天津市市政工程研究院
前言半剛性基層瀝青路面作為我省高等級公路典型路面結構，隨著交通量及交通荷載的增加，出現了許多嚴重的早期破壞及結構性破壞。在現有路面結構不變的條件下，通過完善目前的半剛性材料設計方法，設計出效能更為優良的材料來提高路面服務質量，防止出現早期破壞，顯然是解決問題的有效途徑之一。
針對目前半剛性基層材料設計方法的不足，採用振動成型設計半剛性基層材料的理念於2023年已經被提出。天津市市政工程研究院、長安大學等單位運用振動壓實成型方法系統地進行半剛性基層材料的配合比優化，並已成功應用於超過2000公里的高速公路。
目錄1術語4
2半剛性基層材料設計及施工現狀5
2.1半剛性基層材料特性5
2.2半剛性材料設計方面的問題5
2.3半剛性基層施工現狀6
3振動成型法特點及技術優勢6
3.1振動成型裝置介紹6
3.2振動成型法技術優勢7
3.3振動成型技術核心原理8
4 振動成型法配合比設計主要內容8
振動成型壓實原理9
1 術語
1.0.1 振動成型法
振動成型法是採用振動成型壓實機進行半剛性基層材料設計，從材料組成比例的確定到最大幹密度及最佳含水量的確定，以及各項效能的檢測，均採用振動壓實方法成型試件。
1.0.2 半剛性基層
採用無機結合料穩定集料或土類材料鋪築的基層。
1.0.3 激振力
振動成型壓實機由兩個在垂直平面上對稱布置的振動器施加振動力，振動器用兩個自位軸承把偏心塊支撐在振動軸的軸承上，通過偏心塊的高速旋轉對被壓材料施加呈正弦規律變化的振動力。
1.0.4 振動頻率
激振力在1秒內完成週期性變化的次數。
1.0.5 夾角
激振器的活動偏心塊和固定偏心塊之間的相對角度，可實現激振力的可調。
2 半剛性基層材料設計及施工現狀
2.1 半剛性基層材料特性
分類：水泥穩定類、石灰工業廢渣穩定類、石灰穩定類
主要特點：強度高、剛性大、抗變形能力較差；
以彎拉強度作為結構設計引數；
環境溫度和濕度對強度的形成及發展有很大影響；
強度和剛度均隨齡期增長；
材料優勢：強度和剛度較大，板體性強；
水穩定性和抗凍性好；
對地方材料的質量要求較低；
材料劣勢：收縮係數較大，容易開裂；
抗變形能力較差，對荷載敏感性較大；
抗彎拉強度低，容易發生疲勞斷裂；
半剛性基層瀝青路面出現早期損害現象並不表明半剛性基層材料路用效能差，更不能說明半剛性基層不適宜作為高等級路面的結構，工程實踐中所出現的一些問題只是反映出目前對於半剛性材料所採用的設計理論、評價指標及試驗方法、控制手段等方面需要進一步研究和改進。
2.2 半剛性材料設計方面的問題
（1）傳統設計方法與現場碾壓工況不匹配
室內採用重型擊實試驗確定材料的最大幹密度和最佳含水量，採用靜壓成型試件測定7天無側限抗壓強度，而施工現場大多採用振動壓路機和膠輪壓路機進行碾壓，很明顯，傳統設計方法與現場碾壓工況不匹配，室內試驗資料難以準確反映和控制現場施工質量。
（2）半剛性材料質量控制指標單一
