公路级配碎石性能分析及碎石底基层施工技术研究.pdf
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1、交通世界TRANSPOWORLD0 引言级配碎石作为一种筑路材料,以自身较低的造价在底基层和基层中得到广泛应用。级配碎石层的加入,能够使半刚性基层的水稳定性得到改善,减小温湿度变化,对基层的影响程度,避免反射裂缝的产生。为最大限度发挥出级配碎石的作用,应在确保其性能的基础上,掌握相关的施工工艺。基于此,本文对公路级配碎石性能及施工工艺进行深入研究。1 工程概况某公路工程其中一个路段全长17.55 km,该路段按一级公路标准建设,采用的是双向四车道,路基全宽24.5 m,车速为100 km/h,路面为沥青混凝土结构,底基层采用级配碎石。为确保级配碎石能够满足底基层的施工需要,在施工前通过试验分析
2、级配碎石的性能。2 公路级配碎石的性能及施工工艺2.1 级配碎石的性能2.1.1 最佳含水率和最大干密度由室内试验结果可知,级配碎石料的最佳含水率会受到气候的影响。因此,在确定最佳含水率时,应根据气候状况控制含水率。以振动法确定级配碎石料的最大干密度,并以此作为压实度的控制指标,最大干密度达到98%时,重型击实试验成型试件密实度应达到100%1。基于此,在确定级配碎石料的最大干密度时,应结合现场压实度检测结果,以提高最大干密度的准确性。2.1.2 加州承载比1)加州承载比简称 CBR,具体是指材料的强度,即能够抵抗局部荷载的抗剪切能力,其值的大小与以下因素有关:级配、最大粒径、细集料、密度等。
3、CBR试验的加载方式为静荷载,无法反映出变形的发展过程。2)因级配碎石料具有无黏结料的聚合作用,回弹模量较小,其承载路面结构时,受到车辆荷载的反复作用,级配碎石层会出现塑性累积变形,引起剪切或疲劳破坏。CBR不能单独测出材料的塑性或弹性变形。3)为弥补CBR试验的缺陷,在本次试验中,引入MTS,用CBR、回弹模量、累积塑性变形等指标分析加载试验数据,表征级配碎石料的力学性能。由试验结果可知,不同级配的碎石料 CBR 值存在较大的区别,粗集料的含量与CBR值关系密切,级配碎石料中所含的粗集料越多,CBR值就越大,反之则越小。而级配碎石料中的细集料含量越多,CBR值越低。受到施工方法的影响,如粗集
4、料的含量过多,则会导致离析。4)级配碎石料的空隙率与CBR值具有线性关系,当空隙率增加后,CBR值会随之增大。不同级配的碎石料采用的集料比例有所差别,细集料的含量随着空隙率的增大而减少,骨架结构形成后,CBR值增大。5)本次试验中,各组不同级配碎石料的CBR值均满足规范要求,即大于80%。当试验中的原材料为花岗岩时,CBR值最高,达到254%2。2.1.3 抗压回弹模量材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值为回弹模量,这是级配碎石的重要指标之一。含水率、干密度、粗骨架、颗粒的粗糙程度及形状等,都会对回弹模量产生影响。1)级配碎石压实层的含水率和密度对强度的影响收稿日期:2023-0
5、5-16作者简介:苌永涛(1982),男,高级工程师,从事公路桥梁施工工作。公路级配碎石性能分析及碎石底基层施工技术研究苌永涛(石家庄市公路桥梁建设集团有限公司,河北 石家庄 050000)摘要:以某公路工程实例为例,对该公路级配碎石的性能及施工工艺进行分析论述。首先分析了级配碎石的性能,主要包括最佳含水率、最大干密度、加州承载比、抗压回弹模量、塑性变形、渗透性能、抗冻性能。然后阐述了级配碎石底基层施工相关技术,主要从测量放样,施工机械就位,级配碎石拌和、运输、摊铺及碾压等方面进行了深入介绍,望能为同类工程提供参考。关键词:级配碎石;沥青混凝土;加州承载比中图分类号:U415.2文献标识码:B
6、49总657期2023年第27期(9月 下)较大。当压实层材料的密度提升后,其强度也会随之增加。如材料本身的渗透性较差,则含水率较高时,会导致抗压强度降低。2)级配碎石骨架结构与回弹模量值呈线性关系,即骨架结构越大,回弹模量值越高。随着骨架结构的不断增大,回弹模量值随之增大;骨架结构对级配碎石料的强度具有决定性作用,骨架结构的强度越高,形成的级配碎石料的强度就越大;结构越粗,颗粒间的作用力越大,嵌挤作用在级配碎石料强度的形成中起着重要作用,越粗的结构,回弹模量值越大。3)颗粒的形状、粗糙程度,与级配碎石料的强度有着密切关系。试验结果表明,颗粒的表面越粗糙,内摩擦阻力越大,破碎面多、棱角分明的颗
7、粒比光滑的颗粒提供的荷载分布更好。4)松散粒料的回弹模量值,可以通过动三轴试验测定。由于该方法的操作较为复杂,并且对仪器设备的精度要求较高,所以很难保证试验结果的准确性。基于此,采用圆筒试模对级配碎石试件做有侧限分级压缩试验,据此测定试件的抗压回弹模量,按所得的结果分析级配碎石的力学性能。由试验测试结果可知,本次施工中选用的级配碎石回弹模量为205 MPa,符合相关规范中给出的150220 MPa的推荐值3。所以可将该级配碎石在公路施工中使用。2.1.4 塑性变形在外界荷载的作用下,沥青混凝土路面会出现弹性和残余变形,变形量达到一定值后,路面便会出现车辙或沉陷等病害。残余变形与荷载、应力水平、
8、密实度、路基土等多种因素有关,而级配碎石的塑性变形则与材料的性状、含水量、密实度等有关4。颗粒间的空隙与塑性变形的大小有关,即空隙越大,变形越大。细集料的填充使骨架结构的空隙率减少,颗粒不再向空隙移动,塑性变形随之减少。但在悬浮结构的情况下,细集料易相互错动,受到含水量的影响,颗粒因摩擦力小,从而产生较大的塑性变形。因此,当级配碎石料中的细集料含量超过一定程度时,会导致塑性变形增大。当材料和含水量全部确定时,细集料的含量在8%12%的区间范围内,塑性变形与密实度有关,此时,可按空隙率判断级配碎石的塑性变形情况。2.1.5 渗透性能1)自然降雨落到路面后,部分会流向路肩和路基外,还有少部分会通过
9、路面上的缝隙进入结构内部。而在地下水位较高的路段中,地下水会通过毛细渗流侵入路面结构下部。当自由水进入路面结构后,会逐步向路基渗流,直至被排出,如路基垫层材料的透水性能较差,则会导致水向外渗流的速度变慢,可能需要较长的时间才能将水排除干净。2)封闭于路面结构内的水,会对结构层及路基土产生浸湿效果,造成强度降低,因此变形的可能性随之增大,路面的承载力下降。自由水滞留在层间结合处空隙内,受到车辆荷载作用时,会形成流速较高的水流,冲刷面层材料,引起唧泥病害。通过对路面病害调查后发现,滞留于路面结构中的自由水,是导致病害的重要原因之一。3)在路面结构中设置排水系统,可以将滞留的自由水从路面结构中快速排
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