骨架密實(shí)型的水穩(wěn)基層抗裂結(jié)構(gòu)研究

PAGE19骨架密實(shí)型的水穩(wěn)基層抗裂結(jié)構(gòu)研究摘要：骨架密實(shí)級(jí)配水泥穩(wěn)定礫石與常規(guī)級(jí)配相比，具有較高的密度，較小的含水量，嵌擠形成的強(qiáng)度大，并具有較好抗裂性能和力學(xué)性能，能預(yù)防瀝青面層的縮裂，提高了路面的承載力和耐久性。因此骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定礫石具有較好的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：骨架密實(shí)型；抗裂性；承載力；耐久性SkeletondensityofcrackresearchAbstract:theskeletonclose-grainedgradationofthecementstablemacadamcomparedwithconventionalgradation,hasthehighdensity,andsmallerwatercontent,formtheintensityembeddedcrowded,Andhasagoodcrackresistanceandmechanicalperformance,canpreventshrinkageofasphaltlayer,improvethebearingcapacityanddurability.Soskeletontypeclose-grainedOfthecementstablemacadamhavegoodgrowthprospects.Keywords:Skeletonclose-grainedtype;Resistance;Bearingcapacity;Durability1緒論1.1研究背景及意義隨著水泥穩(wěn)定礫石基層在工程中的廣泛使用，發(fā)現(xiàn)在早期出現(xiàn)了比柔性基層瀝青路面多而頻繁的裂縫。裂縫的存在會(huì)使水危及整個(gè)路基路面結(jié)構(gòu)，還易引起瀝青面層較快出現(xiàn)網(wǎng)裂、坑槽等病害。而且隨著雨水的浸入，使基層變軟，在大量行車荷載反復(fù)作用下，結(jié)果導(dǎo)致路面強(qiáng)度大大降低，產(chǎn)生沖刷和唧泥現(xiàn)象，使裂縫加寬，裂縫兩側(cè)的瀝青路面破碎，加速瀝青路面的破壞，從而對(duì)以水泥穩(wěn)定礫石材料基層的公路建設(shè)造成了潛在地危險(xiǎn)。在某種程度上也限制了水泥穩(wěn)定類半剛性基層材料的廣泛應(yīng)用。因此，對(duì)以水泥穩(wěn)定礫石基層的公路建設(shè)造成了潛在危險(xiǎn)，也限制了水泥穩(wěn)定類礫石基層的應(yīng)用。水泥穩(wěn)定礫石在溫、濕變化作用下產(chǎn)生較大的收縮變形是導(dǎo)致基層裂縫及反射裂縫的主要原因。在不同地區(qū)裂縫嚴(yán)重程度不同，南方地區(qū)因溫差小、無嚴(yán)寒，裂縫更輕微；而北方地區(qū)因溫差大、冬季時(shí)間長且寒冷，裂縫更嚴(yán)重，如新疆。圖1-1（網(wǎng)狀裂縫）圖1-2（反射裂縫）圖1-1網(wǎng)狀裂縫圖1-2反射裂縫因此，為了改善水泥穩(wěn)定礫石基層抗裂性能，本文提出了密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定礫石基層，及其配合比設(shè)計(jì)方法，并對(duì)此進(jìn)行了大量室內(nèi)外試驗(yàn)。研究表明，骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定礫石基層具有重要的工程路用價(jià)值。[6]1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀水泥穩(wěn)定礫石基層的裂縫主要源于溫度收縮、干燥收縮和疲勞荷載作用。公路設(shè)計(jì)者早已經(jīng)認(rèn)識(shí)到提高其抗裂性的重要性，因?yàn)榛鶎拥拈_裂很有可能引起瀝青面層的反射裂縫。但是多年的實(shí)踐證明，即使是用干縮性小的水泥穩(wěn)定粒料鋪筑的基層，如果設(shè)計(jì)時(shí)考慮不周全，施工時(shí)處理不當(dāng)，或施工完成后沒有進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)生，也會(huì)產(chǎn)生橫向干縮裂縫。在瀝青路面的使用過程中，裂縫會(huì)逐漸向上擴(kuò)展并通過瀝青面層出現(xiàn)在表面，行程反射裂縫。另外，水泥穩(wěn)定類砂礫基層內(nèi)部溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力與行車荷載應(yīng)力相結(jié)合，也會(huì)促使基層開裂。這種開裂也極有可能引起反射裂縫。因此，在研究道路裂縫時(shí)，必須充分考慮影響基層使用品質(zhì)得內(nèi)在與外在因素，即材料的配合比組成和所處的溫度、濕度等，科學(xué)的進(jìn)行抗裂設(shè)計(jì)研究，進(jìn)而在施工質(zhì)量得到充分保證的前提下，可以在一定程度上消除或減少反射裂縫。