水泥稳定碎石基层沥青路面是我国沥青路面的典型结构。因设计承载能力的要求,通常基层的厚度都大于施工规范要求的最大碾压厚度,不得不分层施工。为了节省工期,提高基层的整体性,特别是近年来大功率摊铺和碾压设备的发展,业主和承包商都希望加大水泥稳定碎石基层的摊铺碾压厚度。然而,一些高速公路项目的大厚度(一次性摊铺碾压成型厚度超过20cm)水泥稳定碎石基层应用效果并不理想,大功率压实机具导致大厚度基层顶面及上部过度碾压,压实度超过102%,粗集料大量压碎,骨架遭到破坏,这种一味满足基层整体压实度,却导致大厚度基层整体力学性能存在缺陷。另一方面,2015年出版的《公路路面基层施工技术细则》对水泥稳定碎石混合料的组成设计、摊铺碾压、层间处治等均提出了新的要求,尤其是在原材料要求方面:4.75mm以上粗集料含量、集料压碎值、针片状含量等提出了更高的要求,提倡断级配骨架结构的水泥稳定碎石基层,然而,骨架类水泥稳定碎石混合料的试验规程及评价标准基本都是延用悬浮密实型水泥稳定碎石混合料。作为沥青路面基层使用,大厚度水泥稳定碎石基层并不应该格外强调密实,即不需要过度的碾压,在水泥胶浆的固结下,主要依靠混合料优良的骨架结构就可以实现大厚度基层的承载作用,应以骨架结构是否优良作为该混合料级配评价的重点,在一定程度上同时兼顾其空隙率与密实性即可。如何设计具有优良骨架结构并且无需大吨位及大功率机具超压的水泥稳定碎石混合料是其面向于大厚度一次性摊铺碾压施工的前提。然而目前存在的主要问题是:如何评价什么样级配的水泥稳定碎石混合料具有优良的骨架结构;没有面向于大厚度施工的水泥稳定碎石混合料级配;没有一种专门面向于大厚度施工的水泥稳定碎石混合料目标配合比设计方法,更没有合适的室内试验评价标准。另外,基层作为下部承载的非表面层,施工质量及表面现状历来不被工程施工人员重视,在上部沥青面层的覆盖下,大厚度基层的质量问题被忽略,这种情况必然会导致基-面层之间的过渡存在薄弱,甚至基-面层之间出现破碎夹层,严重影响大厚度基层的路用性能和道路结构的使用寿命,因此,基-面层层间处治也需专门研究。为解决以上大厚度水泥稳定碎石基层施工应用存在的难题,首先,本文从大厚度水泥稳定碎石混合料材料设计的角度出发,突破以往水泥稳定碎石混合料的设计仅依靠室内试验的短板,采用离散元建模,根据分级掺配的级配设计方法,从混合料内部结构的骨架+结点+空隙三个细观层次来评价及设计具有优良骨架稳定结构的水泥稳定碎石混合料级配;同时依托室内试验,提出面向于大厚度施工的骨架稳定型水泥稳定碎石混合料最大干密度的确定方法及室内振动成型参数,并且根据力学性能试验提出骨架稳定型水泥稳定碎石混合料的室内试验评价标准,最终完成面向于大厚度施工的骨架稳定型水泥稳定碎石混合料的设计;其次,采用离散元建模模拟骨架稳定型大厚度水泥稳定碎石基层的振动压实施工,提出具体参数指导骨架稳定型大厚度水泥稳定碎石基层的实际工程应用。最后,为营造一个良好的基-面层层间工作环境,对基-面层之间的层间力学响应进行有限元建模分析,并对层间工作状态进行分级,研发高性能的渗固型透层,提出“特殊路段特殊处理”的原则,对基-面层层间结合进行处治,提出不同分级状态下层间处治措施。论文的主要研究创新成果如下:(1)根据分级掺配的级配设计方法,采用离散元建模从骨架+接触点+空隙三方面详细的研究了水泥稳定碎石混合料的细观结构,并提出了一系列骨架稳定结构评价及控制指标,如:应力传递消减比、悬浮粗集料含量、“非悬浮”粗集料平均配位数、应力集中接触点的数量、应力集中接触点平均增量、平均空隙率减量、空隙率平均变异系数。并且采用细观结构稳定性评价指标设计出三种具有优良骨架稳定特性的级配(G4、G7、G11)面向于大厚度基层应用。(2)采用细观结构评价指标定义了骨架稳定型水泥稳定碎石混合料,以筛孔通过率累计差作为混合料级配衰变的评价指标确定了面向于大厚度施工的骨架稳定型水泥稳定碎石混合料室内成型方式为振动压实法,确定其振动成型参数:振动频率为30HZ、振幅为1.5mm、静面压力小于100KPa、激振力为5000~7000N、偏心角为60~o、振动时间为120s。引入加州承载比(CBR)作为面向于大厚度施工的骨架稳定型水泥稳定碎石级配的骨架稳定性室内试验评价指标;结合强度评价指标,提出面向于大厚度施工的骨架稳定型水泥稳定碎石混合料室内试验评价标准为:骨架稳定性CBR值不低于450%、7天无侧限抗压强度不低于5MPa、28天弯拉强度不低于1.2MPa。(3)骨架稳定型(级配G4、G7、G11)水泥稳定碎石混合料大厚度施工振动压实时间不应低于120s,也不应超过180s,作为大厚度基层施工时其一次性摊铺碾压成型后厚度不宜超过35cm;振动压实120s后,骨架稳定型(G4、G7、G11)水泥稳定碎石上层和下层离析程度平均约为5%,中层离析约2%,离析程度显著小于悬浮密实型水泥稳定碎石混合料,选择骨架稳定型级配的水泥稳定碎石应用于大厚度施工可以有效的减小施工离析。动水冲刷后,骨架稳定型(G4、G7、G11)大厚度水泥稳定碎石基层的抗冲刷性能明显优于悬浮密实型。(4)以“特殊路段特殊处理”为基本理念,基于单因素对基-面层层间工作状态划分为:“1”、“2”、“特殊”,三个等级;研发渗固型透层,并对基层顶面进行糙化处治,提出质量控制指标,提出不同分级路段层间透层与糙化处治的措施:“1”级处治措施为:乳化沥青透层+基层顶面构造深度≥1.2mm;“2”级处治措施为:高渗透乳化沥青透层+基层顶面构造深度≥1.2mm;“特殊”级处治措施为:渗固透层+基层顶面构造深度≥1.2mm。本研究的意义在于:设计适用于大厚度施工的骨架稳定型水泥稳定碎石混合料级配,完成其目标配合比设计,提出适用于骨架稳定型水泥稳定碎石混合料的室内试验方法及评价标准,模拟振动压实施工为实际应用提供技术支撑,解决基-面层层间粘结的难题,为逐渐增加水泥稳定碎石基层的施工厚度奠定良好的基础。