黃 隆

（浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州310000）

0 引 言

剛性基層，通常指采用普通混凝土、碾壓式混凝土、貧混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土等材料鋪筑的路面基層，與其相對(duì)應(yīng)的為半剛性基層及柔性基層。在實(shí)際工程應(yīng)用中，出于經(jīng)濟(jì)性、常規(guī)性考慮，大多為貧混凝土，因此狹義的剛性基層也指貧混凝土基層。

1 剛性基層

剛性基層采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土修筑基層混凝土板，板上鋪筑瀝青面層。剛性基層瀝青路面的基層混凝土板承受了絕大部分車輪荷載，瀝青面層的彎拉應(yīng)力很小，主要考慮表面的功能效應(yīng)，即滿足路面平整性、抗車轍、防水、防滲等要求。剛性基層瀝青路面同樣存在基層收縮裂縫向上反射而形成瀝青面層橫向裂縫等病害的可能性。貧混凝土基層屬剛性基層，在原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)和施工技術(shù)要求等方面，均與半剛性基層的差異較大，而更接近于水泥混凝土，原則上可沿用水泥混凝土現(xiàn)有的原材料檢驗(yàn)、配合比設(shè)計(jì)、施工設(shè)備、鋪筑技術(shù)及所有的試驗(yàn)檢測(cè)方法和手段，設(shè)計(jì)與施工時(shí)可參考現(xiàn)行公路水泥混凝土設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

從結(jié)構(gòu)組成特征看，貧混凝土基層可分為密實(shí)貧混凝土和多孔貧混凝土。多孔貧混凝指無砂或少砂透水貧混凝土。貧混凝土基層與其他基層相比具有較高的強(qiáng)度、剛度，較好的整體性和穩(wěn)定性，良好的抗沖刷性和抗裂性，多孔透水貧混凝土還兼有內(nèi)部排水功能，較為適宜作為重載交通下的路面基層?；鶎咏Y(jié)構(gòu)一般較瀝青面層厚，通常需要200～400 mm 甚至更厚，為了節(jié)省原材料，降低造價(jià)，可將基層分為上基層和下基層。雖然都屬于基層結(jié)構(gòu)，下基層的工作環(huán)境沒有上層嚴(yán)峻，因此可以采用不同的材料，或采用性能較低的結(jié)合料。基層材料以集料為主，應(yīng)盡量利用當(dāng)?shù)夭牧希越档凸こ淘靸r(jià)[1-6]。

2 工程概況

選擇長度3.022 km、寬36 m 特定城市的市政道路工程項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)例分析。 其公路級(jí)別為一級(jí)公路，且全路段路面均為新建。試驗(yàn)路面鋪設(shè)在K2 + 500～K2 + 800 的左側(cè)。路面堅(jiān)硬，路段長度為300 m。根據(jù)技術(shù)實(shí)例設(shè)計(jì)，表層為瀝青混凝土+瀝青橡膠瀝青吸收層+ C15 水泥混凝土基層（見基礎(chǔ)層混凝土不良）路面結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 路面結(jié)構(gòu)圖

3 試驗(yàn)路剛性基層必要的施工工藝

一般情況下，在瀝青混凝土路面情況較差時(shí)，路面出現(xiàn)裂縫的幾率會(huì)增加，其原因往往比較復(fù)雜。貧混凝土基層的剛性相對(duì)較大，在溫度和荷載的綜合作用下易產(chǎn)生裂縫，且會(huì)逐漸向路面發(fā)展，完全杜絕這種裂縫的產(chǎn)生是不現(xiàn)實(shí)的，只能采取措施來延遲裂縫的發(fā)生時(shí)間，減小開裂程度。針對(duì)這些問題，總結(jié)了以下措施。

首先，除了根據(jù)路面的設(shè)計(jì)要求所需的伸縮縫之外，沒有縱向接縫桿或收縮力傳遞桿。貧混凝土基層應(yīng)對(duì)應(yīng)5 m 交叉縫間距的路面縮縫和縱向接縫; 使用瀝青填縫。這樣，可以減輕由于基層在該溫度下的變形引起的不規(guī)則裂縫，并且可以減少不規(guī)則斷裂現(xiàn)象，有效地減少瀝青表面層的裂縫。

