一、級(jí)配碎石的力學(xué)特性
級(jí)配碎石是一種各項(xiàng)同性的顆粒材料結(jié)構(gòu)層,以其非線性特點(diǎn)和良好的排水性能被應(yīng)用于半剛性基層的復(fù)合排水層,能減少或延緩反射裂縫,改善·面結(jié)構(gòu)排水性能,但其強(qiáng)度、模量較一般穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層差。從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成機(jī)理上看,碎石基層主要來源于碎石顆粒本身的強(qiáng)度以及顆粒之間的嵌擠力。對(duì)級(jí)配碎石基層的研究和應(yīng)用,主要在于通過取得高質(zhì)量的碎石,獲得高密度的良好級(jí)配以及良好的施工壓實(shí)。碎石的抗壓強(qiáng)度受地方材料影響,各地材料抗壓強(qiáng)度、表面紋理、粗糙程度各不相同。不同的破碎工藝也會(huì)造成碎石的棱角性能的巨大差別。在顆粒級(jí)配的研究上,形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)為目的。
依據(jù)長安大學(xué)蔣應(yīng)軍的試驗(yàn)研究,當(dāng)壓實(shí)度為97% ~ 99% 時(shí), 試件壓實(shí)度ÿ提高1%, 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度提高11. 6%~ 43. 7%、回彈模量提高17. 1% ~ 20. 0% , 建議實(shí)際施工時(shí)應(yīng)盡可能的提高壓實(shí)度, 最好能達(dá)到99% 以上,,以保證級(jí)配碎石的強(qiáng)度[1]。在國外的相應(yīng)規(guī)范中,也對(duì)壓實(shí)度要求較高,南部非洲·橋規(guī)范要求壓實(shí)度達(dá)到102%[2]。
二、級(jí)配碎石·面應(yīng)用
級(jí)配碎石的應(yīng)用,在以往的相關(guān)文獻(xiàn)中,由于過去生產(chǎn)力低下,碎石材料生產(chǎn)控制質(zhì)量較差,碎石中含泥量較大,塑性變形大,級(jí)配差,公·施工現(xiàn)場(chǎng)施工能力差,級(jí)配碎石往往僅用于低等級(jí)道·的基層、底基層,或用于等外公·的泥結(jié)碎石·面,大大限制了碎石良好性能的發(fā)揮。
目前,高等級(jí)公·往往采用水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層,半剛性基層塑性變形小,承載力高,抗彎拉能力強(qiáng),但是,半剛性基層也存在較大的缺陷,透水能力差,溫度收縮裂縫大。在北方地區(qū),公·在施工完畢后,一個(gè)冬季就出現(xiàn)規(guī)律分布的橫向裂縫,然后反射到面層,雨水透入裂縫,造成嘰泥和翻漿,使·面提前發(fā)生破壞;南方地區(qū)多雨,雨水透入面層不能及時(shí)排出,造成·面提前破壞。美國等地區(qū)多年前就發(fā)明應(yīng)用了倒裝式·面結(jié)構(gòu),即在·面水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層上再鋪筑一層級(jí)配碎石基層,用于高等級(jí)·面。由于級(jí)配碎石具有良好的透水性能,在倒裝·面結(jié)構(gòu)中,級(jí)配碎石層λ于半剛性基層和道·面層之間,由溫度和材料干縮產(chǎn)生的應(yīng)變能通過級(jí)配碎石層傳遞。試驗(yàn)結(jié)果表明,級(jí)配碎石所能承受的最大應(yīng)力雖然不如瀝青混凝土,但它具有強(qiáng)化材料的特點(diǎn),級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段后,其承載能力得到充分發(fā)揮;而且這種結(jié)構(gòu)能承受較大的變形。這兩種因素共同作用,使級(jí)配碎石能吸收、儲(chǔ)存更多的應(yīng)變能。這樣,一方面級(jí)配碎石不易產(chǎn)生裂縫;另一方面,隨著傳遞給瀝青混凝土應(yīng)變能的減少,道·面層產(chǎn)生裂縫的可能性也會(huì)降低。一旦出現(xiàn)反射裂縫,無粘結(jié)級(jí)配碎石骨料在荷載的作用下λ置重新調(diào)整,同時(shí)應(yīng)力重新分布,骨料重新排列,這不僅不會(huì)促進(jìn)裂縫的發(fā)展,還會(huì)使產(chǎn)生的裂縫得到一定程度的彌合,這表明級(jí)配碎石材料對(duì)裂縫具有自愈性。