在國外，應(yīng)用半剛性基層最為廣泛的地區(qū)是南非和法國。美國和澳大利亞研究者認(rèn)為水泥穩(wěn)定土干燥與結(jié)合料的類型和劑量、被穩(wěn)定土的類別、粒料的含量等因素有關(guān)。為減少水泥穩(wěn)定礫石基層的收縮裂縫，澳大利亞的水泥用量為3%以內(nèi)，日本水泥穩(wěn)定礫石基層混合料水泥用量一般僅為2%左右；德國冬季寒冷，水泥用量也較低，一般控制在2%+3%左右，南非是應(yīng)用水泥穩(wěn)定礫石基層較多的國家，其水泥用量也在較低的水平。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀基層要有足夠的強(qiáng)度、剛度、平整度，還應(yīng)有足夠的水穩(wěn)性、冰凍穩(wěn)定性和抗沖刷能力，同時(shí)，要求其收縮性小，并與面層結(jié)合良好。水泥穩(wěn)定礫石作為半剛性材料，以其整體性強(qiáng)、承載力高、剛度大、水穩(wěn)性好等特點(diǎn)在我國公路路面基層施工中被廣泛應(yīng)用。2006年在S206滁全路一期改造工程6．3km中4．3km采用人工鋪筑4～6cm礫石再用拌和的水穩(wěn)細(xì)集料路拌成型的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定礫石基層和2km機(jī)拌機(jī)鋪骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定礫石至今沒有明顯的縮裂和網(wǎng)裂，今年$206滁全路二期快車道改造工程9．7km中采用機(jī)拌機(jī)鋪骨架密實(shí)型。2009年由晉中公路分局承建的介霍一級(jí)公路、307壽陽過境線改建工程、307路面大修改造工程項(xiàng)目的路面水穩(wěn)礫石基層，均采用了骨架密實(shí)級(jí)配結(jié)構(gòu)，晉中公路分局試驗(yàn)室專門購置了進(jìn)行骨架密實(shí)級(jí)配設(shè)計(jì)的振動(dòng)成型機(jī)，室內(nèi)采用了振動(dòng)成型法，在實(shí)際施工中通過使用大噸位的壓路機(jī)強(qiáng)振，使室內(nèi)試驗(yàn)與實(shí)際施工較為接近，對(duì)骨架密實(shí)型這種級(jí)配結(jié)構(gòu)進(jìn)行了嘗試與探討。[1]滬寧高速公路擴(kuò)建工程上海段，全線長1.37km，擴(kuò)建為雙向8車道。它是在擴(kuò)建工程江蘇段已經(jīng)完成，通過近兩年的行車考驗(yàn)證明質(zhì)量優(yōu)良，在取得較好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也得到較好的社會(huì)評(píng)價(jià)的背景下開工建設(shè)的。上海公路局領(lǐng)導(dǎo)非常重視上海段擴(kuò)建工程的質(zhì)量問題提出了“高起點(diǎn)、高要求、超江蘇、超滬寧”的口號(hào)。大膽提出了利用A11公路建設(shè)平臺(tái)來研究、實(shí)施抗裂型水穩(wěn)縮、干縮裂縫，則是本次研究和施工控制的重點(diǎn)。連霍國道主干線星星峽至哈密段公路建工程為國道主干線的重要組成部分，交通量較大，路線所經(jīng)區(qū)域?yàn)榈湫痛箨懶愿珊敌詺夂?，夏季炎熱，冬季寒冷，氣溫日差較大，干燥少雨雪，春夏季風(fēng)。本工程按高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路面基層為30cm水泥穩(wěn)定砂礫基層，采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。2007年是常-吉高速公路路面基層建設(shè)的高峰期,開工前,路面深化設(shè)計(jì)專家組要求施工單位按骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)施工,并進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。常吉高速公路路面P7合同段,由湖南路橋建設(shè)集團(tuán)機(jī)械工程公司施工,重慶正大工程監(jiān)理咨詢公司監(jiān)理,是新規(guī)范施行后,我省高速公路采用骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定礫石基層的第一段,2007年6月29日實(shí)驗(yàn)路開工,10月底基本完成上、下基層。施工過程中,施工單位與監(jiān)理同理合作,確保施工質(zhì)量。在2006年5月施工的S206線滁全一級(jí)公路中,骨架密實(shí)型的水穩(wěn)結(jié)構(gòu)得到了推廣與應(yīng)用。