路基路面工程课件 第8章 块料、碎(砾)路面

8块料、碎（砾）石路面及基层8.1块料路面8.1.1概述块料路面——面层由大量小尺度刚性块料按照特定的方法紧密排列、块体间接缝用填缝料填充而成的路面。主要类型——砖块路面、石块路面、木块路面、沥青混凝土块路面、水泥混凝土块路面、铸石块料路面结构特点要求块料具有较高的强度（以抗压强度为标志）和抗磨性能以及规则的形状和厚度，铺砌平整，接缝嵌挤紧密，基础（基层、垫层、土基体系）坚实、稳定。优劣情况主要优点：1、有良好的受力承载性能，可较大幅度地减薄面层厚度；2、对地基变形的适应能力强，适应于路基状况很差处的铺面；3、抗滑性好，耐磨耗；4、可选用于环境要求高的场所，构成完整的景观风采；还可以用砌块铺筑各种路面标志、标线，组织引导车流、人流交通。主要缺点：表面接缝多，平整度较差，不适应于高速行车。适应性(接缝多，车速低)如港口和厂矿的堆货场，港口道路和厂矿道路等的路面工程，也适用于旅游道路、景观广场、景观道路、非城市主干道、交叉口、停车站、桥头路段和急弯、陡坡路段的路面工程。8.1.2水泥混凝土块路面水泥混凝土块路面结构组成——块料层、垫砂层、基层和路基.1边缘约束2块料层3砂垫层4基层1、水泥混凝土块体——路面结构主体材料，块料之间的缝隙用砂填充2、垫砂层的作用是整平基层，并为面层形成紧密嵌锁提供必要的条件。垫砂层的厚度为30～70mm，通常为50mm，这取决于基层的平整度。3、基层及土基的要求与一般沥青路面相同，各种稳定类基（垫）层，均可使用。4、边缘约束的作用是限制块体在行车荷载作用下的侧向位移，以保证块体间的嵌锁。它的设置对保证联锁块铺层的使用性能是至关重要的。8.1.3块石路面用块状石料铺筑的路面均称块石路面。根据块石的形状、尺寸及修琢程度不同，分为条石、小方石、拳石和粗琢块石等几种路面。块石路面按它的平整度，基层、整平层、填缝料、交通量分类为：高级——条石和小方石块等整齐块石路面次高级——粗琢块石等半整齐块石路面中级——拳石等不整齐块石路面块石路面坚固耐久，清洁少尘，养护修理方便。但块石路面施工主采要用手工铺砌，有些块石还要加工琢制，难以实现机械化施工，耗费劳动力多，人工铺装进度慢，建筑费高。根据上述特点，这种路面主要用于土基不够稳定的桥头高填土路段，铁路与公路平交道口，以及有地下管线的城市道路上和公园、广场、纪念地等景观区道路面层。块石路面结构组成——石块面层、砂或石屑整平层、基层、垫层1级配砾石15-20cm,或水泥砼16cm.2砂或水泥砂浆混合物；3路肩填缝——石块之间须用填缝料填嵌密实，使石块彼此嵌紧不松动，加强路面的整体性，并保护石块边角。一般用砂或石屑作填缝料。高级块石路面也有用1：2～1：2.5的水泥砂浆或沥青玛蹄脂填缝。整平层的作用——垫平基层表面及石块底面，以保持块石面层顶面平整，缓和车辆行驶的冲击和振动。块石路面的强度——主要由基础的承载力和石块之间的摩擦力构成。8.2碎、砾石路面的力学特性8.2.1碎、砾石路面的强度构成矿料颗粒本身强度固然重要，但是起决定意义的则是颗粒之间的联结强度。对这种材料的抗剪强度均可用下式表示。即：由此可见，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，即构成了路面材料的结构强度。φtanσ+c=τf但是各类碎、砾石材料的内摩阻力Ф和粘结力c是不同的，因而两种不同粒料基层的结构强度构成也不相同。8.2.1.1纯碎石材料这类材料按嵌挤原则产生强度。由于纯碎石材料粘结力很差，其抗剪强度主要决定于剪切面上的法向应力和材料内摩阻角。