現行規範對半剛性材料路用效能的要求相對簡單，除限定原材料性質外，對混合料只要求強度達到要求即可，對其抗裂能力、抗沖刷能力雖有標準試驗方法，但沒有評價指標，這就使得在設計或施工時只注重提高強度，必然會忽視抗裂、抗沖刷、抗疲勞等路用效能。
（3）規範確定的級配範圍太寬
目前規範所確定的級配範圍過寬，難以對混合料的綜合路用效能進行控制。同樣是在規範級配範圍內，不同級配混合料的路用效能卻差別很大。而且，規範級配範圍內的混合料雖能滿足力學強度指標，卻難以保證具有優良的抗裂效能。
（4）現場壓實標準過低
壓實標準的適當提高依賴於碾壓裝置的公升級，如今的碾壓裝置在效能及壓實功能上可以說有質的飛躍，若仍然沿用規範對於壓實度的控制標準顯然不太合適。而且，現行《公路路面基層施工技術規範》也明確指出，當採用大能量壓路機時，宜將壓實度在原有基礎上提高1%～2%
2.3 半剛性基層施工現狀
正是因為對半剛性材料在設計方面存在的一些認識上的偏差，導致施工過程中存在以下一些被視為正常現象的不正常現象，嚴重影響著半剛性基層的施工質量，比較典型的現象有：
①半剛性基層在瀝青面層鋪築前大量出現裂縫現象；
②水泥穩定級配碎石混合料的水泥劑量達到5%～6%以上；
③施工後的半剛性基層表觀密實、而且光滑在事實上已經成為半剛性基層質量控制的重要標準；
④工程中為達到設計強度指標及保證路面芯樣完整，提高水泥劑量幾乎成為唯一的最有效的手段；
⑤現場芯樣無側限抗壓強度往往遠遠大於室內靜壓成型試件的強度；
⑥在現有碾壓裝置下，無需對施工工藝進行嚴格控制也能達到較高的壓實度已經被接受（壓實度超百現象普遍存在）；
⑦正是在壓實度容易達到的情況下，基層的壓實質量反而被嚴重忽視。
3 振動成型法特點及技術優勢
3.1 振動成型裝置介紹
振動成型儀作為室內試驗裝置，其壓實效果能夠與振動壓路機的現場壓實效果等效，原因在於「振動成型儀－被壓材料」的動態響應與「振動壓路機－被壓材料」的動態響應模型基本一致。
振動成型引數：偏心塊夾角300、激振力7612n、靜面壓力140kpa、振動頻率30hz、振幅1.4mm、振動擊實時間2min、振動成型時間以試件高度為準
圖1 振動成型裝置
3.2 振動成型法技術優勢
（1）振動成型方法能夠最大程度模擬現場碾壓工況
目前，半剛性基層施工現場採用振動壓路機和輪胎壓路機，室內採用振動法成型試件能夠最大程度地模擬現場施工條件，使室內試驗成果與實際應用效果具有可比性，能夠更加準確、有效地**和控制現場施工質量。
（2）以振動擊實密度控制現場壓實，提高壓實標準
採用振動法進行施工質量控制，要求以振動擊實密度作為現場壓實度的控制標準，而振動擊實密度一般為重型擊實密度的1.03～1.04倍，這就能夠有效地避免了因室內成型方法與施工實際成型方式不符造成的壓實度超百現象，同時也提高了壓實標準；而壓實標準的提高可以大幅度提高半剛性材料的強度，從而顯著提高其抗裂能力及抗疲勞效能。
（3）能夠有效降低水泥劑量，顯著提高材料抗裂性
採用我院優化級配範圍進行振動法配合比設計，該範圍內的混合料為骨架嵌擠結構，礦料間的嵌擠作用更強，跟傳統方法相比，能夠有效降低水泥劑量1.0～1.5％，強度提高1.
