级配碎石设计方法研究

Ｙ９．，Ｂ２０３

长安大学

硕士学位论文

申请学位级别亟±学科名称道睦皇珐堂王程

论文提交日期２她五。五论文答辩日期２鲤互生垂且兰垒日

答辩委员会主席：熊叠叁垫垫一．．．

学位论文评阅人：羔满垒主苎

熊宜渣勤熊筮摘要

级配碎石作为过渡层可以起到排水，防止反射裂缝的作用，提高整个路面结

构的抗疲劳性能和抗永久变形能力。

本论文提出了基于体积设计法的间断级配设计方法和折断级配设计方法两

种完整的设计方法，并通过ＣＢＲ试验，得到最佳级配，并将其与现有各类级配

进行比较。对级配碎石回弹模量、ＣＢＲ值、塑性总变形、抗剪强度、渗透系数

的影响因素进行分析，并进行回弹模量试验、ＣＢＲ试验、抗剪强度试验、渗透

系数试验，为材料设计和结构设计提供合理的设计参数。

针对级配碎石松散的特性，采取水泥稳定、乳化沥青稳定、水泥乳化沥青稳

定，加铺稀浆封层四种稳定级配碎石的措施，并对四种措施进行比较，推荐水泥

稳定和加铺稀浆封层两种稳定措施。

通过对国外级配碎石沥青路面设计方法的研究，提出合理地适合我国的级配

碎石沥青路面设计方法。通过ｂｉｓａｒ程序进行力学计算，分析级配碎石模量、厚

度，沥青层厚度，土基模量，减小水稳层厚度、模量对沥青层底拉应变、半刚性

层底拉应力，路基顶面压应变、路面项面弯沉、级配碎石变形量、沥青层底剪应

力、级配碎石顶面剪应力的影响。

对级配碎石施工工艺进行研究；提出利用强度检测手段代替常规压实度检测

手段；引入均匀性指标进行数据处理。

关键词：回弹模量ＣＢＲ塑性总变形抗剪强度渗透系数

水泥稳定稀浆封层设计方法力学计算施工工艺

检测手段

均匀性ＡｂＳｔｒａＣｔ

ＴｈｅｇｒａｄｅｄｂｒＯｋｅｎｓｔＯｎｅＣａｎｄｒａｊｎｗａｔｅｒａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｒｅｆＩｅｃｔｉＯｎｃｒａｃｋａｓｔｈｅｌｒａｎｓｊｔｉＯｎａｌＩａｙｅｒ．１ｔｃａｎｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｅｎｔｉｒｅｐａｖｅｍｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ‘ｓｆａｔｉｇｕｅｒｅｓｉｓｌａｎｃｅａｎｄａｎ小ｐｅｒｍａｎｅｎｔｄｅｆｏｒｍａ“ｏｎａｂｉＩ．ｔｙ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｐｒＯｐＯｓｅｓｔｗＯｃＯｍｐｌｅｔｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈＯｄｓ：ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈＯｄＯｆｄｉｓｃＯｎｔｊｎｕＯｕｓｇｒａｄａｔｉＯｎｂａｓｅｄＯｎｔｈｅｖＯｌｕｍｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈＯｄａｎｄｔｈｅｂｒｅａｋｄＯＷｎｇｒａｄａｔｊＯｎｄｅＳｉｇｎｍｅｔｈＯｄ：ＴｈｒｏｕｇｈｌｈｅＣＢＲｅｘｐｅｒｊｍｅｎｔ，ｗｅｃａｎＯｂｔａｉｎＯｐｔｉｍｕｍｇｒａｄａｔｌＯｎ，ａｎｄｃＯｍｐａｒｅｉｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｅａｃｈｋｉｎｄｇｒａｄａｔｉＯｎ．Ｗｅａｎａｌｙｚｅｉｎｆ｜ｕｅｎＣｅｆａｃｔＯｒ０ｆｌｈｅｇｒａｄｅｄｂｒｏｋｅｎＳｔｏｎｅｍＯｄｕｌｅｓ０ｆｒｅＳｉｌｉｅｎｃｅ，ｔｈｅＣＢＲｖａｆｕｅ，ｔｈｅｐＩａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｈｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｈｅｃＯｅ俑Ｃｉｅｎｔ０ｆｐｅｒｍｅａｂｉＩｉｔｙ．Ｃａｒｒｙｉｎｇ０ｎｔｈｅｅｘｐｅｒ．ｍｅｎｔｗ．ｔｈｍｏｄｕＩｅｓｏｆｒｅｓ¨ｉｅｎｃｅ，ｔｈｅＣＢＲｅｘｐｅｒ．ｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｈｅａｒ．ｎｇｓｔｒｌ≥ｎｇｔｈｅｘｐｅｒ．ｍｅｎｔ，ｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｌｉｏｎｃＯｅ仟ｉｃｉｅｎｔｅ×ｐｅｒ．ｍｅｎｔａｎｄｐｒＯｖｉｄｅｓｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂＩｅｄｅｓｉｇｎｖａｒ．ａｎｃｅｆ６ｒｔｈｅｍａｔｅｒ．ａＩｄｅＳｉｇｎａｎｄｔｈｅＳｔｒｕＣｔｕｒａＩｄｅＳｉｇｎ．１ｎｖｉｅｗＯｆｌｈｅｇｒａｄｅｄｂｒＯｋｅｎＳｔＯｎｅ１００ＳｅｃｈａｒａＣｔｅｒ．