其次，需要將聚酯玻璃纖維布鋪設(shè)在混凝土基礎(chǔ)的施工縫，收縮縫和伸縮縫上。 玻璃纖維織物的寬度為0.5 m，乳化瀝青噴涂在玻璃纖維織物的接觸表面上，每平方米保持0.2～0.4 L。這樣，即使基層中存在裂縫，也不會(huì)延伸到瀝青表層。

最后，可以定義應(yīng)力吸收層以吸收車輛載荷應(yīng)力并降低基層壓力。該方法包括噴涂橡膠瀝青，澆水量為每平方米2.0～2.4 kg；此外，基層頂部每平方米還應(yīng)噴涂2.2～2.6 kg 橡膠瀝青; 通過該處理，可以適當(dāng)減少瀝青灑布的量。噴涂時(shí)，橡膠瀝青的溫度不得超過190℃，且不得低于180℃。

4 路面為混凝土路面時(shí)剛性基層的設(shè)計(jì)方法探討

4.1 工程概況

本文選取的工程項(xiàng)目為某商品混凝土拌合場(chǎng)進(jìn)出主要通道。采用的混凝土是普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度為42.5 MPa，混凝土板厚度為25 cm，基層為20 cm，結(jié)構(gòu)為3 m×4 m。在板的接縫處有兩個(gè)伸縮接頭，縱向是拉桿，橫向密封是力傳遞桿。該結(jié)構(gòu)顯著提高了巷道的抗壓力，還可以降低混凝土板位置的撓度，減少開裂現(xiàn)象，從而有效降低車輛壓力對(duì)路面的不利影響，真正提升道路路面的壽命。

4.2 剛性基層混凝土路面的主要受力特性分析

剛性基礎(chǔ)混凝土路面是使用貧混凝土基礎(chǔ)和普通混凝土路面的結(jié)構(gòu)。 在一些歐洲和美國國家，這些道路也被稱為PCC-PCC（或EPCC-PCC）復(fù)合路面，或雙層混凝土路面。 雙層混凝土路面已在一些歐美國家使用多年，其結(jié)構(gòu)計(jì)算方法一般為經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)法。 在中國，對(duì)雙層混凝土路面進(jìn)行了大量的研究，目前計(jì)算結(jié)構(gòu)的方法主要是剛度相等的方法。 在規(guī)范中還給出了荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的計(jì)算公式和圖表。

雙層混凝土路面上下層板之間的接觸狀態(tài)處于半結(jié)合狀態(tài)。然而，由于這種組合的程度難以量化并且難以分析，因此通常假設(shè)層之間的接觸是絕對(duì)平滑和完全組合的應(yīng)力計(jì)算。貧混凝土基層在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)構(gòu)造方法，面板和基層之間的接觸可分為兩種類型：組合型和分離型。鋪設(shè)了貧混凝土基層后，就可以直接鋪設(shè)表面層，這使得可以認(rèn)為面板和基層處于結(jié)合狀態(tài)，也就是說，層間是完全的連續(xù); 但是當(dāng)鋪筑完之后進(jìn)行養(yǎng)生作業(yè)，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行面層的澆筑，此時(shí)，可以判斷面板處于與基層分離的狀態(tài)，即層是平滑接觸的。當(dāng)在層之間采取分離措施（例如鋪設(shè)薄層油砂，土工合成材料等）時(shí)，層之間的接觸狀態(tài)將更接近光滑接觸。研究表明，在貧混凝土和板之間進(jìn)行聚乙烯（PE）夾層處理后，接觸面上的相互摩擦很小，并且可以近似得到混凝土板平滑地支撐在貧混凝土基礎(chǔ)上。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，層不可能完全連續(xù)。原因如下：（1）貧混凝土基層一般用于重交通，基層和混凝土表層較厚，對(duì)面層和基層難以同時(shí)振搗或碾壓。（2）如果混凝土表面層與劣質(zhì)混凝土基層同時(shí)建造，則在材料制備，混合物混合和施工組織方面非常困難。（3）表面層和基材的強(qiáng)度和模量等機(jī)械性能非常不同，并且諸如電池的相位差等物理性質(zhì)也很重要。在溫度的影響下，表面層和基層的變形也顯著不同：隨著時(shí)間的增加，接觸狀態(tài)接近分離狀態(tài)。因此，在雙層混凝土路面的計(jì)算中，應(yīng)采用層分離模型，這實(shí)際上是實(shí)際施工作業(yè)。

