倒装结构基层在大面积动力学广场路面结构中的应用技术研究

倒装结构基层在大面积动力学广场路面结构中的应用技术研究

王瑞青

中铁四局集团第一工程有限公司 230001

摘要：大面积动力学广场作为汽车试验场内的主要测试道路之一，有着极高的建造标准要求，针对大面积广场沥青路表面常出现的反射裂缝、渗水、泛碱等情况，本文对采用倒装结构类型的基层结构的试验场广场路面的分析和研究，以控制大面积广场路面的建造缺陷。

关键词： 大面积动力学广场 道路基层 级配碎石 水泥稳定碎石 倒装结构

一、 大面积动力学广场简介

大面积动力学广场也常被称作动态广场（VDA），常见于汽车试验场内，是构成汽车试验场的绝对核心道路之一，主要用于汽车的操作稳定性试验、制动和转向性能试验以及车轮和轮胎试验等试验。根据场地布置不同，动力学广场一般设置为直径在100~150m的圆形或边长在100~250m之间矩形或矩形与半圆形相结合的平面形式，且以圆形广场设计居多（如图1 ），广场面积在70000平方米左右，属于大面积广场。

图1 动态广场平面示意图

汽车试验使用要求广场表面有极高的平整度，一般设计为表面单向纵、横坡小于0.5%，要求施工完成后的高程偏差和平整度偏差值标准极高（如表1）。

二、大面积动力学广场基层状况

道路基层位于路面层与路基层之间，是道路的主要承重层，对道路的使用性能具有较大的影响，要求具有较高的强度、较强的承载能力和较好整体稳定性。

经调查统计，目前国内的汽车试验场内动力学广场道路基层结构基本参照高速公路基层结构设计，采用水泥稳定碎石基层或级配碎石基层层两种，也有采用水泥稳定碎石上基层+级配碎石底基层的组合基层结构的(见表2)。

采用水泥稳定碎石材料作为基层结构的动态广场路面结构是目前试车场采用较多的形式。水泥稳定碎石由水、水泥、碎石混合拌制而成，属于半刚性材料，因其强度、刚度和稳定性均较好，可以将路表面所受的荷载均匀的传递到路基，降低了道路被车辆荷载等反复作用下出现的沉降、车辙等破坏，延长了道路的使用寿命。但因其半刚性特性，会出现干缩或温缩开裂，会导致沥青路面出现反射裂缝，裂缝处也容易造成雨水浸入、下渗，降低了道路的整体结构强度，造成道路路面水损坏，这种破坏现象在社会道路上已是常见的道路损坏原因之一，在试验场内，主要表现为道路或广场沥青路面裂纹（图2），雨后泛水或日晒风干后路面形成污泽泛碱现象（图3）。

图2 沥青路面反射裂缝 图3 沥青路面反射裂缝

针对半刚性基层路面结构的缺点，在焦作国家智能清洁能源汽车质量监督检验中心动态广场路面结构设计时，采用了沥青混凝土面层+级配碎石层+水泥稳定碎石层的这种新型的路面倒装结构形式。

三、倒装结构基层路面的性能分析

倒装结构即为在沥青路面层与水泥稳定碎石半刚性层之间架加设了一层级配碎石过渡层，由级配碎石柔性上层加水泥稳定碎石半刚性下层组成“倒装结构”式基层。

1、由于级配碎石属于柔软的散颗粒体，具有较大的塑形变形能力，不具备抗拉能力，其作为中间层，不能向上传递下部水泥稳定碎石层产生的裂缝处的拉应力和拉应变，起到了一定的隔离作用，阻止了半刚性基层因为温度变化或交通荷载引起的反射裂缝向上的传递。

2、雨水经沥青面层深入半刚性基层表面时，无法排出，会造成路面水损坏，而级配碎石因为是独立颗粒的碎石组合，存在相对较大的间隙空隙，具有良好的渗水性能，可以起到横向排水的作用，减少和减轻了路面的水损坏。

3、采用水泥稳定碎石半刚性层做下层，可以给级配碎石层底部提供较大的刚性支撑，更容易使级配碎石碾压密实，提高其密实度，也有利于其非线性的充分发挥，提高级配碎石的模量，使得这种结构能较好地承受重交通的疲劳作用。

4、路面结构计算

本动态广场路面结构在水泥稳定碎石基层和沥青面层之间设14cm的级配碎石上基层, 采用4cmAC-10+6cmAC-20+8cmAC-25+14cm级配碎石+20cm水泥稳定碎石层五层的路面结构。经采用毛世怀路面计算软件验算，水泥稳定碎石层层底拉应力σ= .335 MPa，满足无机结合料稳定层疲劳开裂设计要求，沥青混合料层层底拉应变 ε= 68.5 ×10-6，满足沥青混合料层疲劳开裂设计要求，沥青混合料层永久变形量RA= 1.51 mm，均满足沥青混合料层永久变形量规范要求。

