原路面完全破碎后，应根据公路等级和交通状况，合理选择和设计路面结构层，使其既可以满足行车荷载和结构强度的要求，又能节省成本，满足农村现阶段水泥路面改造的要求。为此，经碎石化处理后作为柔性基层的农村水泥路面改造，在采取沥青碎石封层技术的条件下，提出以下几种典型路面结构组合方案12，如下图2.4.1.5cm沥青碎石上封层 1.5cm沥