1.3研究的必要性水泥穩(wěn)定粒料作為半剛性瀝青混凝土路面的基層在我國已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用,并且積累了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。水泥穩(wěn)定類粒料具有整體性強(qiáng)、承載能力高、剛度大、水穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn),而且可供穩(wěn)定的材料種類多、選擇面廣、能就地取材（新疆）,對(duì)保證工程質(zhì)量,降低工程造價(jià)具有積極的意義。在目前中國公路,特別是西部地區(qū)的公路中得到了廣泛使用。但半剛性基層也存在內(nèi)部排水差、重載對(duì)半剛性路面破壞大、破壞后修復(fù)困難的缺點(diǎn)。在實(shí)際施工及使用過程中,水穩(wěn)礫石基層往往會(huì)出現(xiàn)由于溫縮和干縮變形而產(chǎn)生的裂縫,以及吸水后出現(xiàn)的唧漿現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了路用性能。國內(nèi)有關(guān)防止水泥穩(wěn)定礫石基層抗裂的研究主要集中在干縮和溫縮性方面，研究方法主要有利用不同的溫度、含水量、結(jié)合料、粒料含量和不同水泥劑量等，低劑量水泥穩(wěn)定礫石方面研究不足，多數(shù)研究是局部的、個(gè)案的，有關(guān)低劑量水泥的研究文獻(xiàn)較少，特別是骨架密實(shí)方面的研究缺乏，而針對(duì)低劑量水泥穩(wěn)定礫石的研究在半剛性路面基層抗裂方面有重要的意義，需要深入的探索。1.4裂縫產(chǎn)生原因分析1.4.1干縮裂縫水泥穩(wěn)定礫石在干燥空氣中硬化時(shí),隨著水分的減少,體積將收縮變形,每隔一段距離產(chǎn)生均勻的干縮裂縫。水泥穩(wěn)定礫石產(chǎn)生干縮裂縫的原因與其水泥、水和礫石因?yàn)樗鄤┝刻?強(qiáng)度難以滿足要求;而劑量過高時(shí),混合集料都有很大的關(guān)系。一方面混合料在凝結(jié)硬化過程中,水泥與水起水化反應(yīng),消耗大量的水分。水泥含量越高,則消耗的水分越多。另一方面,礫石集料表面也要吸附水,集料穩(wěn)定礫石基層的強(qiáng)度、平整度和裂縫的產(chǎn)生。水泥穩(wěn)定礫石中的細(xì)料成分越多,表面吸附的水分就越多。再者,基層施工過程中,含水量越大,蒸發(fā)散失的水分就越多。因此就越易產(chǎn)生干縮裂縫。1.4.2溫縮裂縫水泥穩(wěn)定礫石由于混合料中有5%左右的水泥,所以具有熱脹冷縮的性質(zhì),在混合料硬化初期,水泥水化放出較多的熱量,但散熱較慢,因此其內(nèi)部溫度較高,使內(nèi)部體積膨脹。而外部如遇氣溫急劇降低則冷卻收縮,內(nèi)脹外縮相互制約,產(chǎn)生較大的應(yīng)力。一旦應(yīng)力超過其極限抗彎拉強(qiáng)度,將產(chǎn)生溫縮裂縫。溫縮裂縫多數(shù)是橫向分布。1.2.3網(wǎng)狀裂縫網(wǎng)狀裂縫也叫龜裂,它是由于局部彎沉太大,在外力作用下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞的裂縫,它是一種破壞性較大的裂縫,如遇下雨,則滲水,在外力作用下引起翻漿。初期時(shí)僅為網(wǎng)狀細(xì)裂紋,隨著時(shí)間的推移,裂紋處基層內(nèi)部的水分繼續(xù)蒸發(fā),裂紋逐漸發(fā)展成為發(fā)散形裂縫。在外力作用下,基層呈塌陷狀。1.4.4縱縫縱縫如果水泥穩(wěn)定礫石基層在施工早期產(chǎn)生縱縫,一定是施工控制方面引起的。其原因應(yīng)歸結(jié)為局部土基壓實(shí)度或基層壓實(shí)度沒有達(dá)到規(guī)范要求。但城市道路基層7d養(yǎng)護(hù)期滿后,如果管理維護(hù)不到位,也會(huì)產(chǎn)生縱縫。由于基層較厚,采用分層碾壓作業(yè)。第一層攤鋪碾壓成型時(shí),其厚度較薄,一般在15cm左右,盡管養(yǎng)護(hù)期滿,但其承載能力較低。1.4.5路基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫路基不均勻沉降產(chǎn)生裂縫如果水泥穩(wěn)定礫石基層產(chǎn)生縱向裂縫,多是由于局部土基及底基層壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求引起,在重車的作用下產(chǎn)生的反射裂縫,有時(shí)呈弧狀分布,且表面形成一定的高度差。3現(xiàn)有水穩(wěn)結(jié)構(gòu)類型分析在評(píng)價(jià)材料的抗裂性能好與壞時(shí)，應(yīng)全面考慮材料的力學(xué)性能(尤其是極限抗拉強(qiáng)度或極限抗拉應(yīng)變)、溫縮或干縮應(yīng)變，而不能僅考慮溫縮或干縮系數(shù)大小。而評(píng)價(jià)干縮性能好壞時(shí)還需考慮其失水量，因?yàn)閮煞N不同材料平均干縮系數(shù)可能相差不大，而由于各自含水量不同和可能產(chǎn)生的干縮應(yīng)變也就不相同。