[发明专利]一种抗裂路基路面结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种抗裂路基路面结构及其施工方法，路面结构自上而下依次为沥青混合料磨耗层+土工格栅；路基结构上层为土工格室固化土，下层为至少一层的土工格室素土与压实素土互层，其下为经过平整压实达到规范要求的路床。本发明土工格室的侧向约束效应限制了路基路面侧向变形和裂缝的产生和发展，多层土工格室土产生的厚板效应能大幅度提高路基的抗弯刚度，从而减少路面的不均匀沉降，增加行车舒适性。该道路结构具有设计模块化、施工方便、环保、水稳定性好、造价低、抗高温车辙能力强、承载力高等优点，可以有效杜绝路面裂缝和永久变形等病害的产生，大幅增加工程的服役寿命，适用于各种等级公路、城市道路、运动场地、大面积堆场、飞机跑道等工程。

技术领域

本发明涉及一种交通工程领域道路工程，尤其涉及一种抗裂路基路面结构及其施工方法。

背景技术

我国高速公路采用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或处治碎(砾)石，或是用各种水硬性材料结合料的工业废渣修筑的半刚性基层，强度主要受级配组成、粉粒含量、水泥剂量影响，它具有强度高、稳定性好、刚度大、整体性好等优点，但不足之处是脆性大、抗变形能力差。在其基层强度形成过程中以及营运期间路面交通荷载重复作用下，半刚性基层会产生干缩裂缝和低温收缩裂缝。铺筑在半刚性基层之上的柔性沥青混凝土路面，对温度和湿度变化比较敏感，基层的裂缝会直接扩展到沥青路面面层形成路面反射裂缝，不仅影响路面美观、降低平整度，而且会削弱路面的整体强度。特别是当路面开裂后，路面积水会通过裂缝渗到路面基层、底基层甚至路基，削弱基层、土基的强度，从而加剧路面的破坏，缩短路面的使用寿命。

路面裂缝包括横向裂缝和纵向裂缝两部分，是路面早期破损最常见的病害之一。由于路面裂缝的产生，地表的水分会沿裂缝直接渗入基层，使基层甚至路基软化，导致路面承载能力下降，加速路面破坏。横向裂缝可分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两类。荷载性裂缝是由于路面设计不当和施工质量低劣，或由于车辆严重超载，致使沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而产生裂缝；非荷载性裂缝是横向裂缝的主要形式，它包括沥青面层低温收缩性裂缝和基层反射性裂缝。纵向裂缝多发于半填半挖路基处，主要是由于路基压实度不均匀或是路基的不均匀沉降造成。

半刚性基层沥青路面的裂缝形成主要与材料性能、结构层组合设计、温湿循环、车辆荷载疲劳作用以及施工工艺有关。

路面材料及路基填料对裂缝形成的影响：高速公路路面基层通常采用“水泥稳定碎石层+二灰碎石+石灰土底基层”结构，这种半刚性基层的无机结合料是由固相(组成其空间骨架的原材料的颗粒和其间的胶结料)、液相(存在于固相表面与空隙中的水和水溶液)和气相(存在于空隙中的气体)组成，固液气三相在降温过程中相互作用，使无机结合料稳定材料产生体积收缩。水是影响此类材料温度收缩的主要因素，水对无机结合料的影响主要通过扩张作用、毛细管张力和冰冻作用实现，特别是在非饱水状态时影响较大。当水分蒸发时，毛细管水面下降，弯液面的曲率半径变小，致使毛细管负压力增大，从而产生收缩。毛细水蒸发完后，随着相对湿度的继续减小，半刚性基层材料的吸附水开始蒸发，使颗粒表面水膜变薄，颗粒间距离变小，分子力增大，导致其宏观体积进一步收缩，其收缩量要比毛细管作用的影响大得多。当吸附水膜减薄到一定程度后，收缩量逐渐减小，直至终止收缩。由于压实后水泥稳定基层的密度存在不足，土质不均匀，其中的水分不断蒸发和水泥水化作用，使水泥稳定基层水分不断减少，基层发生体积收缩，形成基层收缩裂缝，基层开裂导致裂缝顶端产生应力集中，裂缝向面层扩展，最终到达路表，形成反射裂缝。反射裂缝包括纵向裂缝和横向裂缝，但以纵向裂缝较多，分布较广，裂缝带宽度从几毫米至几十毫米不等，多数纵向裂缝伴随一定宽度的轻微破碎沉陷，部分纵缝伴随严重破碎沉陷，甚至出现错台现象。