它由三项因素构成：（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。8.2.1.2土—碎（砾）石混合料这类材料含土少时，也按嵌挤原则形成强度；而当含土量较多时，则按密实原则形成强度。土-集料混合料基（垫）层的结构强度和刚度，取决于颗粒尺寸分布、颗粒形状和密实度。其中最重要的是颗粒尺寸分布，特别是粗集料和细集料的比例。按颗粒尺寸分布情况的不同，土-集料混合料有三种不同的物理状态。第一种状态：仅含有少量或者不含细料，（细料指0.074mm以下的颗粒）；第二种状态：含有适量的细料填满集料间的空隙；第三种状态：细料含量过多，使集料悬浮于土中，彼此失去接触.强度形成机理？混合料的性质取决于颗粒尺寸分布，应有适当比例的细料含量，过多则又不利。除了颗粒尺寸分布外，当集料颗粒间丧失接触时，细粒土的物理性质对强度和稳定性有一定的影响，对于细料含量多的混合料，必须限制细料的塑性指数。峰值PI增大，强度减小8.2.2碎、砾石材料的应力-应变特征碎（砾）石材料组成的基层结构，只能承受面层传递下来的垂直应力，而不能承受弯拉应力；此外在承受垂直应力作用时，其垂直变形受侧向应力约束。现行设计规范采用回弹模量E表征其力学强度的指标，但国外也有采用加州承载比（CBR）的。碎（砾）石材料的显著特点：（1）应力-应变的非线性性质；（2）回弹模量受偏应力σd和σ3大小的影响，随偏应力的增大而减小，随σ3的增大而增大。回弹模量Er值可用下式表示：2k1rθk=E偏应力轴向应变σ3试验表明，应力重复次数、荷载作用时间及频率对回弹模量的影响甚小。颗粒材料的模量决定于材料的级配、形状、表面构造、密实度和含水量等。一般密实度愈高，模量值愈大；棱角多，表面粗糙者有较高模量；当细料含量不多时，含水量对其影响甚小。8.2.3碎、砾石材料的形变累积1、良好级配砾石在保证良好排水条件下塑性形变的发展变化规律：应力水平较低时，作用次数达104次时，形变已基本上不发展；但若应力较大时，超过材料的耐久疲劳应力，则应力作用一定次数后，形变随应力作用次数的增加而迅速发展，最终导致破坏。2、级配组成差的砾料，即使应力作用了很多次，塑性形变仍继续增长，如欲获得较低的塑性形变，则材料级配中的细料含量必须少于使其获得最大密实度的含量。8.3碎（砾）石路面与基层8.3.1概述碎（砾）石路面——用加工轧制的碎（砾）石作主骨科，并以石渣和石屑嵌缝，用粘土或石灰土泥浆灌缝，按嵌挤原理压实形成的路面。类型：泥结碎石泥灰结碎石填隙碎石：干压碎石（干法）水结碎石（湿法）结构强度：既和石料本身的强度有关，也和碎石颗粒间的联结程度有关。优点：投资不高，盛产石料地区可就地取材，并随交通量的增加进行分期修建和改善，还可在分期修建过程中作为其它路面的基层。缺点：平整度差，易扬尘，在行车和自然因素影响下，易产生磨损、松散、磨耗层脱落露骨等病害。因此维修养护工作量大，而且适应的交通量较小。8.3.2泥结碎石路面与基层泥结碎石路面是以碎石作骨料，粘土作填充料和结合料，经压实形成的路面。优点：碾压工作量小，使用石料等级较宽，造价低。缺点：干燥时易扬尘，潮湿时水稳定性差。材料要求：碎石等级不低于III级，扁平细长颗粒不超过20％，不得含有其他杂质。施工方法：灌浆法、拌和法、层铺法。适用：泥结碎石路面属中级路面，应用于三、四级公路，地方道路。它具有施工简便、造价低的优点；但因含一定数量的粘土，水稳定性较差，不宜做沥青路面基层。如做沥青路面基层时，应用于干燥路段，在中湿和潮湿路段，填充的粘结料中应掺一定剂量的石灰，形成泥灰结碎石结构，以提高其稳定性。在泥结碎石路面上铺筑磨耗层可以改善行车条件和方便养护。