水泥穩(wěn)定礫石基層材料在溫度作用或失水作用下的開裂模式可以直觀地理解為在溫度作用或失水作用下產(chǎn)生的收縮應(yīng)變超過了材料自身所能承受的最大拉應(yīng)變，因此采用材料的溫度收縮系數(shù)或干燥收縮系數(shù)與材料極限抗拉應(yīng)變的比值來表征其抗裂性能，亦即用溫縮抗裂系數(shù)、干縮抗裂系數(shù)來表征材料所能承受最大溫差或濕差變化范圍，或值反映了材料的抗溫度(或抗?jié)穸?收縮相對(duì)能力，其值越大，表明材料抗溫度(抗干燥)收縮性能越好，反之亦然。嚴(yán)格來講，材料的極限拉應(yīng)變應(yīng)通過材料的軸向拉伸試驗(yàn)獲得，但是以目前試驗(yàn)設(shè)備很難達(dá)到這一目的，所以在這里近似地采用由材料的抗彎拉強(qiáng)度與抗彎拉模量計(jì)算得出材料的極限拉應(yīng)變代替。計(jì)算極限拉應(yīng)變?nèi)Q于強(qiáng)度s和剛度E兩項(xiàng)指標(biāo)，即。所以在同樣強(qiáng)度的情況下，剛度越小，極限拉應(yīng)變?cè)酱?；高?qiáng)度低剛度有利于提高材料的極限拉應(yīng)變。因此，在基層材料組成設(shè)計(jì)時(shí)，盡量設(shè)法降低材料的溫度收縮系數(shù)和干燥收縮系數(shù)，同時(shí)改善材料的柔韌性即設(shè)法提高，從而使抗裂性能得到改善，耐久性得到提高。水泥穩(wěn)定礫石是一種由水泥、粗集料、細(xì)集料所組成的復(fù)合材料。水泥穩(wěn)定類材料由于組成材料質(zhì)量和數(shù)量的差異，以及各組成材料之間互相的特點(diǎn)、相對(duì)位置分布及相互聯(lián)系的狀況一般也分為三種不同的類型：3.1懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)通常采用連續(xù)型密級(jí)配，骨料由大到小連續(xù)存在。這種結(jié)構(gòu)中由于粗集料數(shù)量相對(duì)較少，不能形成有效的骨架。這種結(jié)構(gòu)雖然具有較高的粘聚力，但摩阻角較小，其強(qiáng)度主要受粘結(jié)力所控制，在外部荷載和溫差作用下，易產(chǎn)生裂紋，從而造成路面結(jié)構(gòu)的破壞。3.2骨架空隙結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)粗骨料較多，而細(xì)料數(shù)量過少，混合料中細(xì)料的壓實(shí)體積小于粗集料形成的空隙體積因此，雖然能夠形成骨架，但其殘余空隙較大。雖然這種結(jié)構(gòu)粘聚力較低，但其內(nèi)摩阻角較大，其強(qiáng)度主要取決于內(nèi)摩阻力，粘聚力相對(duì)是次要的，其抗收縮性能較好，但由于其空隙率大，使基層的耐久性受到影響。3.3骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)(大粒徑抗裂結(jié)構(gòu))骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)是以上兩種類型組成的結(jié)構(gòu)。要求混合料既有一定數(shù)量的粗骨料形成骨架，又根據(jù)殘余空隙的多少加入細(xì)料，混合料中填隙料的壓實(shí)體積應(yīng)約等于粗集料形成的空隙體積，從而使混合料形成較高的密實(shí)度。試驗(yàn)結(jié)果表明大粒徑水泥穩(wěn)定礫石骨科間的嵌擠作用明顯，抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量明顯大于常規(guī)級(jí)配，有良好的承載能力，平均干縮系數(shù)和平均溫縮系數(shù)小于常規(guī)級(jí)配，抗彎拉強(qiáng)度高于常規(guī)級(jí)配，抗裂性能有顯著的提高。根據(jù)柔性路面層狀理論，對(duì)在溫度和含水量變化作用下不同齡期的半剛性路面進(jìn)行了接觸非線形有限元分析，分析結(jié)果表明在施工狀態(tài)下和使用狀態(tài)下，大粒徑水泥穩(wěn)定礫石基層受到干縮和溫縮作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力均小于常規(guī)級(jí)配；在施工狀態(tài)下，溫度收縮的影響明顯，在使用狀態(tài)下路表降溫對(duì)基層的影響減小，基層所受到的拉應(yīng)力隨著齡期的增長而增大。這種結(jié)構(gòu)能很好的解決了水穩(wěn)開裂問題，在我市的公路建設(shè)中逐步得到推廣和應(yīng)用。4骨架密實(shí)性的級(jí)配的抗裂設(shè)計(jì)分析全面提高設(shè)計(jì)質(zhì)量在路面設(shè)計(jì)中對(duì)水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層的料源調(diào)查和選擇至關(guān)重要既要調(diào)查料源的儲(chǔ)存數(shù)量又要調(diào)查料源的質(zhì)量必要時(shí)對(duì)材料進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)鑒定后方能確定是否采用。