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近年来,伴随着我国经济飞速发展,交通量增长、重载超载情况增多、车辆渠化等日益突出。传统沥青路面半刚性结构在重载交通作用下极易出现反射裂缝问题,难以根治。而柔性基层虽然车载分布较为均匀,但现有柔性基层材料存在强度不足的问题,使得路面结构层加厚,易产生车辙等病害。大量研究表明,增大混合料集料粒径,调整混合料级配形成嵌锁结构可以提升材料力学性能。因此,为了更好的解决柔性路面材料强度问题,抵御重载交通,本文进行了如下研究:首先,基于平面三圆堆积理论、贝雷级配设计方法和和SAC级配设计方法,确定了大粒径嵌锁式级配设计的关键控制筛孔,提出的大粒径嵌锁式混合料级配的计算方法。同时,为保证嵌锁级配的形成,特别提出以1/2最大粒径筛孔作为大粒径嵌锁式基层材料级配设计的关键控制筛孔。确定了各关键筛孔通过率的上下限,采用分段计算的方法,通过富勒级配曲线计算各筛孔通过率,形成级配曲线的上下限,并提出了嵌锁结构的评价标准,以便在配合比设计中更好控制。其次,为了检验大粒径嵌锁式沥青混合料路用性能及力学性能,更好的应用于试验路。首先,通过马歇尔配合比设计方法确定了ATSM-25、ATSM-30、ATSM-40三种混合料的最佳沥青用量;其次,选择相同粒径柔性基层常用材料ATB作为对照组,通过高温车辙试验、低温抗裂试验、水稳定性试验对其路用性能进行了系统评价。最后,通过动态模量试验对ATSM的力学性能进行了探究,得到了ATSM的动态模量主曲线。结果表明:ATSM混合料的高温、水稳定性以及力学性能均能满足规范要求。与相同最大粒径ATB材料对比,高温稳定性提升20%-40%,低温抗裂性提升20%-35%,水稳定性略优,动态模量平均提升约20%。再次,为了检验大粒径嵌锁式级配碎石的力学性能。先确定IGSB-50、IGSB-60、IGSB-70级配曲线的不均匀系数和曲率系数,通过混合缩尺方法对大粒径嵌锁式级配碎石的级配进行缩尺。然后通过击实试验确定IGSB-50、IGSB-60、IGSB-70的最佳含水率和最大干密度。最后按照规范中要求,测试IGSB-50、IGSB-60、IGSB-70的CBR值和回弹模量,并选取规范中传统的连续型级配和骨架型级配碎石作为对照组。结果表明:IGSB-50、IGSB-60、IGSB-70的CBR值均可满足规范要求,并且相较连续型级配和骨架型级配碎石可提升20%-35%;动态模量满足规范要求,相较连续型级配和骨架型级配碎石平均可提升约40%。最后,依据室内试验得到的力学数据,结合试验路交通量数据,通过ABAQUS有限元分析软件对郑登快速路结构方案进行力学分析,确定了试验路路面结构。提出大粒径嵌锁式基层材料施工技术方案及质量控制措施,铺筑完成后对试验段进行跟踪观测,并对试验段检测数据进行了分析总结。结果表明:大粒径嵌锁式基层材料抗重载能力优于传统路面结构;试验路施工效果良好,通过一年的观测,没有出现车辙、裂缝等病害问题。