级配砂砾石基层施工技术

级配砂砾石基层施工技术目前，我国国内的公路建设中，大多是采用半刚性材料作基层，这往往就需要大量的水泥或石灰、粉煤灰和水，这些材料的购买的运输成本是很大的。而在我国很多地区，特别是西部地区，有丰富的砂砾石资源。在修筑沥青混凝土路面时，如采用级配良好的砂砾石替代传统的半刚性材料作基层，这对促进交通发展和降低工程造价都是十分有利的。目前，国内公路建设中，对天然砂砾石或级配砂砾石采用的通常做法是：将砂砾石按一定的级配组成，然后掺加一定比例的粘结料（石灰、粉煤灰或水泥），将这种掺加了无机结合料并满足级配要求的混合料作为高等级公路的基层。而不掺加无机结合料的级配砂砾石适用于二级和二级以下公路的基层以及各级公路的底基层。因此，用砂砾石作基层，其设计施工问题都是亟待研究与解决的课题。1砂砾石基层力学特性1.1砂砾石基层强度形成原理砂砾石基层结构强度形成的特点是：矿料颗粒之间的联接强度，一般都要比矿料颗粒本身的强度小得多；在外力作用下，材料首先将在颗粒之间产生滑移和位移，使其失去承载能力而遭受破坏。因此，对于这种松散材料组成的结构强度，其中矿料颗粒本身强度固然重要，但是起决定作用的则是颗粒之间的联结强度。凡是强度特征上具有上述特点的材料，均属于松散介质的范畴。对于松散介质范畴的材料，其抗剪强度可用库仑公式表示。因此，由材料的粘结力和内摩阻角所表征的内摩阻力所决定的颗粒之间的联结强度，即构成路面材料的结构强度。砂砾石材料是按嵌挤原则产生的强度，它的抗剪强度主要取决于剪切面上的法向应力和材料的内摩阻角。由下列三项因素组成：①粒料表面的相互滑动摩擦；②因剪切时体积膨胀而需克服的阻力；③因粒料重新排列而受到的阻力。粒料的摩阻角大小主要取决于石料的强度、形状、尺寸、均匀性、表面粗糙度以及施工的压实程度。砂砾石混合料一般有一定的级配，且含有结合料，按密实原则形成强度。砂砾石混合料的强度和稳定性取决于内摩阻角和粘结力的大小。1.2砂砾石材料的应力——应变特性砂砾石材料的显著特点之一就是应力——应变的非线性性质，回弹模量在很大程度上受竖向和侧向应力大小的影响。关于砂砾石的本构模型，总的来讲主要是采用模型，K1、K2的确定是通过三轴试验利用规定的侧限压力和偏应力的不同组合完成的，该试验对设备的要求高、试验复杂、耗费时间长。重庆交通大学梁乃兴教授根据路面结构中砂砾基层材料的回弹模量随大小主应力的变化而相应变化的非线性特性，并从适用、合理的角度出发，提出的砂砾基层材料非线性模型2材料性能要求2.1砂砾石材料级配要求砂砾石属无粘性颗粒材料，强度的形成主要依靠颗粒之间的嵌挤、密实原理。因此对砂砾石材料，首要就要求其级配必须满足规范要求。用级配砂砾石作基层时，砾石最大粒径不应超过37.5mm，用作底基层时，砾石最大粒径不应超过53mm。砂砾石颗粒粒径过大时，存在的主要问题是难以压密实，混合料中存在较大的孔隙率，特别是大粒径颗粒的底部周围较细一级的砂砾石颗粒难以压密实。在车辆荷载的作用下，此处容易出现颗粒移动位置的现象，导致基层沉陷，面层跟着出现沉陷。在有较大粒径的颗粒附近，如有渗透水的作用，细小颗粒因缺乏必要的密实、嵌挤作用，容易沉出现流动现象。因此对于超粒径部分的颗粒，应予以剔除。砂砾石中小于0.075mm的粘粉颗粒对砂砾石的性能也有很大的影响。以密实原理组成的混合料，其最大干密、压缩模量及三轴试验所得的剪切模量均度要比以天然级配组成的混合料最大干密度大。从这一方面来讲，以密实原理组成的砂砾石混合料性能要好于天然级配组成的砂砾石混合料。