高速公路路基碎石排水层级配研究及数值模拟__墨水学术,论文发表,

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　　高速公路路基碎石排水层级配研究及数值模拟
　　欧毅
　　（湖南省高速公路管理局，湖南长沙，410016）
　　摘要：基于对路基排水层进行分析，探讨了路基碎石排水层级配实验结果，得出三种级配阻隔毛细水性能结果，并借助实例对碎石排水层的数值进行模拟。
　　关键词：高速公路路基；碎石排水层；级配研究；数值模拟
　　1路基排水层
　　路基排水层是设置在路基之中的结构层，它的主要作用是阻隔地下水由于毛细上升进入路基土壤，导致路基含水量增大，影响路基结构强度和整体稳定性。它的作用类似于路面结构中的垫层，但是与路面垫层相比有两个重要的区别。首先在位置和具体作用上两者完全不同，垫层位于基层之下，是路面结构层的一个组成部分，路基排水层则位于人工填筑的路堤下部，天然地基之上，主要是保证地下高水位或者路基两侧的河流、池塘和灌溉用水不会经由地下迁移进入路基，确保其上的路基土的含水量不会过大、影响强度和稳定性。其二是两者的受力状况完全不同。基层是路面结构中的主要承重层，而位于其下的垫层除了主要承受车辆荷载的垂直应力并将其分散，还要承受车轮的动态震动应力，所以其既受静载还受动载，既受垂直应力还有一定的振动应力，受力状况复杂。而位于路堤底部的排水层，由于距路基顶面较深，远远位于路基工作区之外，所以可以认为其主要承受路基上部结构的垂直重力。就路基排水层所选用的材料来说，与垫层有一定的相似性。规范规定，垫层的材料可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰煤渣稳定类、石灰粉煤灰稳定类等;而路基排水层主要可以采用碎石、砂砾等无结合性粒料。
　　2路基碎石排水层级配试验研究
　　2.1工程简介
　　本文以京珠国道主干线郑州至漯河段高速公路为工程背景进行应用研究。本项目自1998年建成通车以来，以其高速、平稳、顺畅的优质服务承载着繁重的运输任务。郑深高速2003年交通量达小客车13827辆/日。
　　京珠高速公路郑州至许昌段原建设时期分为机场至新郑、新郑至许昌两个项目，都为震动碾压混凝土结构上加铺沥青混凝土层的复合式路面结构。机场至新郑段路面结构总厚度为58cm。在2000,2001年进行路面大修时在原路面结构上加铺9cm中粒式沥青混凝土以提高道路承载能力、改善表面功能。
　　表1项目基本情况
　　机场至新郑 结构名称 厚度
　　面层 粗粒式沥青混凝土 5cm
　　 振动碾压水泥混凝土 23cm
　　基层 水泥稳定碎石基层 15cm
　　 二灰稳定土底基层 15cm
　　2.2碎石排水层级配研究
　　实验采用碎石排水层以31.Smm作为最大粒径，采用4.75mm作为粗、细集料的分界点。试验采用基于体积的填充系数法设计粗集料，使粗骨料形成稳定的骨架结构，而通过毛细水试验确定2.36mm及以下的细集料的级配。最终寻找出既能隔断毛细水又拥有尽可能大的密度的级配曲线。集料最大粒径31.Smm，公称最大粒径26.Smm,4.75mm为粗、细集料的分界点。
　　对粗骨料作如下填充试验:
　　（1）测定4.75mm及其以上各档粒径石料的毛体积密度。
　　（2）保证每次试验的总质量相同、分别以不同的比例取26.5mm和19mm的石料进行试验，并记26.5mm的质量为M,.19mm的质量为Mz;
　　（3）将称好的两档集料M,与Mz混合均匀分三层装入干捣筒内，每层以相同力度均匀插捣30下。
　　（4）建立集料之间不同比例与捣实密度、空隙率之间的关系，确立这两档粒径石料之间形成骨架结构的最优组成比例。
　　（5）以确定的比例为准，将26.5mm与19mm。两档石料作为第一级填充料，以同样的步骤1-4研究26.5mm,19mm与16mm的比例关系，并将其作为二级填充料；以此类推，最终确定26.5mm,19mm,16mm,13.2mm,9.5mm,4.75mm各档形成骨架时的最优比例。
　　通过填充法试验，

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