4.1抗裂性分析(1)骨密型可以控制其細(xì)集料比例。使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部粗集料均勻且有良好的嵌擠，在骨料空隙內(nèi)部的細(xì)混合料大部分致密和分散的局部不致密，保持適度的孔隙率，形成不十分均勻板體來改進(jìn)半剛性基層應(yīng)力集中產(chǎn)生縮裂并返射到面層。(2)集料粒徑與比例：骨架密實(shí)級(jí)配比常規(guī)級(jí)配水泥穩(wěn)定礫石最大粒徑大，最大粒徑分別為不大于37．5mm和31．5mm。骨密型水穩(wěn)粗集料即9．5mm以上的占42％～66％，常規(guī)級(jí)配水泥穩(wěn)定礫石(以下簡稱常規(guī)型水穩(wěn))9．5mm以上的僅占32％～55％；細(xì)集料即4．75cm以下前者22％～43％，后者占29％～50(3)最大干密度：試驗(yàn)表明骨密型最大干密度在2．409／cm3以上，比常規(guī)型大5％～8％，因而有利于提高基層承載力和耐久性。(4)最佳含水量：試驗(yàn)表明骨密型水穩(wěn)比常規(guī)型最佳含水量小1．5％～2％，可以減少干縮應(yīng)變。[4]5配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)取樣一定要有代表性，原材料或其比例更改，應(yīng)重新設(shè)計(jì)配合比。配料準(zhǔn)確是保證水泥穩(wěn)定礫石內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。配料準(zhǔn)確的基本前提是兩種原材料要合格。通過對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用的礦料分別進(jìn)行篩分試驗(yàn)和測定其相對(duì)密度，根據(jù)各種礦料的顆粒級(jí)配和計(jì)算用量比調(diào)配出合理的級(jí)配曲線。由于水泥劑量對(duì)干縮性的影響，隨集料平均粒徑的增大而減少，集料平均粒徑越大，水泥劑量對(duì)干縮性的影響越??；在相同條件下，水泥穩(wěn)定中粗粒土的收縮性較細(xì)粒土的收縮性要小得多；對(duì)大多數(shù)土混合料而言，隨水泥劑量的增加，收縮性逐漸減少，并達(dá)到最小值，隨水泥劑量的增加，收縮性逐漸增大，水泥劑量過大，同樣會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫。配料準(zhǔn)確的施工控制是：（1）礫石的級(jí)配要嚴(yán)格控制，在粗集料中單個(gè)顆粒最大粒徑不應(yīng)超過37.5mm；（2）水泥穩(wěn)定礫石混合料的比例要嚴(yán)格控制。即通過一定料斗門開啟高度下的給料皮帶機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速比實(shí)現(xiàn)既定的混合料比例，具體調(diào)試時(shí)，礫石比例宜控制在80%～89%之間。根據(jù)不同設(shè)計(jì)強(qiáng)度的要求，確定水泥用量，確定各種混和料的最佳含水量、最大干密度，以此初步確定各料倉的供料比例。應(yīng)考慮各地材料性能不同而引起的差異。5.1集料集料采用5種規(guī)格的礫石，規(guī)格為0-5mm，5-31.5mm級(jí)配礫石。粗集料含泥量0.1%，細(xì)集料0.075mm篩孔通過率小于1.5%。5.2集料篩分情況表5-1單檔（0—5mm）粒料規(guī)格公稱粒徑規(guī)范要求/篩分結(jié)果通過下列篩孔的質(zhì)量百分率（%）37.531.526.5199.54.752.360.60.0750—5mm規(guī)范要求—90—100———0—5———篩分結(jié)果10010010010010099.882.446.33.5篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明：單檔料0—5mm的4.75篩孔通過率為99.8不滿足規(guī)范0—5的范圍要求，說明現(xiàn)有粒料偏粗，問題嚴(yán)重，不滿足目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的要求，應(yīng)對(duì)料場振動(dòng)篩篩孔進(jìn)行調(diào)整。表5-2單檔（5—31.5mm）粒料規(guī)格公稱粒徑規(guī)范要求/篩分結(jié)果通過下列篩孔的質(zhì)量百分率（%）37.531.526.5199.54.752.360.60.0755—31.5mm規(guī)范要求———90—1000—150—5———篩分結(jié)果10098.687.671.50.30.3篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明：單檔料5—31.5mm的9.5篩孔通過率為23.5不滿足規(guī)范0-15的范圍要求，單檔料10-20mm的4.75篩孔通過率為6.4不滿足規(guī)范0—5的范圍要求，說明現(xiàn)有粒料偏細(xì)，不滿足目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的要求，應(yīng)對(duì)料場振動(dòng)篩篩孔進(jìn)行調(diào)整。