根據(jù)中國目前的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范，表層極限狀態(tài)是由負(fù)荷應(yīng)力和熱應(yīng)力的綜合疲勞應(yīng)力引起的裂縫。 貧混凝土基層具有較高的強(qiáng)度和剛度，與表層一起形成雙層混凝土路面結(jié)構(gòu)，共同承受外部荷載; 因此，在設(shè)計(jì)中必須考慮疲勞特性。 推求軸載轉(zhuǎn)換公式的基礎(chǔ)源于疲勞方程。

通過圖2 發(fā)現(xiàn),在上述幾種材料當(dāng)中,貧混凝土的疲勞性能優(yōu)于目前國內(nèi)常用的半剛性基層材料。

4.3 剛性基層混凝土路面的施工工藝

不再切割澆筑的混凝土板和貧混凝土基礎(chǔ)。禁止添加一層薄薄的混凝土或砂漿來修復(fù)路面。對(duì)于表面出現(xiàn)的缺料部分和部分麻面，可填充適量的砂漿，由搓平梁和抹平板機(jī)械修整。 在橫向懸掛，掉落，肩流，泄漏等情況下，可手動(dòng)切割。

圖2 貧混凝土與半剛性材料疲勞方程比較

防滑結(jié)構(gòu)由路面后面的鋼制控制臺(tái)組成，拖掛1～3 層疊合麻布、帆布或棉布，灑水濕潤后，軟拖制作微觀抗滑構(gòu)造，可通過加厚表面的疊合麻布來構(gòu)建貧混凝土表面的防滑層，如果路面已經(jīng)被人工修整過，那就需要再用拖麻布處理。貧混凝土基層不會(huì)在橫向拉伸。防滑宏觀結(jié)構(gòu)可以通過機(jī)械或手動(dòng)拉動(dòng)來構(gòu)造，喉部深度為2～3 mm，寬度為3～5 mm，槽間距為15～25 mm。

4.4 路面結(jié)構(gòu)中剛性基層應(yīng)用注意事項(xiàng)

為了防止盲目使用剛性基層，因基層和表層的性能不相等，在追求高強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)厚度時(shí)發(fā)生的結(jié)構(gòu)損壞和溫度限制造成的損壞，并且為了更合理地使用剛性基層，根據(jù)技術(shù)知識(shí)，應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

（1）貧混凝土基層的設(shè)計(jì)應(yīng)在浸水7 d 中具有無側(cè)限的抗壓強(qiáng)度，電阻不小于10 MPa，抗壓強(qiáng)度28 d 應(yīng)等于C15、C20。貧混凝土基層的水泥可以由低等級(jí)水泥425＃，325＃組成，并且品種可不受限制。單位水泥消耗量不低于175 kg / m3，幾乎占水泥混凝土路面的一半。貧混凝土的水灰比控制7 d 和28 d 的強(qiáng)度，坍落度控制在5～8 cm，適用于板坯施工。

（2）與半剛性基層不同，貧混凝土基層應(yīng)采用機(jī)械拌合，滑膜攤鋪機(jī)進(jìn)行施工，不得采用路拌法進(jìn)行施工。

（3）雖然剛性基層具有增加承載能力和良好的抗沖刷能力的優(yōu)點(diǎn)，但其變形協(xié)調(diào)能力差，容易引起板的翹曲和真空底部。

（4）為了滿足沖刷性能，建議要求基層的強(qiáng)度上限要達(dá)標(biāo)。在設(shè)計(jì)過程中必須充分考慮基層和板接頭的變形。確定基層的適當(dāng)厚度。建議貧混凝土基層的厚度為15～25 cm。

