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厚層水泥穩定碎石基層的技術特性及發展趨勢

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厚層水泥穩定碎石基層的技術特性及發展趨勢

發布日期:2016-05-23 00:00 來源:http://www.lekszf.icu 點擊:


2013年第9期 (總第235黑龍江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI No9,2013( Sum No235)


厚層水泥穩定碎石基層的技術特性及發展趨勢

李花磊,程偉濤

長安大學公路學院)

摘 要: 通過對近幾十年來國內應用厚層水泥穩定碎石基層經驗的總結,結合目前其在公路建設中的應用現狀以及國外對此的使用情況,系統地介紹了不同施工方式條件下厚層水泥穩定碎石基層的技術性能。同時根據我國公路交通行業的未來發展趨勢,指出了厚層水泥穩定碎石基層所面臨的困境及發展方向。

關鍵詞厚層水泥穩定碎石技術特性

中圖分類號: U416. 214 文獻標識碼: C 文章編號:1008 3383( 2013) 09 0021 01

收稿日期:2013 04 21

作者簡介李花磊( 1988  ) ,女,長安大學公路學院碩士研究生,研究方向道路與鐵道工程專業。

厚層水泥穩定基層的技術特點及使用現狀

近幾十年來,我國公路建設行業發展迅速,以水泥穩定碎石基層為代表的半剛性基層瀝青路面備受廣大公路建設者的青睞。據統計,我國已建成的高速公路中,90% 以上使用的是此種路面結構。這主要是由我國公路交通行業的特點交通量大、軸載重的特殊狀況決定的,而這種特殊的交通狀況使我們選擇了半剛性基層瀝青路面為我國公路建設的主要路面結構。表 1 為我國三十年來所建設的具有代表性的高速公路使用半剛性基層的情況。

 1 半剛性基層結構發展歷程

通車時間

公路名稱

基層結構及厚度/cm

底基層/cm

1984

滬嘉高速

46 二灰碎石

20 砂礫

1989

廣佛高速

20 水穩碎石

25  28 水泥石屑

1993

京津唐高速

20 水穩碎石

20  30 石灰土

2001

銅黃高速

20 水穩 + 20 二灰

13 石灰土

2003

甬臺溫高速

41 水穩碎石

13 級配碎石

2006

甘肅某高速

30 水穩碎石

20 水泥砂礫

2009

龍麗麗龍高速

40 水穩碎石

18 水穩碎石

待定

銅黃高速在建)

38 水穩碎石

19 水穩碎石

我國全面建設小康社會的目標對經濟發展乃至道路建設提出了更高、更遠的要求。在這種環境下,為了進一步滿足經濟社會發展對道路建設的要求,厚層半剛性基層結構應運而生,并且有進一步發展的趨勢。這種情況從表 1 的近幾十年的幾條具有代表性的高速公所使用路基層的厚度增長情況就可看出。針對此種情況,并結合國外的研究應用成果,對厚層半剛性基層的技術特點及存在的問題進行了研究。

所謂厚層半剛性基層是指整個基層由穩定類基層材料組成,厚度一般在 35 cm 以上,并具有較強的分布荷載能力。目前的研究認為在路基強度和穩定性得以保證的條件下,厚層半剛性基層的經濟性有明顯地提高,這是因為相對于瀝青面層來講,半剛性基層的修筑費用要低的多。如果基層足夠承載行車荷載,那么面層只用作功能層,其厚度也就不用要求很高。正是基于這種理論,厚層半剛性基層的使用受到重視。

( 1) 技術特點

相對于傳統的半剛性基層而言,厚層半剛性基層因其施工方式的不同而存在不同的力學性能。以目前比較有代表性的三種施工方式間斷分層施工、一次性施工和連續分層施工為前提,介紹其結構特性,并對其進行分析比較。

間斷分層施工方式的基層特性

此種施工方式是在傳統方式的基礎上發展起來的。由于基層厚度的不斷增加,而原有的施工機械水平有限,這就使設計時的整體厚度基層必須分兩層進行間斷性施工即下基層經過鋪筑養生成型了,再進行上基層的鋪筑。雖然施工人員在接觸面上采取了各種方式來增加層間粘結強度,但是收效甚微。這種基層的主要特點是層間分層明顯,其受力模式為雙層薄板受力。雖然其整體強度不及其他兩種施工方式的強度,但由于其施工技術成熟,攤鋪和碾壓質量可以得到充分保證,同時對機械水平要求較低。所以這個施工方式得到了大部分施工單位的青睞,也是目前大部分施工單位采用的基層施工方式。在對河南某高速公路現場調研中發現,傳統的間斷分層施工方式在對上基層攤鋪碾壓時,對已成型好的下基層產生擾動和松散破壞,在兩層層間界面處就可能存在受力薄弱層。這成為路面在使用過程的一個巨大隱患。