5.3密實(shí)型水泥穩(wěn)定礫石集料的最大粒徑及級(jí)配范圍JTGD50—2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定類級(jí)配見表1，不同類型水泥穩(wěn)定礫石的集料級(jí)配見表：骨架密實(shí)型級(jí)配范圍通過下列篩孔（mm）的質(zhì)量百分率/%篩孔尺寸31.519.09.504.752.360.600.075通過百分率10068～8638～5822～3216～288～150～3骨架密實(shí)型級(jí)配曲線圖懸浮密實(shí)型級(jí)配范圍通過下列篩孔（mm）的質(zhì)量百分率/%篩孔尺寸31.519.09.504.752.360.600.075通過百分率10090～10060～8029～4915～326～200～5懸浮密實(shí)型級(jí)配曲線圖5.4骨架密實(shí)型的設(shè)計(jì)級(jí)配本路段采取《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD50--2006)的規(guī)定，以骨架密實(shí)型取代懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行基層的集料級(jí)配設(shè)計(jì)。相對(duì)于懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)，骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)對(duì)級(jí)配范圍進(jìn)行了較大修改，如19mm篩孔的通過率由90％-100％調(diào)至68％-86％；4．75mm篩孔的通過率由29％-49％調(diào)至22％-32％；0．075mm篩孔的通過率由0％-5％調(diào)至0篩孔骨架密實(shí)性級(jí)配mm中值上限下限37.510010010031.510010010026.5未規(guī)定未規(guī)定未規(guī)定197768869.54838584.752722322.362216280.611.58150.0751.503篩分實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明：各篩孔通過百分率符合規(guī)范范圍要求，滿足目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的要求。篩孔礫石礫石合成級(jí)配范圍mm4.75-31.50-4.750-31.5中值上限下限37.5100100100.010010010031.598.610099.010010010026.587.610090.795901001971.510078.67768869.523.510042.64838584.753.299.827.42722322.360.782.421.12216280.60.346.311.811.58150.071.503配比：7327100從表可以看出，按4.75—31.5mm﹕0—31.5mm=73﹕27計(jì)算結(jié)果，合成級(jí)配中篩孔4.75mm通過量偏高，31.5mm篩孔通過量偏低。由于圖解法的各種材料用量比例是根據(jù)部分篩孔確定的，所以不能控制所有篩孔，因此需要按照規(guī)范要求需要修正來達(dá)到規(guī)范要求。規(guī)范要求在進(jìn)行骨架密實(shí)型級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)，增大4.75mm以上料徑含量，嚴(yán)格控制細(xì)集料，即對(duì)于合成級(jí)配，4.75mm以上的粒徑盡量接近規(guī)范要求上限，4.75mm以下的粒徑盡量接近規(guī)范級(jí)配下限，同時(shí)對(duì)于礦粒的最大粒徑控制在31.5mm以下。根據(jù)要求，通過試算現(xiàn)采用增加10—20mm和5—10mm礫石用量和減少20—31.5mm與＜5mm礫石用量的方法來調(diào)整級(jí)配比，經(jīng)調(diào)整后的配合比（質(zhì)量比）為20—31.5mm礫石用量X=25%，10—20mm礫石用量Y=40%，5—10mm礫石用量Z=20%，＜5mm礫石用量W=15%。5.5配合比設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)配合比進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，其基本原則是：在保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下合理地減少水泥用量，同時(shí)級(jí)配曲線應(yīng)為一條平順的圓滑曲線，并應(yīng)盡可能靠近級(jí)配區(qū)域下限，而在確?