[工學(xué)]級(jí)配礫石施工工藝研究

1、.級(jí)配砂礫石基層施工技術(shù)摘要：通過對(duì)級(jí)配砂礫石基層施工工藝的研究與實(shí)踐，從級(jí)配砂礫石力學(xué)特性和級(jí)配等方面著手，介紹級(jí)配砂礫石施工工藝及施工注意事項(xiàng)。 關(guān)鍵詞：砂礫石基層；級(jí)配；嵌擠；非線性        目前，我國(guó)國(guó)內(nèi)的公路建設(shè)中，大多是采用半剛性材料作基層，這往往就需要大量的水泥或石灰、粉煤灰和水，這些材料的購(gòu)買的運(yùn)輸成本是很大的。而在我國(guó)很多地區(qū)，特別是西部地區(qū)，有豐富的砂礫石資源。在修筑瀝青混凝土路面時(shí)，如采用級(jí)配良好的砂礫石替代傳統(tǒng)的半剛性材料作基層，這對(duì)促進(jìn)交通發(fā)展和降低工程造價(jià)都是十分有利的。目前，國(guó)內(nèi)公路建設(shè)中

2、，對(duì)天然砂礫石或級(jí)配砂礫石采用的通常做法是：將砂礫石按一定的級(jí)配組成，然后摻加一定比例的粘結(jié)料（石灰、粉煤灰或水泥），將這種摻加了無機(jī)結(jié)合料并滿足級(jí)配要求的混合料作為高等級(jí)公路的基層。而不摻加無機(jī)結(jié)合料的級(jí)配砂礫石適用于二級(jí)和二級(jí)以下公路的基層以及各級(jí)公路的底基層。因此，用砂礫石作基層，其設(shè)計(jì)施工問題都是亟待研究與解決的課題。        1 砂礫石基層力學(xué)特性        1.1 砂礫石基層強(qiáng)度形成原理    

3、    砂礫石基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成的特點(diǎn)是：礦料顆粒之間的聯(lián)接強(qiáng)度，一般都要比礦料顆粒本身的強(qiáng)度小得多；在外力作用下，材料首先將在顆粒之間產(chǎn)生滑移和位移，使其失去承載能力而遭受破壞。因此，對(duì)于這種松散材料組成的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其中礦料顆粒本身強(qiáng)度固然重要，但是起決定作用的則是顆粒之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。凡是強(qiáng)度特征上具有上述特點(diǎn)的材料，均屬于松散介質(zhì)的范疇。對(duì)于松散介質(zhì)范疇的材料，其抗剪強(qiáng)度可用庫侖公式表示。因此，由材料的粘結(jié)力和內(nèi)摩阻角所表征的內(nèi)摩阻力所決定的顆粒之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，即構(gòu)成路面材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。      &#

4、160; 砂礫石材料是按嵌擠原則產(chǎn)生的強(qiáng)度，它的抗剪強(qiáng)度主要取決于剪切面上的法向應(yīng)力和材料的內(nèi)摩阻角。由以下三項(xiàng)因素組成：粒料表面的相互滑動(dòng)摩擦；因剪切時(shí)體積膨脹而需克服的阻力；因粒料重新排列而受到的阻力。粒料的摩阻角大小主要取決于石料的強(qiáng)度、形狀、尺寸、均勻性、表面粗糙度以及施工的壓實(shí)程度。砂礫石混合料一般有一定的級(jí)配，且含有結(jié)合料，按密實(shí)原則形成強(qiáng)度。砂礫石混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性取決于內(nèi)摩阻角和粘結(jié)力的大小。        1.2 砂礫石材料的應(yīng)力應(yīng)變特性     

5、0;  砂礫石材料的顯著特點(diǎn)之一就是應(yīng)力應(yīng)變的非線性性質(zhì)，回彈模量在很大程度上受豎向和側(cè)向應(yīng)力大小的影響。關(guān)于砂礫石的本構(gòu)模型，總的來講主要是采用 模型，K1、K2的確定是通過三軸試驗(yàn)利用規(guī)定的側(cè)限壓力和偏應(yīng)力的不同組合完成的，該試驗(yàn)對(duì)設(shè)備的要求高、試驗(yàn)復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。重慶交通大學(xué)梁乃興教授根據(jù)路面結(jié)構(gòu)中砂礫基層材料的回彈模量隨大小主應(yīng)力的變化而相應(yīng)變化的非線性特性，并從適用、合理的角度出發(fā)，提出的砂礫基層材料非線性模型        2 材料性能要求     &

6、#160;  2.1 砂礫石材料級(jí)配要求        砂礫石屬無粘性顆粒材料，強(qiáng)度的形成主要依靠顆粒之間的嵌擠、密實(shí)原理。因此對(duì)砂礫石材料，首要就要求其級(jí)配必須滿足規(guī)范要求。用級(jí)配砂礫石作基層時(shí)，礫石最大粒徑不應(yīng)超過37.5mm，用作底基層時(shí)，礫石最大粒徑不應(yīng)超過53mm。砂礫石顆粒粒徑過大時(shí)，存在的主要問題是難以壓密實(shí)，混合料中存在較大的孔隙率，特別是大粒徑顆粒的底部周圍較細(xì)一級(jí)的砂礫石顆粒難以壓密實(shí)。在車輛荷載的作用下，此處容易出現(xiàn)顆粒移動(dòng)位置的現(xiàn)象，導(dǎo)致基層沉陷，面層跟著出現(xiàn)沉陷。在有較大粒徑的顆粒附近，如

