多孔隙水泥稳定碎石排水基层路用性能实证研究

多孔隙水泥稳定碎石排水基层路用性能实证研究

徐薇

上海市市政工程建设发展有限公司上海200025

摘要：采用抗滑性能检测、落锤式弯沉仪模量反算等方法对多孔隙水泥稳定碎石排水基层在试验段的应用效果进行了跟踪观测，结果表明采用透水基层的路段经过长期使用能有效抑制路面结构破坏的产生和发展，具有良好的结构耐久性。另外，采用该层的路面长期抗滑性能也比普通路段高出10%左右。

关键词：多孔隙水泥稳定；排水基层；跟踪观测；抗滑；FWD检测

引言

随着我国交通事业的迅猛发展，高速公路建设日新月异，截止到2015年底，全国高速公路总里程已超过12万公里。但我国高速公路沥青路面早期损坏十分严重，而路面过早损坏通常是由于面层结构在水饱和状态下通行重载车辆所引起的[1]。进入路面结构内的水，若不及时排出，将浸湿路面结构层和路基，使其强度下降，变形增加，另外，在行车荷载作用下形成高压水流，使路面产生松散、龟裂、唧泥和坑槽等病害[2]。针对这一难题，国内外学者开始将研究目光转向排水性路面[3]。

排水基层是路面结构内部排水系统的重要组成部分，多孔隙水泥稳定碎石排水基层正是基于这一考虑提出的，它具有结构承载力高、板体性好、取材方便、造价低等优点，可以较好地适应高等级公路重交通、重载对道路的要求[4]，因此，多孔隙水泥稳定碎石排水基层已经被我国路面设计规范列为可选的基层类型[5]。

现有对多孔隙水泥稳定碎石排水基层的研究大多集中于材料组成、施工工艺、排水性能等[6]方面，而对该结构层对路面整体表面功能、结构性能的影响缺乏深入的研究。本文通过对试验路段的跟踪观测，实证分析多孔隙水泥稳定碎石排水基层对沥青路面表面功能、结构性能的长期影响，研究多孔隙水泥稳定碎石排水基层的实体工程应用效果。

1试验段概述及试验方案

某高速公路建成通车于2007年6月，结合该高速公路建设，铺筑了200m的多孔隙水泥稳定碎石排水基层段，该路段以及相邻的普通半刚性基层路面的路面结构如图1所示。2014年12月调研发现，普通半刚性基层路段（如图2（a）所示）许多位置已经破损并进行了修补，横向开裂也较为严重；而相邻的多孔隙水泥稳定碎石排水基层试验段（如图2（b）所示）虽然有一些位置出现横向开裂，但路面整体状况仍然较好。

（a）普通半刚性基层路段（b）使用多孔隙CTPB排水基层路段

图2：2015年9月试验路段路面状况

在上述两个路段的最外车道的右轮迹上选定测点，然后在2014年12月~2015年9月的10个月时间内，对各测点位置进行摆式仪、手工铺砂法以及落锤式弯沉仪（FWD）跟踪测试，获取路面表面抗滑性能数据以及动态弯沉盆数据。

试验所采用的FWD荷载为50kN，荷载盘半径150mm，具有9个传感器，到荷载盘中心的距离分别为0、200、300、600、900、1200、1500、1800、2100mm。

2路面表面性能分析

各测点位置在2014年12月和2015年9月的路面抗滑摆值检测结果如图3和表1所示，可以看出，在2014年12月时，经过一段时间的使用，采用多孔隙CTPB排水基层路段的抗滑摆值与普通半刚性基层路段相差不大，分别为63.2和63.4。但到2015年9月时，使用多孔隙CTPB排水基层的路段抗滑摆值只是略微降低到61.8，而普通半刚性基层路段的抗滑摆值已降低至56.6，此时排水基层路段的抗滑摆值已经比普通路段高出9.19%。

各测点位置在2014年12月和2015年9月的路面构造深度检测结果如图4和表2所示，可以看出，在2014年12月时，采用多孔隙CTPB排水基层路段的构造深度与普通半刚性基层路段相差不大，分别为0.838和0.840。到2015年9月时，两个路段的构造深度分别降低至0.672mm和0.588mm，采用多孔隙CTPB排水基层路段的构造深度比采用普通半刚性基层的相邻路段高出14.29%。