Ｓｔ．ｃ，ｗｅａｄｏｐｔｆｏｕｒｋｉｎｄＯｆｍｅａｓｕｒｅｓｔＯＳｌａｂｉｌｉｚｅｇｒａｄｅｄｂｒｏｋｅｎｓｔｏｎｅｓ：ｃｅｍｅｎｔｓｔａｂｉＩｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｍｕｌｓｉｆｉｅｄｂｉｔｕｍｅｎｓｔａｂｉＩｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｅｍｅｎｔｅｍｕｌｓｉ行ｅｄｂｊｔｕｍｅｎｓｔａｂｉＩｉｚａ村０ｎ，ｔｈｅｔｈｉｎｐａｓｔｅＳｅａ¨ｎｇｃｏｕｒｓｅｓｔａｂＨｉｚａｔｉｏｎ．Ｗｅｃｏｍｐａｒｅｆｏｕｒｋｉｎｄｓ０ｆｍｅａｓｕ怆ｓａｎｄｒｅｃｏｍｍｅｎｄｔｗ０ｋｉｎｄｓｏｆｓｔａｂＩｅｍｅａｓｕｒｅｓｗｈｉｃｈａｒｅｃｅｍｅｎｌｓｔａｂｉ¨ｚａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｔｈｉｎｐａｓｔｅｓｅａｌｉｎｇｃｏｕｒｓｅｓｔａｂｉ¨ｚａｔｉｏｎ．Ｗｅｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅ０ｖｅｒｓｅａｓｇｒａｄｅｄｂｒＯｋｅｎｓ电０ｎｅｂ．ｔｕｍｉｎｏｕＳｐａｖｅｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒＯｐＯＳｅｔｈｅｒｅａＳＯｎａｂＩｅｇｒａｄｅｄｂｒＯｋｅｎＳｔｏｎｅｂｉｌｕｍｉｎｏｕｓｐａＶｅｍｅｎｔｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｓｕｊｔＳ０ｕｒＣ０ｕｎｔｍＣａｒｒｙｉｎｇ０ｎｍｅｃｈａｎｉＣＳｃｏｍｐｕｔａｔ．０ｎｔｈｒ０ＵｇｈｔｈｅｂｉＳａｒｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｗｅａｎａＩｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅＯｆｔｈｅｇｒａｄｅｄｂｒｏｋｅｎｓｔｏｎｅｍＯｄＵＩｅａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓＳ。ａＳｐｈａＩｔＩａｙｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｒｏａｄｂｅｄｍｏｄｕＩｅ，ｓｅｍｊ—ｂａｓｅｔｈｉＣｋｎｅｓｓａｎｄｍＯｄｕｌｅＷｈｉｃｈＩｅａｄｔｏｖａｒｉｅｔｙ０ｆｔｈｅａＳｐｈａｌｔＩａｙｅｒｂｏｔｔｏｍｓｈｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｓｓ，ｔｈｅｇｒａｄｅｄｂｒｏｋｅｎＳｔｏｎｅｔｏｐｓｈｅａｒ．ｎｇＳｔｒｅＳＳ，ｔｈｅａＳｐｈａＩｔＩａｙｅｒｂｏｔｔｏｍｔｅｎｓｉｏｎｓｔｒａｉｎ，ｓｅｍ．－ｂａＳｅｂｏｔｔＯｍｔｅｎｓｉＩｅｓｔｒｅｓｓ，ｒｏａｄｂｅｄｔｏｐｐｒｅＳＳｕｒｅｓｔｒａｉｎ，ｔｈｅｒｏａｄＳｕｒｆａｃｅｆｌｅｘｕｒｅ，ｔｈｅｇｒａｄｅｄｂｒｏｋｅｎｓｔｏｎｅｐＩａｓｔｉｃｄｅｆｂｒｍａｔ．０ｎ．Ｗｅｃａｒｒｙ０ｎｔｈｅｒｅＳｅａｒｃｈｔ０ｔｈｅｇｒａｄｅｄｂｒｏｋｅｎＳｔｏｎｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｒａｆｔ，ｐｒｏｐｏｓｅｔｈｅｉｎｔｅ几ｓｉｔｙｅ×ａｍｉｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｒｅｐＩａｃｅｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａＩｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓｅｘａｍｌｎａ“ｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｊｎｌｒｏｄＵｃｅｕｎｊｆｏｒｍｊｎｄｅｘｗｈｉｃｈｃａｒｒｊｅｓ０ｎｔｈｅｄａｔａｐｒ０ＣｅｓｓｊｎｇＫｅｙｗｏｒｄ：ｍｏｄｕＩｕｓ０ｆｒｅｓｉＩｉｅｎＣｅＣＢＲｔｈｅｇｒａｄｅｄｂｒｏｋｅｎｓｔｏｎｅｐｌａｓｔ．ＣｄｅｆＯｒｍａｔ．０ｎｔｈｅｓｈｅａｒｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｌｈｅｃｏｅ俪ｃｉｅｎｔｏｆｐｅｒｍｅａｂｉＩｉｔｙｃｅｍｅｎｔｓｔａｂｉＩｉｚａｔｉｏｎｔｈｅｔｈｉｎｐａＳｔｅｓｅａＩｉｎｇｃｏｕｒｓｅｄｅＳｉｇｎｍｅｔｈｏｄｍｅｃｈａｎｉｃｓｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｅｘａｍｉｎａ舡０ｎｍｅｔｈｏｄｕｎｉｆｏｒｍ