7、有滲透水的作用，細(xì)小顆粒因缺乏必要的密實(shí)、嵌擠作用，容易沉出現(xiàn)流動(dòng)現(xiàn)象。因此對(duì)于超粒徑部分的顆粒，應(yīng)予以剔除。 砂礫石中小于0.075mm的粘粉顆粒對(duì)砂礫石的性能也有很大的影響。以密實(shí)原理組成的混合料，其最大干密、壓縮模量及三軸試驗(yàn)所得的剪切模量均度要比以天然級(jí)配組成的混合料最大干密度大。從這一方面來講，以密 實(shí)原理組成的砂礫石混合料性能要好于天然級(jí)配組成的砂礫石混合料。小于0.075mm部分的細(xì)小顆粒含量對(duì)于混合料的膨脹性有較大影響；該部分含量越大，膨脹量越大。在分析冰凍機(jī)理的基礎(chǔ)上也可知，小于0.075mm部分的砂礫石越多，冰凍現(xiàn)象越明顯，破壞性也就越大。  

8、     據(jù)以上分析，砂礫石級(jí)配最好的組成是：按密實(shí)原理設(shè)計(jì)，去掉小于0.075mm的砂礫石。但這只是一種理想化的設(shè)想，因?yàn)橛珊Y分試驗(yàn)知，小于0.075mm的細(xì)小顆粒是粘附在大粒徑的顆粒上，干篩分難以分離出來?；诖耍┕ぶ惺紫葘⒊降拇箢w粒選出。在雨水量較豐富的地區(qū)，選用的砂礫石應(yīng)通過水沖洗的方法將粘粉去掉。        2.2 砂礫石材料壓碎值要求       公路路面路基施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定：級(jí)配砂礫

9、石做基層時(shí)，石料的壓碎值應(yīng)滿足一定的要求。對(duì)不同等級(jí)的公路。 大部分砂礫石就單個(gè)顆粒來說，強(qiáng)度大，不易壓碎。但對(duì)于個(gè)別砂礫石，如顆粒屬于那種長(zhǎng)扁型的，則極易壓斷。特別是當(dāng)這種顆粒在混合料中的排列屬于長(zhǎng)軸與作用力垂直時(shí)，極易壓斷。壓斷后的顆粒要產(chǎn)生變位，使上部分的混合料處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)。因此對(duì)于混合料中長(zhǎng)扁型的砂礫石應(yīng)予以剔除，或者控制長(zhǎng)常扁型顆粒所占百分率在一定的范圍。        3 施工要點(diǎn)        3.1一般規(guī)定  &#

10、160;     級(jí)配砂礫石基層施工時(shí)，應(yīng)遵守以下規(guī)定：        顆粒級(jí)配應(yīng)符合規(guī)定。        配料必須準(zhǔn)確。        塑性指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)定。        混合料必須拌合均勻，沒有粗細(xì)顆粒離析現(xiàn)象。     &#

11、160;  在最正確含水量時(shí)進(jìn)行碾壓，直到達(dá)到按重型擊實(shí)試驗(yàn)法確定的要求壓實(shí)度：對(duì)于基層達(dá)到98%，對(duì)于底基層達(dá)到96%。        級(jí)配砂礫石應(yīng)用12t以上三輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，每層壓實(shí)厚度不應(yīng)超過15-18cm。用重型振動(dòng)壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)進(jìn)行碾壓時(shí)，每層厚度不應(yīng)超過20cm。        級(jí)配砂礫石基層未灑透層瀝青或未鋪封層時(shí)，應(yīng)禁止開放交通，以保護(hù)表層不受破壞。      &

12、#160; 3.2工藝流程        級(jí)配砂礫石施工的工藝流程圖順序進(jìn)行。        3.3注意事項(xiàng)        由于砂礫石基層出現(xiàn)病害的主要原因是砂礫含泥量過大；砂礫級(jí)配不良，碾壓厚度過厚，導(dǎo)致壓實(shí)度不夠；在水的作用下容易發(fā)生水破壞或冰凍破壞等。因此針對(duì)這些病害，在施工中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。       

13、對(duì)于土基，不論是路堤還是路塹，必須用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。在壓實(shí)過程中如發(fā)現(xiàn)土過干、表層松散，應(yīng)適當(dāng)灑水；如過濕，應(yīng)采用開挖晾曬、換土，或摻加水泥、石灰等措施進(jìn)行處理；        鑒于砂礫石混合料是依靠密實(shí)、嵌擠原理形成強(qiáng)度的，因此對(duì)混合料的均勻性要求較高。在傾倒混合料或用鏵犁進(jìn)行拌合時(shí)勿使混合料產(chǎn)生離析現(xiàn)象；        壓實(shí)時(shí)宜采用噸位較大的振動(dòng)壓路機(jī)；        施工中應(yīng)有充足的水份，使砂礫石混合料含水量稍大于最正確含水量，一次碾壓成型，使砂礫石混合料成為一種密實(shí)而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；        急彎、陡坡地段，不宜鋪砂礫石基層；        為了保證砂礫基層邊部的厚度和穩(wěn)定，使油面邊緣不產(chǎn)生縱向裂縫，應(yīng)在鋪裝之前，培好路肩。同時(shí)，為及時(shí)排掉多余的水分而不使水滲入路基、降低路基強(qiáng)度，應(yīng)每隔5m做一道泄水槽；        兩個(gè)工作日或同日施工的兩個(gè)工作段，應(yīng)