四、大面积动力学广场路面的倒装结构基层施工技术

1）、在正式施工过程前，要先进行试验段施工，要验证混合料的配合比情况，还有考证碾压机械组合、碾压遍数、碾压速度等必需的碾压参数，正式施工要以试验段总结得出的碾压参数进行碾压过程控制。

2）、材料级配设计、粒径选择要合理，拌和好的混合料摊铺出机顺畅，避免较大粒径的碎石出现。由散体强度理论，级配碎石的宏观强度源于集料间的内摩阻力，保证级配嵌挤有利于形成集料间的内摩阻力；级配选择应有利于施工控制，不宜离析，增加粗集料用量，减少细集料用量，形成嵌挤结构，适当减少最大公称粒径附近的集料用量，保证施工的均匀性。室内试验要求CBR值≥100%，在满足此条件的情况下，选用CBR值最大的级配组成为设计级配。

3）、基层施工采用张进钢丝引导的方法控制摊铺标高，厚度和横坡，钢丝支架间距不大于10。张进钢丝拉力不小于800N。

4）、采用厂拌法集中拌合生产，严格控制拌合站的混合料生产质量也基层施工质量的保证，混合料的含水率合理、水泥的剂量合格、各级碎石的级配准确以及拌和均匀程度是拌合站拌制生产的控制原则，混合料经拌合后，混合料色泽应一致，没有灰条、灰团和花面情况。

5）、混合料采用自卸汽车运输，接料后尽快运至摊铺现场，并加盖篷布，防止水分散失及混合料含水量不均匀。

6）、碾压是基层施工过程中非常重要的环节，提高了混合料的压实密度就提高了材料料成型后的结构层强度和抗永久变形的能力。碾压应紧跟摊铺机进行，避免长时间晾晒，造成混合料上下含水量不均，一次碾压长度控制在50m~80m。碾压时要保持压路机匀速行驶，避免引起混合料推移产生鼓包、拥包。

7）、碾压以采用振动压路机为主，同时采用胶轮压路机使混合料获得较好的嵌挤作用，再以双钢轮压路机提高成型面的平整度，胶轮压路机提高成型面的光洁度，是比较好的碾压机械组合方式。碾压方式如下：

初压：振动压路机弱震碾压1遍；

复压：振动压路机振动碾压3~4遍，胶轮压路机碾压2~3遍；

重压：双钢轮压路机碾压1~2遍，胶轮压路机碾压1~2遍。

8）、施工完后，及时进行养生和交通管制，水稳可采用土工布覆盖并洒水湿润养生法，洒水应雾化喷洒，避免高水压破坏水稳层结构，级配碎石可撒布透层油，在顶面形成隔水膜，防止雨水的浸入。

9）因路幅较宽，需分多幅摊铺作业，不可避免的存在着纵向接缝，这也是大面积广场基层在垂直于摊铺方向上的平整度易出现问题的原因，是控制的关键点，可采用以下措施进行控制：

a、因水泥稳定碎石摊铺路幅边缘处因碾压会产生外移和塌边现象，可在摊铺时外侧边设钢模板支撑，钢模板的高度与结构层压实厚度一致。

b、级配碎石基层每幅外侧边缘空留50cm以上宽度不在本幅碾压，下幅摊铺后一并碾压；或者边缘不空留，碾压成型后，不符合控制标准宽度部分可划线铲除。

五、结语

经过理论分析、结构计算以及实际施工采用，级配碎石设于沥青面层与水泥稳定碎石底基层之间的倒装路面基层结构，不但可以满足大面积动力学广场路面的承载力要求，还可以起到减少半刚性基层的反射裂缝以及路面的水损坏的作用，同时也可以降低建设成本。可以在汽车试验场的试车道路中推广和使用，

参考文献

1、金汇半刚性基层沥青路面的倒装结构综述．北京工业大学学报；

2、孙东根，彭玲，倪富健．倒装沥青路面结构在二级公路中的应用研究．交通标准化 2007年第5期；

3、吴善周，钟梦武 倒装结构在高速公路上的应用研究 公路交通科技 2008年9月；

4、谈建国 崔月辉 浅析汽车试验场动态广场路基结构层的设计 建筑工程技术与设计 2019年1月

5、中华人民共和国行业标准 （JTG/T F20-2015）公路路面基层施工技术细则