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研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的

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文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成

果。

本声明的法律责任由本人承担。

论文作者签名：唔何红

翰ｌ。硼年秒石月汐侈日

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。。辞∥彳月。乡日第一章绪论

１．１问题的提出及意义

建国以来，随着国民经济的发展，我国交通建设经历了三个阶段，每个阶段

无不是在公路里程增长、交通量和载重量日益增大的形势下对面层和基层提出了

更高的要求。为了适应交通的发展，路面结构也不断完善。在这三个阶段里，路

面的发展经历了泥结碎石路面、级配砾石路面、表面处治路面、沥青贯入式路面、

沥青碎石路面和沥青混凝土路面、水泥混凝土路面等形式，基层的发展也经历了

手摆式石基层、石灰土基层、级配碎砾石基层、水泥稳定砂砾基层等形式。

早期的沥青路而直接采用优质级配碎石和优质级配砾石作基层，底基层也采

用一般的砾粒料或粒料土。级配碎石是不用结合料的传统基层材料中最好的一种

材料，在不少国家用加州承载比（ｃＢＲ）作为检验基层材料合适的技术指标时，

对级配碎石通常不提ｃＢＲ的要求，也不做ＣＢＲ试验。因为级配碎石的颗粒组成

符合规定的级配范围以及塑性指数小于规定限值时，其ｃＢＲ值完全满足要求。

在用抗剪强度作为技术指标时，认为级配碎石是一种免检材料。

进入８０年代以来，随着我国经济的迅速发展，交通量、车载质量和轴载都

明显增大以及重车比例增大，对路面的整体强度和平整度提出了更高的要求，相

应的对基层的要求提到了一个更高的水平，原有的级配碎石基层暴露出很大的弊

端。为适应高等级公路重交通、重载对道路的要求，一种以无机结合料稳定粒料

（土）类为基层，沥青混凝土为面层的所谓“半刚性路面”被大量用于高等级公

路路面。为此，国家于“七五”科技攻关项目中专门立项对其进行研究，并已取

得大量成果。目前在我国高等级公路上，“半刚性路面”己被广泛采用。

然而，随着半刚性沥青路面的大量使用，逐步发现半刚性沥青路面也存在着

一些严重的问题，主要表现在：

１．半刚性沥青路面裂缝严重

国内已建高速公路使用调查表明，半刚性沥青路裂缝问题日益突出，并已成

为该结构的主要缺陷。调查表明，不论南方还是北方，通车后一年最迟第二年均

出现大量裂缝。

２．半刚性沥青路面结构排水条件差

半刚性沥青路面严重的裂缝，为雨水进入路面结构提供了通道。这些水部分可能顺着基层裂缝继续下渗以软化土基，而大部分水份却由于缺乏适当的排水通

道而滞留于面层与基层间，在高速行车下产生极大的动水压力而冲刷基层造成唧

浆。这一过程的反复作用最终导致基层丧失支撑及与面层的联结，从而导致沥青

面层出现网裂等破坏。

造成半刚性沥青路面裂缝较严重的因素是复杂的，其中有沥青面层低温缩

裂、有行车疲劳裂缝（通常应很少），但真正造成半刚性沥青路面裂缝较多的原

因，主要是来自半刚性基层的反射裂缝。半刚性基层材料在外界温度、湿度变化

下产生干温缩裂，这种具有裂缝的基层在干、温收缩应进一步作用下，裂缝顶端

产生较大拉应力集中，这是造成基层裂缝沿面层底部向上反射甚至贯通的主要原

因。

半刚性基层沥青路面基层将不可避免开裂，并由此形成沥青面层反射裂缝，

这已是人们的共识。

目前国内外对减少裂缝的处理方式无非是：

１．通过进行半刚性基层材料的合理组成设计，如调整结合料用量与比例，增

加粗骨料含量并严格设计级配，以尽可能地减小其温缩和干缩系数，增加半刚性

基层材料抗裂性能。但是这样做，仍不能从根本上消除半刚性材料的裂缝。

２．采用外加剂，利用其膨胀性能，来解决裂缝问题。掺加高性能外加剂，能

够提高水泥稳定集料的各强度指标，能够改善材料的抗冻性能和疲劳性能。而掺

加高性能外加剂同时也提高了材料的模量，这对水泥稳定基层沥青路面的路用性

能没有好处。而且目前对这种基层还缺乏长期性能的考验。

３．通过增加沥青面层厚度以防止基层反射裂缝，国际上的经验是将沥青面层