（5）在交通繁忙的情況下使用剛性混凝土基礎(chǔ)時(shí)，必須附加力桿和其他措施來約束面板以增加承載能力并避免層間損壞造成的空隙。沒有傳動(dòng)桿的路面結(jié)構(gòu)可以通過控制基層板的強(qiáng)度，厚度和尺寸來適度地增加板的厚度，以防止由層之間的接合引起的過度應(yīng)力引起的損壞。

5 剛性基層的優(yōu)勢(shì)

（1）強(qiáng)度高。貧混凝土的強(qiáng)度介于普通水泥混凝土和水泥穩(wěn)定碎石之間。 隨著水泥劑量的變化，其強(qiáng)度和彈性模量可以在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 研究表明，貧混凝土的不同力學(xué)性能明顯優(yōu)于其他半剛性基層。 由于其高剛性，貧混凝土基層具有良好的接縫轉(zhuǎn)移性，從而提高了路面的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，有利于減輕不均勻基礎(chǔ)變形的不利影響。 能夠?yàn)槊姘逄峁┚鶆蚍€(wěn)定的支持。

（2）水穩(wěn)定性好，抗沖刷能力強(qiáng)。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基礎(chǔ)材料的抗侵蝕性能優(yōu)于貧混凝土，可有效防止翻漿，底部真空形成和不對(duì)中等疾病的發(fā)生。 通過調(diào)整材料比，還可以構(gòu)建多孔貧混凝土基礎(chǔ)并結(jié)合其他排水設(shè)施以形成良好的內(nèi)部排水系統(tǒng)。

（3）抗疲勞性能好。試驗(yàn)表明，水泥混凝土的疲勞強(qiáng)度最好，其次是貧混凝土，表明貧混凝土的抗疲勞性能高于水泥穩(wěn)定顆粒等半剛性基礎(chǔ)材料。然而，貧混凝土的疲勞壽命變化很大，需要特別注意。

（4）抗凍性能好。隨著水泥用量的增加，貧混凝土的抗凍性也隨之增加; 隨著年齡的增長，防凍劑的性能也逐漸增強(qiáng); 冷凍性能逐漸下降，但對(duì)優(yōu)質(zhì)粉煤灰的影響較小。 粉煤灰的質(zhì)量對(duì)冷凍性能有很大影響。 此外，貧混凝土的防凍性能遠(yuǎn)高于其他半剛性基層，整體強(qiáng)度損失比半剛性基層低2倍以上。 因此，它特別適合在中國北方應(yīng)用。

（5）經(jīng)濟(jì)性好。貧混凝土的基層不僅使用較少的水泥，而且使用較低質(zhì)量的水泥。 集料要求相對(duì)較低：可以在當(dāng)?shù)厥褂么罅糠菢?biāo)準(zhǔn)砂巖材料，甚至可以將再生混凝土用作集料，并且可以適當(dāng)添加粉煤灰以代替部分集料，部分水泥也可以用摻雜粉煤灰的方式來代替，從而降低建筑成本。 經(jīng)濟(jì)分析表明，貧混凝土的成本僅略高于水泥穩(wěn)定碎石。 由于其高強(qiáng)度和良好的性能，它可以減少基層的厚度并進(jìn)一步降低成本。

（6）施工工藝流程與施工技術(shù)并不復(fù)雜，類似于碾壓混凝土，采用碾壓施工即可。

6 結(jié) 語

如前所述，無論路面為瀝青或是混凝土，作為道路及結(jié)構(gòu)整體來說，貧混凝土基層都相對(duì)柔性基層、半剛性基層有更好的抗壓能力，雖單價(jià)成本稍高，若妥善進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用，將使用壽命和養(yǎng)護(hù)的時(shí)間拉長來看，也將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，以貧混凝土作為剛性基層的市政道路路面已經(jīng)越來越多的在實(shí)體工程中有了應(yīng)用，表現(xiàn)出色。