小于0.075mm部分的细小颗粒含量对于混合料的膨胀性有较大影响；该部分含量越大，膨胀量越大。在分析冰冻机理的基础上也可知，小于0.075mm部分的砂砾石越多，冰冻现象越明显，破坏性也就越大。据以上分析，砂砾石级配最好的组成是：按密实原理设计，去掉小于0.075mm的砂砾石。但这只是一种理想化的设想，因为由筛分试验知，小于0.075mm的细小颗粒是粘附在大粒径的颗粒上，干筛分难以分离出来。基于此，施工中首先将超粒径的大颗粒选出。在雨水量较丰富的地区，选用的砂砾石应通过水冲洗的方法将粘粉去掉。2.2砂砾石材料压碎值要求《公路路面路基施工技术规范》规定：级配砂砾石做基层时，石料的压碎值应满足一定的要求。对不同等级的公路。大部分砂砾石就单个颗粒来说，强度大，不易压碎。但对于个别砂砾石，如颗粒属于那种长扁型的，则极易压断。特别是当这种颗粒在混合料中的排列属于长轴与作用力垂直时，极易压断。压断后的颗粒要产生变位，使上部分的混合料处于一种不稳定状态。因此对于混合料中长扁型的砂砾石应予以剔除，或者控制长常扁型颗粒所占百分率在一定的范围。3施工要点3.1一般规定级配砂砾石基层施工时，应遵守下列规定：①颗粒级配应符合规定。②配料必须准确。③塑性指标应符合规定。④混合料必须拌合均匀，没有粗细颗粒离析现象。⑤在最佳含水量时进行碾压，直到达到按重型击实试验法确定的要求压实度：对于基层达到98%，对于底基层达到96%。⑥级配砂砾石应用12t以上三轮压路机进行碾压，每层压实厚度不应超过15-18cm。用重型振动压路机和轮胎压路机进行碾压时，每层厚度不应超过20cm。⑦级配砂砾石基层未洒透层沥青或未铺封层时，应禁止开放交通，以保护表层不受破坏。3.2工艺流程级配砂砾石施工的工艺流程图顺序进行。3.3注意事项由于砂砾石基层出现病害的主要原因是砂砾含泥量过大；砂砾级配不良，碾压厚度过厚，导致压实度不够；在水的作用下容易发生水破坏或冰冻破坏等。因此针对这些病害，在施工中应注意以下几个问题。①对于土基，不论是路堤还是路堑，必须用压路机进行碾压。在压实过程中如发现土过干、表层松散，应适当洒水；如过湿，应采用开挖晾晒、换土，或掺加水泥、石灰等措施进行处理；②鉴于砂砾石混合料是依靠密实、嵌挤原理形成强度的，因此对混合料的均匀性要求较高。在倾倒混合料或用铧犁进行拌合时勿使混合料产生离析现象；③压实时宜采用吨位较大的振动压路机；④施工中应有充足的水份，使砂砾石混合料含水量稍大于最佳含水量，一次碾压成型，使砂砾石混合料成为一种密实而稳定的结构；⑤急弯、陡坡地段，不宜铺砂砾石基层；⑥为了保证砂砾基层边部的厚度和稳定，使油面边缘不产生纵向裂缝，应在铺装之前，培好路肩。同时，为及时排掉多余的水分而不使水渗入路基、降低路基强度，应每隔5m做一道泄水槽；⑦两个工作日或同日施工的两个工作段，应采用搭接。前一段拌和整形后，留5～8米不进行碾压，后一段留下未压部分，应与前一段一起重新拌和、整形，一起碾压。4质量检查与验收级配砂砾石基层和底基层的质量检查和验收，与级配碎石基本相同。在进行质量检查与验收时，可参考级配碎石的相关规定和标准，同时也要结合级配砂砾石材料的实际。参考文献：[1]张登良.沥青路面工程手册[M].北京:人民交通出版社,2003.[2]李继业,刘福胜,等.公路工程施工技术实用手册[M],北京:中国建筑工业出版社,2006.[3]梅迎军.天然砂砾石基层承载能力研究[D],重庆:重庆交通大学,2003.[4]梁乃兴,韩森,屠书荣.现代路面与材料[M],北京:人民交通出版社,2003.