，F(xiàn)場攤鋪混合料不離析的情況下增加礫石用量，減少粒徑小0．075mm細(xì)料用量。篩孔礫石礫石合成級(jí)配范圍mm4.75-31.50-4.750-31.5中值上限下限37.5100100100.010010010031.598.610099.010010010026.587.610091.595901001971.510080.37768869.523.510047.24838584.753.299.833.12722322.360.782.426.02216280.60.346.314.611.58150.071.503配比：7723100計(jì)算得到的合成級(jí)配通過百分率可以看出，合成級(jí)配基本在規(guī)范要求的級(jí)配范圍之內(nèi)并且符合骨架密實(shí)型約束條件，最后確定混合料配合比（質(zhì)量比）為4.75—31.5mm﹕0—31.5mm=77﹕236水穩(wěn)抗裂基層路用性能檢測指標(biāo)分析6.1水穩(wěn)裂縫的分析檢測水泥穩(wěn)定礫石基層產(chǎn)生裂縫不可避免。在車輛荷載作用下,基層裂縫會(huì)在瀝青混凝土面層造成反射裂縫,從而導(dǎo)致面層水下滲,積聚在基層與面層之間。水在車輪荷載作用下形成動(dòng)水壓力,基層中的細(xì)料在動(dòng)水的不斷沖刷下,產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象,導(dǎo)致面層出現(xiàn)坑槽破壞。因此,應(yīng)在施工中盡量減少裂縫的產(chǎn)生。為減少裂縫,可采取以下措施:(1)水泥劑量應(yīng)嚴(yán)格控制,在現(xiàn)場鉆芯強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的前提下,不增加水泥劑量,以減少干縮系數(shù)；(2)良好的集料級(jí)配有助于減少水泥用量,從而降低干縮系數(shù),骨架密實(shí)型級(jí)配對(duì)減少溫縮或干縮具有良好效果。盡量減少粉料(粒徑小于0.075mm)含量,因?yàn)榉哿系暮吭蕉?水泥穩(wěn)定礫石的收縮愈大；(3)碾壓含水量不宜過大,因含水量越大,則水泥穩(wěn)定礫石蒸發(fā)散失的水分愈多,形成裂縫的可能性愈大。施工時(shí),混合料含水量不宜超過最佳含水量的1%；(4)基層施工完畢后,應(yīng)采取良好的養(yǎng)生措施。最好在施工結(jié)束前表面稍干立即噴灑透層油,然后做下封層,隨后盡早鋪筑瀝青混凝土面層,保證基層不繼續(xù)失水,避免引起干縮裂縫。6.2水穩(wěn)原材料控制抗裂型水泥穩(wěn)定礫石基層結(jié)構(gòu)對(duì)原材料要求嚴(yán)，材料質(zhì)量是保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)。抗裂型水泥穩(wěn)定礫石路面基層的原材料主要有水泥、粗集料、細(xì)集料、礦粉、緩凝劑。水泥應(yīng)選用初凝時(shí)間3h以上和終凝時(shí)間較長的低標(biāo)號(hào)水泥，且不應(yīng)采用快硬水泥、早強(qiáng)水泥以及已受潮變質(zhì)的水泥。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足技術(shù)規(guī)范的要求，水泥初終凝時(shí)間是確定水泥穩(wěn)定礫石的施工控制時(shí)間的重要依據(jù)。水泥宜選用32.5級(jí)或42.5級(jí)緩凝水泥，普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥都可以用于水泥穩(wěn)定礫石路面基層施工。粗集料的質(zhì)量控制指標(biāo)主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)層性能決定的礫石壓碎值和顆粒組成，確定出礫石的強(qiáng)度和級(jí)配。細(xì)集料主要是控制好石屑的顆粒組成和摻加量，保證級(jí)配連續(xù)。為了把好原材料質(zhì)量關(guān)，應(yīng)需加強(qiáng)對(duì)各類原材料的料源進(jìn)行提前確定和檢查，在使用過程中按規(guī)定頻率抽樣檢驗(yàn)，不合格的材料不能用于工程中，并應(yīng)及時(shí)清除出場。為保證水泥穩(wěn)定礫石基層施工時(shí)有足夠的時(shí)間運(yùn)輸、攤鋪和壓實(shí),應(yīng)對(duì)水泥的終凝時(shí)間有限制,一般需要6-10h。夏季施工時(shí),氣溫較高,表面層的凝結(jié)硬化速度較快,水泥終凝時(shí)間應(yīng)盡可能達(dá)到10h；春秋季施工時(shí)水分蒸發(fā)較慢,終凝時(shí)間可縮短至6h。水泥標(biāo)號(hào)不能太高,最好不要超過32.5R,采用普通硅酸鹽水泥。劑量控制范圍為5%左右。因?yàn)樗鄤┝刻?強(qiáng)度難以滿足要求;而劑量過高時(shí),混合料的收縮系數(shù)增大,裂縫增加。