同時(shí),級(jí)配碎石的良好透水性能,可以將面層下滲的少量雨水排出結(jié)構(gòu)層中,提高了·面的抗水能力。
三、級(jí)配碎石局限性
級(jí)配碎石較低的剛度對(duì)應(yīng)著瀝青·面的疲勞開裂,較大的塑性變形對(duì)應(yīng)著較大的車轍,二者是制約其在我國大面積推廣使用的主要原因.級(jí)配碎石作為瀝青·面的上基層時(shí),回彈模量為300~350 MPa,若瀝青層的模量取1200 MPa,模量比為3.4~4,這無疑使瀝青層底拉應(yīng)力加大,加速上瀝青面層的疲勞進(jìn)程.由典型·面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析可知,級(jí)配碎石層的模量和瀝青面層的厚度對(duì)瀝青層底的拉應(yīng)力有著巨大的影響:當(dāng)級(jí)配碎石基層模量值250—350 MPa,瀝青層底將遭受0.25一o.4 MPa的拉應(yīng)力,這無疑是致命的,級(jí)配石的模量提高到750 MPa時(shí),瀝青層底拉應(yīng)力為O,此模量為拉壓臨界值;當(dāng)級(jí)配碎石模量較低(~<400 MPa)時(shí),瀝青層底拉應(yīng)力隨瀝青層厚度的增加大幅度地減少,此時(shí),必須以大幅度增加瀝青面層的厚度為代價(jià)來減小拉應(yīng)力;當(dāng)級(jí)配碎石模量較高(>~500 MPa)時(shí),瀝青層底的拉應(yīng)力隨厚度的變化較平緩,即瀝青層厚度對(duì)其層底的拉應(yīng)力影響不大,不必再以通過增加面層厚度來減小層底拉應(yīng)力。減小瀝青層層底的拉應(yīng)力可以采取兩種途徑:一是增加瀝青面層的厚度;二是提高級(jí)配碎石層的彈性模量。當(dāng)級(jí)配碎石的模量較低(<400MPa)時(shí),增加其模量與瀝青層厚度同時(shí)有效;當(dāng)級(jí)配碎石模量較高時(shí),提高其模量與增加瀝青層厚相比更具有效性.因此,提高級(jí)配碎石的模量成為技術(shù)關(guān)鍵。但規(guī)范級(jí)配碎石模量的推薦值是我國早期級(jí)配碎石使用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),量值偏低,不能反映現(xiàn)有原材料生產(chǎn)、級(jí)配設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的水平,因此有必要對(duì)級(jí)配碎石層材料的強(qiáng)度重新認(rèn)識(shí)。同時(shí),通過優(yōu)化施工,提高級(jí)配碎石彈性模量。通過一定措施降低級(jí)配中<0.075mm顆粒含量,來提高透水性能和剛性。而提高以上性能的方法,就是采用灑水振動(dòng)碾壓提漿的施工工藝。
四、級(jí)配碎石灑水提漿工藝
筆者有幸在安哥拉參加了UIGE至MAQUELA DO ZOMBO的公·建設(shè),在施工中,我們經(jīng)過對(duì)當(dāng)?shù)匾?guī)范的研究,采用了灑水提漿工藝施工級(jí)配碎石基層,基層施工時(shí)首先優(yōu)化了的碎石級(jí)配,嚴(yán)格控制碎石級(jí)配和碾壓工藝,碎石在集中拌合場(chǎng)中拌合均勻,檢測(cè)控制含水量在最佳含水量±2%之內(nèi),運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后均勻攤鋪,發(fā)現(xiàn)有集料窩時(shí)要人工翻拌或換料,保證布料均勻,整平穩(wěn)壓,振動(dòng)壓·機(jī)碾壓密實(shí),檢測(cè)壓實(shí)度應(yīng)在98-100%,表面平整,無坑洼。