基层和垫层在铺面工程学中的作用

水泥混凝土面层具有较大的刚性和承载能力，往往不需要设置以承重为目的的基层，而应以确保基层的功能为主要考虑，除非交通特别繁重。所以，在潮湿多雨地区，路基由低透水性细粒土组成的高速公路和一级公路或者承受极重或特重交通荷载的二级公路，宜设置由开级配沥青稳定碎石或开级配水泥稳定碎石组成的排水基层。排水基层下应设置由密级配粒料或水泥稳定碎石组成的不透水底基层。底基层顶面宜铺设沥青类封层或防水土工织物。

混凝土路面的基层和垫层具有如下作用：

（1）防止或减轻唧泥和错台现象的出现。由前面的分析可知，唧泥的产生是荷载、水、地基刚度和侵蚀等多方面因素综合作用的结果，设置基层或垫层可以减少唧泥的产生。而要真正起到这种作用，必须对基层或垫层结构在刚度、细料含量、抗冲刷能力和排水等方面提出具体要求，并且交通越繁重，降雨量越大，对基层和垫层的上述要求越高。

（2）有助于减少或控制路基不均匀冻胀或体积变形对混凝土面层的不利影响。

（3）为面层施工提供稳定而坚实的工作面。面层施工时，需在面层或基层顶面设立侧模，以便于混凝土摊铺或振捣机械的作业。若基层或垫层的刚度不足，会使侧模跟随变形，从而影响浇筑后混凝土面层的平整性。同时，运送混凝土的车辆或其他车辆需在基层或垫层顶面行驶，所以基层或垫层必须有承受施工车辆作用的能力。

（4）当交通十分繁重时，基层也将承受较大的荷载应力。此时应确保基层的强度，以满足使用期内的抗疲劳要求。

基层和垫层材料可采用粒料类（碎石、砂砾等）、稳定类（水泥、石灰、沥青稳定材料）和贫混凝土（或经济混凝土）三大类，它们分别具有不同的刚度、耐冲刷能力和透水性。

粒料类基层和垫层，包括碎石、砂砾、轧碎或粒状矿渣，或者上述材料的不同组合。当这些材料被用作混凝土路面的基层和垫层时，必须符合下述要求，以控制唧泥的出现：①最大粒径不超过基层或垫层厚度的1/3；②小于0.074 mm的细料含量不超过15%；③塑性指数不大于6，液限不大于25。

粒料基层和垫层可采用密级配或开级配。前者接近于不透水，后者则为透水基层或垫层。其级配组成应符合密级配或开级配混合料的级配要求。

在交通繁重的道路上，选用水泥、沥青稳定类材料或贫混凝土作为水泥混凝土路面的基层具有如下优点：

（1）可以为混凝土面层提供更为均匀而坚实的支承，增加路面结构的整体刚度，从而减小面层板的挠度；减少基层和垫层在重复荷载作用下的永久变形，从而减少板底脱空量，并增加缩缝传荷能力的耐久性。如图10-4所示为水泥稳定类基层和砾石基层上混凝土面层接缝的传荷能力随荷载作用次数的增加而降低的试验曲线，从中可以看出水泥稳定类基层上接缝传荷能力的耐久性明显高于砾石基层。如图10-5所示为水泥稳定砂砾基层和不同压实度的砂砾基层的塑性累积变形量随荷载重复作用次数而增长的试验曲线，从中可以看出，水泥稳定砂砾基层的累积变形量明显小于砂砾基层。因而，可预料其板底脱空量将明显低于砂砾基层。

图10-4　基层类型对接缝传荷能力的影响

注：Ew=［2w1/（w1+w2）］%，ω1和ω2相应为未受荷和受荷板的挠度；面层厚22.86 cm，基层厚15.00 cm，缝隙宽1.65 mm。

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图10-5　重复荷载作用下不同基层的累积变形量

注：砂砾基层曲线上的数字为压实度。

（2）可以增加基层的抗冲刷能力，从而减小产生唧泥和错台等损坏的可能性。

（3）施工时可以为侧模和摊铺机械提供坚固的支承，并保证施工活动不受气候的影响。

然而，水泥稳定粒料或贫混凝土基层的刚度较大，造成混凝土面层产生较大的温度翘曲应力，板底易出现同基层顶面的黏结分离。同时，在未采取隔离措施时，由于混凝土板同基层的黏结，水泥稳定砂砾或贫混凝土基层的收缩裂缝会反射到面层上来。

一般情况下，混凝土面层下仅设置基层。在交通特别繁重、路基湿软或季节性冰冻地区，除基层外，还需设置垫层，其厚度一般在15 cm以上，目的是防止唧泥。季节性冰冻地区路面结构的总厚度应达到一定的最小厚度（同当地最大冰冻深度相比），以防止或减轻路基不均匀冻胀对混凝土面层的不利影响。表10-5所列为根据使用经验总结出的混凝土路面结构层最小防冻厚度要求。当路面结构的总厚度低于表列数值时，应设置垫层补足。垫层通常采用砂砾，也可采用隔温性能良好的材料（如炉渣等）。

表10-5　水泥混凝土路面结构层最小防冻厚度　单位：m

注：1.易冻胀土：细粒土质砾（GM、GC），除极细粉土质砂外的细粒土质砂（SM、SC），塑性指数小于12的黏质土（CL、CH）。
2.很易冻胀土：粉质土（ML、MH），极细粉土质砂（SM），塑性指数大于12的黏质土（CL）。
3.冻深小或填方路段，或者基、垫层采用隔温性能良好的材料，可采用低值；冻深大或挖方及地下水位高的路段，或者基、垫层采用隔温性能稍差的材料，应采用高值。
4.冻深小于0.50 m的地区，一般不考虑结构层防冻厚度。

基层和垫层的宽度应大于面层的宽度，以便有足够的位置供施工时立侧模用和满足混凝土摊铺的要求。同时，较宽的基层和垫层也有利于改善面层板边缘的受荷条件和给路肩以额外的加强。通常，垫层可修筑成与路床顶同宽的全宽式：基层宽度按摊铺机械或立侧模要求比面层宽出30 cm（一侧）以上。采用开级配的混合料做透水性基层或垫层时，其宽度可修筑成全宽式，或者结合排水系统的设计要求确定。稳定类基层和密级配粒料基层也可修筑成全宽式，以支承路肩、保护路基（膨胀性土时）和为施工期间的车辆提供行驶条件。

贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，层厚不宜小于40 mm。无机结合料稳定碎石基层上应设置封层，封层可采用单层沥青表面处治等，层厚不宜小于6 mm。

基层和底基层的厚度应根据交通状况由计算决定，同时还应考虑所选集料的公称最大粒径和压实效果，可参照表10-6选用。当设计层厚超出相应材料的适宜层厚范围时，宜分层铺筑和压实。

表10-6　各种材料基层和底基层的结构层适宜厚度