构造深度的检测结果与抗滑摆值检测结果类似，说明从长期来看，采用多孔隙水泥稳定碎石排水基层的路面抗滑性能比采用普通半刚性基层的相邻路段高出10%左右，结构内部自由水的顺利排出能够提高路面表面的抗滑耐久性。

3路面结构性能分析

分别在采用多孔隙CTPB排水基层的路段和采用普通半刚性基层的相邻路段选取200m进行FWD测试，各测点间距为25m。然后采用美国联邦航空管理局的BAKFAA软件，对FWD所采集的弯沉盆数据进行处理，计算得到路面各结构层的动态模量。

2014年12月路面各结构层动态模量如图5所示，可以看出，普通半刚性基层路段在3号测点位置已经出现结构破损，采用多孔隙CTPB排水基层的路段在13号点位也出现破损，经现场检验，发现均为路面开裂破坏。在未破坏位置，两个路段各结构层模量十分接近，采用排水基层的路段基层模量略微低于普通路段的基层模量，但排水基层路段基层强度分布更加均匀。

图6：2015年9月路面各结构层动态模量

又经过10个月的使用，到2015年9月时，路面各结构层动态模量如图6所示，可以看出，两个路段在繁重的作用下各结构层模量的绝对值和均匀性均出现了较大幅度的下降。尤其普通半刚性基层路段，不仅3号处的破坏加剧，2号位置的底基层，4号位置的面层，5、6、7、8号位置的底

基层、基层和下面层均已出现损坏，路段整体结构性能已经较差。而采用多孔隙水泥稳定碎石排水基层的路段虽然面层、基层的模量值降低许多，但仍高于2000MPa的阈值，尚未出现明显结构损坏。

从以上分析可以看出，由于排水基层能够很好的排出路面结构内部的自由水，抑制路面水损坏的发生，因此采用多孔隙水泥稳定碎石排水基层的路面结构强度虽然在短期内与普通半刚性基层路面结构强度相差不大，但半刚性基层路面在长期使用中极易发生基层的水损坏，严重影响路面结构性能。而采用多孔隙水泥稳定碎石排水基层的路面则能有效抑制结构损伤的进一步发展，具有更为优良的结构耐久性。

4结语

本文以某高速公路试验段为依托，采用路面现场调研、摆式仪测试、手工铺砂法测试、FWD弯沉盆测试等手段，对试验段路面的路面破损、抗滑性能、结构层动态模量进行了跟踪观测和对比分析，研究多孔隙水泥稳定碎石排水基层路面长期表面性能和结构性能。根据上述分析，得出以下结论：

⑴采用多孔隙CTPB排水基层的路段经过长期使用，路面状况基本良好，仅出现一些横向开裂，而相邻的普通半刚性基层路段已出现较为严重的开裂、坑槽等病害。

⑵短期内，排水基层对路面抗滑性能影响不大，但从长期效果看，采用多孔隙CTPB排水基层的路面抗滑性能比采用普通半刚性基层的相邻路段高出10%左右。

⑶路面各结构层动态模量的分析结果表明，采用多孔隙CTPB排水基层的路面在长期使用中能有效抑制路面结构损坏的产生，保持结构强度，具有良好的结构耐久性。

参考文献

[1]姚祖康，毕艳祥，庄少勤，郭亚兵.沥青碎石排水基层的设计与施工[J].公路，2001，12：1-6.

[2]郑木莲，王崇涛，陈拴发，王秉纲.路面内部排水系统研究[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2007，04：529-536.

[3]付军明，孔令伟，柯昌波，党高峰.沥青稳定碎石排水基层沥青路面结构力学行为分析[J].公路工程，2014，05：145-148.

[4]孙天垠.多孔水泥碎石排水基层结构与材料研究[D].长安大学，2010.

[5]公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）[S].中华人民共和国交通运输部，2006

[6]公路排水设计规范（JTG/TD33-2012）[S].中华人民共和国交通运输部，2012