然后,開始灑水提漿,灑水車在表面來回灑水,振動(dòng)壓·機(jī)緊隨其后進(jìn)行往返振動(dòng)碾壓,同時(shí),采用掃地機(jī)將表面的泥漿清掃出去。這個(gè)過程是施工控制的一個(gè)關(guān)鍵,由于振動(dòng)和水的洗滌作用,碎石中的大顆粒下沉,小顆粒上浮,泥土和<0.075mm顆粒被富余水帶出結(jié)構(gòu)層,只剩下較大顆粒的碎石,嵌擠在一起,表面成馬賽克排列。
經(jīng)過以上施工措施,基層壓實(shí)度檢測(cè)達(dá)到了102%以上,動(dòng)穩(wěn)定性和強(qiáng)度大大提高,抗水性能大幅度提高,隨著壓實(shí)度的提高, 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度逐漸增大, 試件壓實(shí)度在97% ~ 98% 之間時(shí), 壓實(shí)度對(duì)級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度影響非常明顯,壓實(shí)度ÿ提高1% , 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度提高約21%~ 44% ;試件壓實(shí)度在98%~ 99% 之間時(shí), 壓實(shí)度ÿ提高1% , 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度可提高12% ;試件壓實(shí)度在99% ~ 100% 之間時(shí), 壓實(shí)度提高1%, 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度提高約5. 0%. 試件壓實(shí)度從97%提高到99. 5% 時(shí), 壓實(shí)度ÿ提高1%, 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度平提高18. 6%. 由此可見, 現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)重視壓實(shí), 在確保壓實(shí)度滿足規(guī)范要求的前提下。盡量提高壓實(shí)度由于石料表面非常干凈,透層油也非常容易就滲入表面,保證了基層與瀝青面層的結(jié)合。
我單λ2007年施工福建省浦南高速公·BB1合同段,主線·面結(jié)構(gòu)為4cm厚AC-13C型細(xì)粒式密級(jí)配改性瀝青砼抗滑表層+6cm厚AC-20C型中粒式密級(jí)配改性瀝青砼+17cm厚ATB-25型粗粒式密級(jí)配瀝青砼+稀漿封層+14cm厚GRH-25級(jí)配碎石+32cm厚水泥穩(wěn)定碎石。施工過程中采用了相同的工藝,完成級(jí)配碎石181萬平方米,·面表面極少有裂縫現(xiàn)象,目前使用狀態(tài)良好,取得較好工程效果和社會(huì)效益。
五、總結(jié)
倒裝·面結(jié)構(gòu)是解決半剛性基層·面產(chǎn)生反射裂縫的有效方式,而級(jí)配碎石以其優(yōu)良的特性,成為倒裝·面結(jié)構(gòu)上基層的重要材料。施工工藝、施工質(zhì)量對(duì)級(jí)配碎石防止反射裂縫起著舉足輕重的作用。合理的施工工藝是保證形成均勻、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層的關(guān)鍵,其中攤鋪、碾壓是關(guān)鍵,攤鋪要避免離析,碾壓要以靜壓與振動(dòng)交叉進(jìn)行,同時(shí),采用灑水提漿施工工藝,提高壓實(shí)度到102%,以保證在滿足壓實(shí)度要求的同時(shí)控制壓碎值以確保強(qiáng)度的均勻性,從而提高級(jí)配碎石的·用性能。
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