8.3.3泥灰结碎石路面泥灰结碎石路面是以碎石作骨科，用一定数量的石灰土填充空隙作粘结料形成的路面。它针对泥结碎石路面水稳性不好的缺点，利用填充料中的石灰达到提高路面水稳定性的目的。泥灰结碎石多在潮湿与中湿路段作为沥青路面的基层，亦可作为中级路面的面层。8.3.4填隙碎石基层填隙碎石基层——用单一尺寸的粗碎石做骨料，形成嵌挤作用，用石屑填满碎石间的孔隙，增加密实度和稳定性。填隙碎石可用做各等级公路的底基层和二级以下公路的基层，适于盛产石料地区。施工方法分干法和湿法两种。将碎石材料撒铺后直接压实而成的结构层，称为干压碎石；经洒水碾压而成的称为水结碎石。洒水的作用：1、适量洒水，可降低碎石颗粒间的摩擦力，提高压实效果。2、水结碎石在压实过程中会产生一部分磨碎的石粉，它可起粘结作用。由于石灰岩或白云岩石粉的粘结力较强，因此常用它来铺筑。材料的基本要求：扁平细长软弱颗粒不应超过15％，粗碎石集料压碎值不超过30％，重要交通道路不超过26％。填隙碎石基层强度的主要由碎石间的嵌挤锁结作用形成，而粗碎石是填隙碎石基层形成强度和稳定性的主要组成材料，碎石颗粒组成应满足规范的要求。8.4级配砾（碎）石路面与基（垫）层8.4.1概述级配砾（碎）石路面，是用粒径大小不同的粗细砾（碎）石集料和砂（或石屑）各占一定比例的混合料。其颗粒组成符合密实级配要求。级配砾（碎）石路面强度由集料间的摩阻力和细粒土的粘结力，经碾压密实联结所构成。它可以做中级路面面层；当路基处于干燥地段时，也可以做次高级路面的基层。在潮湿地段做沥青路面基层时，应在土中掺加一定剂量的石灰，以提高其强度和稳定性。优点：平整度较好（但须经常养护），施工维修简易，在就地取材前提下造价低廉。缺点：耐磨性差，在行车作用下易产生波浪变形，使用年限较短。8.4.2级配砾（碎）石路面与基垫层级配砾（碎）石路面厚度一般8－16cm，当厚度大于16cm时，应分两层铺筑。上层为总厚度的0.4，下层为总厚度的0.6。级配砾（碎）石用作高速、一级公路底基层和二级公路基层时，压碎值不大于30％；二级公路底基层和二级以下基层，不大于35％；二级以下的底基层时不大于40％。8.4.3磨耗层与保护层为提高碎（砾）石路面的平整度，抵抗行车和自然因素的磨损和破坏作用，应在面层上加铺磨耗层和保护层。8.4.3.1磨耗层磨耗层是用级配良好的石屑、砂砾等集料和粘土构成的混合料，经摊铺和碾压而成的层次。磨耗层应具有足够的坚实性和稳定性。磨耗层是路面的表面部分，其作用是抵抗车轮荷载和自然因素对路面的破坏作用，从而有效地保证路面的强度和稳定性，并提高路面平整度，改善行车条件，延长使用寿命。磨耗层铺筑后表面应平整，具有规定的路拱形状，并与其下的下面层联结牢固成为整体，使之具有较好的强度和稳定性。厚度及材料要求：厚度薄，最大不超过4cm。采用坚硬小砾石和石屑时，宜为2－3cm，砂土混合时宜为1.5－2cm，软质材料时，宜为3－4cm。8.4.3.2保护层保护层由砂、土等材料铺筑在磨耗层之上，厚度不大于1cm的薄层。用于减少车轮对磨耗层的直接磨损和自然因素对磨耗层的直接影响，是保护磨耗层，延长其使用寿命的薄层结构。种类：稳定保护层（砂和粘土的混合料）和松散保护层（直径2－5mm的砂砾）两种。稳定保护层又称砂土保护层，是用砂和粘土的混合料，通过行车碾压，形成稳固的硬壳，粘附在磨耗层上，这种保护层，行车阻力小，养护用料少，但施工技术较复杂，适用于干旱和大风地区。松散保护层又称砂砾保护层，系在湿润的磨耗层上均匀撒铺粒径2～5mm（干旱地区可用5～10mm）的砂粒而构成，多用于南方潮湿地区或盛产砂粒地区。在行车作用下，砂砾常被移动、带走，须要经常扫砂、回砂保养。