5～2.0倍；而且；在相同水泥劑量下，振動成型試件的乾縮抗裂係數是靜壓成型試件的1.5倍，抗裂能力顯著提高。
（4）優化級配範圍較窄，便於對混合料生產質量進行控制
基於振動成型方法，以強度滿足要求、抗裂效能最佳為判據，對半剛性材料的合成級配形式進行優化，優化級配範圍相對於規範級配範圍較窄，有利於對混合料的生產質量進行控制。
3.3 振動成型技術核心原理
（1）半剛性材料振動成型過程：
半剛性材料在振動擊實作用下，材料處於振動狀態，水分的離析作用使得材料顆粒的外層裹覆一層水膜，形成了顆粒運動的潤滑劑，減小了材料間的摩擦力和粘結力，顆粒更容易移動到密實狀態，顆粒間的相對位置在振動狀態下發生變化，出現了相互填充現象，此時，材料內骨架顆粒之間相互嵌擠所產生的內摩阻力和結合料與骨料間的粘結力都很大，形成骨架密實型嵌擠結構，具有較高的承載能力和穩定性。
（2）核心原理：
基於振動成型方式，對原有級配形式進行優化，適當增加粗集料含量，提高材料顆粒間的嵌擠性，通過增強碾壓來增加骨架顆粒間的內摩阻力，從而適當降低水泥劑量，在保證強度的前提下達到抗裂效果。
4 振動成型法配合比設計主要內容
（1）基於各檔集料篩分結果，採用規劃求解方法對混合料的組成進行優化設計，並結合料源具體情況（針片狀含量、含泥量等）確定最終比例；
（2）分別採用重型擊實方法和振動擊實方法確定混合料的最佳含水量和最大幹密度，結合試驗資料及現場施工機械配置水平，綜合確定振動擊實密度與重型擊實密度的等效比值，並以振動成型密度作為現場壓實標準；
（3）分別採用靜壓成型方式和振動成型方式成型不同膠結料含量下的混合料試件，並測定7天無側限抗壓強度，綜合考慮試件強度、工程經濟性、現場機械配置水平、現場養護條件等因素，確定最終的膠結料劑量。
振動成型壓實原理
1 振動成型壓實機械的數學模型
振動壓實機械作為室內試驗裝置，不可能在機械組成上完全模擬振動壓路機，但必須使其壓實效果能與現場壓路機的現場壓實效果等效。為了使振動成型壓實機能模擬施工現場振動壓實效果，振動成型壓實機的「振動成型壓實機－被壓材料」的動態響應必須和「振動壓路機－被壓材料」的動態響應模型基本相同。
壓實過程是壓路機和被壓材料發生複雜的相互動態作用的過程，因而對壓路機的特性研究不能脫離被壓實材料，應將振動壓路機和被壓材料作為乙個閉環系統來考慮。對振動壓路機的具體數學模型，2023年，美國學者和進行了較系統的研究，在完全彈性理論的基礎上建立了「振動壓路機－被壓材料」系統兩個自由度的動力學模型。對振動壓路機的壓實機理及影響因素做了較為詳細的分析。
其壓實系統可簡化為圖1，模型運動方程如下：
式中：m2：振動輪質量；
m1：振動輪框架質量；
k1：減震器剛度；
c1：振動器阻尼；
k2：被壓實材料剛度；
c2：被壓實材料阻尼；
f0：偏心軸旋轉產生的離心力；
T0984 2019半剛性基層透層油滲透深度測試方法
1 目的與使用範圍 本方法適用於測定半剛性基層透層油的滲透深度，以及評價透層油的滲透效果。2 儀具與材料技術要求 本方法需要下列儀具與材料 路面取芯鑽機。鋼板尺。填補鑽孔材料 與基層材料相同。填補鑽孔用具 夯 錘等。其他 毛刷 量角器 棉布等。3 方法與步驟 3.1 準備工作 在透層油基本滲透或噴灑...
半剛性基層瀝青路面裂縫的成因及處理方法
網路高等教育 專科生畢業大作業 題目 半剛性基層瀝青路面裂縫的成因及處理方法 學習中心 層次 高中起點專科 專業 土木工程 道橋方向 年級 2010春季 學號 學生指導教師 完成日期 2012 年 3 月 6 日 內容摘要 根據石黃高速公路瀝青路面結構特點，結合瀝青路面裂縫檢測情況，系統分析裂縫的成...
半剛性基層上瀝青路面病害形成原因和對應措施
摘要 結合山東省國道206線萊州段瀝青路面損壞，對瀝青路面病害發生的原因 預防措施和病害處理措施進行 關鍵詞 瀝青路面病害病害預防 一 國道206萊州段現狀 國道206萊州段路線全長66.3km，於2007年建設，雙向4車道，行車速度為100公里 小時，設計洪水頻率為1 100。全線路基寬26m，標...