故水泥劑量一定要經(jīng)過試配并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試合適之后確定;石料:石料的粗細(xì)直接影響水泥穩(wěn)定礫石基層的強(qiáng)度、平整度和裂縫的產(chǎn)生。水泥穩(wěn)定礫石的粒料越粗,強(qiáng)度越高,穩(wěn)定性越好,預(yù)防溫縮、干縮裂縫的能力越強(qiáng)。但粒料過于粗糙,則粒料間的粘接力不足,一旦車輛上路,表面層極易跑散,使得基層的平整度難以達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。如果粒料偏細(xì),基層強(qiáng)度難以合格。而且石粉含量偏多時(shí),水泥穩(wěn)定礫石的收縮性增大,裂縫也就增多。6.3水穩(wěn)壓實(shí)度水泥穩(wěn)定礫石混合料壓實(shí)度的控制是保證強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的重要手段之一。盡管面層將采取鋼筋加固補(bǔ)強(qiáng)措施,但基層的壓實(shí)度保證仍不能松懈。為保證壓實(shí)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),檢查井周圍混合料的攤鋪厚度可比正常路段薄一些,水泥的含量增加1%左右,使用小型機(jī)具夯實(shí)多遍。再配合路面的井圈加固,以保證井圈周圍的路面的工作壽命。由于基層材料來源的生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模相對(duì)較小,機(jī)械化程度不高,石料加工質(zhì)量普遍不夠穩(wěn)定,存在粒徑不均勻現(xiàn)象,骨料時(shí)而偏粗,時(shí)而偏細(xì)。因此水泥穩(wěn)定礫石混合料的最大干密度呈變化狀態(tài)。在壓實(shí)度的檢驗(yàn)中,如果采用同一干密度指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn),很容易出現(xiàn)壓實(shí)度不合格或超過100%的現(xiàn)象。因此施工中采用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)度檢驗(yàn)時(shí),應(yīng)對(duì)集料篩分,以確定粗骨料的含量,分別選用不同的密度標(biāo)準(zhǔn);水量:水泥穩(wěn)定礫石是水泥與集料的水化凝結(jié)硬化的產(chǎn)物。含水量的控制影響到壓實(shí)度的保證和裂縫的產(chǎn)生?？紤]到混合料在運(yùn)輸、碾壓過程中還有水分散失,尤其夏季施工時(shí)水分蒸發(fā)快,施工過程中對(duì)水的含量應(yīng)控制在比最佳含水量大1%左右。含水量過小時(shí),基層表層松散,碾壓容易起皮,難以壓實(shí);含水量過大碾壓時(shí)粘輪,表面起拱,而且基層成型后水分散失愈多,形成的裂縫愈多。所以施工過程中含水量要控制適宜;施工接頭:基層在施工過程中留有接頭是難以避免的。但接頭處往往是應(yīng)力的集中區(qū),在溫度應(yīng)力、基層收縮應(yīng)力和交通荷載的反復(fù)作用下,容易誘發(fā)為裂縫,從而導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫。[19]7結(jié)語骨架密實(shí)級(jí)配水泥穩(wěn)定礫石與常規(guī)級(jí)配水泥穩(wěn)定礫石相比，具有優(yōu)良的抗裂性能和力學(xué)性能，不但減輕了瀝青路面的裂縫率，而且也提高了路面的承載力，從而提高了瀝青路面的耐久性。通過骨架密實(shí)型級(jí)配礫石穩(wěn)定層的研究得出如下結(jié)論：①抗裂型水泥穩(wěn)定礫石基層有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也不能忽視它的缺陷，在施工中由于其特有的水泥水化硬化作用，容易產(chǎn)生溫縮，施工工藝要求較高。②但是由于水泥穩(wěn)定礫石具有強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好的特點(diǎn)，能與高級(jí)公路日益提高的設(shè)計(jì)承載能力相適應(yīng)，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。只有在嚴(yán)格控制好原材料質(zhì)量的前提下，做好配合比設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，并在施工過程中實(shí)事求是的做好現(xiàn)場試驗(yàn)檢測工作，才能完成高質(zhì)量的水穩(wěn)基層建設(shè)，實(shí)踐證明只要嚴(yán)格執(zhí)行《技術(shù)規(guī)范》要求，抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加強(qiáng)控制，組織管理到位，就能夠確保工程質(zhì)量。