一次性施工方式的基層特性

隨著工程機械行業的發展,大功率的攤鋪機和壓路機近幾年出現在公路施工現場。這也使得一次性施工方式成為了可能。通過最近幾年各地的試驗路研究發現一次性基層施工方式真正實現了設計整體性基層的目的,具有良好的結構性能,降低了對土基強度的要求同時,它可以大大地縮短施工工期,降低施工單位的生產成本??梢灶A見此種施工方式是未來基層施工發展的必然趨勢。但是其目前在施工技術控制方面的技術還有待完善。例如目前使用的級配設計方法是否適用于厚層水泥穩定碎石混合料的設計,如何確定最佳的碾壓組合方式。壓實度是水泥穩定碎石施工時控制工程質量的有效手段,但在試驗時出現灌砂法檢測壓實度合格的現象,取芯時部分芯樣空隙大,離析嚴重,底部有松散的問題,這說明壓實度檢測手段存在缺陷,這方面也值得深入研究。而限制這種施工方式廣泛推廣的另一個原因是施工機械的缺少。對于成本巨大的施工機械,許多施工單位寧可犧牲效率也不愿做如此巨大的投入。

連續分層施工方式的基層特性

連續分層施工指下基層鋪筑壓實完成后并對下基層表面進行拉毛處理以實現上下基層之間更好的結合,經檢測合格后立即進行上基層的鋪筑壓實工作。這種方式改善了第一種方式存在的受力薄弱層,同時也不會對已成型好的下基層造成擾動和松散破壞。但這種施工方式對材料供應和快速檢測方法提出了更高的要求。如果材料供應不及時或者檢測耗時較長,則隨著上下兩層鋪筑時間間隔的增加,其層間界面處的粘結情況會大打折扣,失去了連續施工的意義。對于連續分層施工方式的鉆芯取樣情況可以看出,其分層情況不明顯,且層間結合情況較好。在現有施工機械水平下,這種施工方式是一種效率較高,基層性能較好,可以大幅縮短工期的方式,值得在全國推廣。

( 2) 三種施工方式的比較

第一種施工方式雖然施工工藝簡單,但由于層間界面存在明顯的薄弱層,使得基層的整體性能大為降低而第二種施工方式因為實現了基層的整體性,所以大有應用前景。但是由于目前還有很多技術問題難以解決,且滿足此種施工方式的工程機械購買費用大,所以目前難以推廣特別是對于一些小型施工單位而言。而第三種施工方式取前兩種工藝的長處,基層的整體性能較強,可以滿足強度要求。目前的施工機械也完全可以滿足施工工藝的要求,因而比較適合大范圍推廣。

國外半剛性基層的使用情況

從世界幾個主要國家對于半剛性材料的使用情況可以看出,由于這種材料本身存在收縮大、抗變形差等先天性缺陷,同時作為基層使用時存在一定的隱蔽性和維修成本大等因素,因此使用時受到嚴格的限制。此外,由于國外的交通事業發展較早,一系列的公路養護管理以及對超載車輛的治理等制度建立的相對完善,所以對于基層的強度要求不高,車輛荷載主要由較厚的瀝青面層來承擔。雖然由于面層厚度的增加會導致初期投入的增加,但是其綜合效益卻是最佳的。

厚層半剛性基層使用所面臨的問題

從目前國內外的對比中可以發現,我國對于半剛性基層使用的青睞和國外發達國家對它的謹慎使用形成了顯著的對比。

我國加入 WTO 已十年有余,與世界其他國家的外貿交易發展迅速,進一步促進了地球村的形成。而這個村子的人們卻對同一種材料持有不同的看法,這不得不使我們對于自己的做法進行思考。

調查發現,厚層半剛性基層的廣泛使用主要得益于其強度大和建設成本低。而對其缺點干縮開裂致使瀝青面層開裂往往采取亡羊補牢的方法,即出現問題進行修補,而這樣的修補本身就具有滯后性。同時由于位于面層之下基層具有隱蔽性,這就增加了其修復難度。

因此,在半剛性基層的病害得到有效解決之前,對于其使用應該持謹慎態度。在確定瀝青路面設計方案時,對厚層半剛性基層瀝青路面和厚層瀝青路面的周期效益成本進行分析,必要時可以聘請國外專家進行交流,以期確定出綜合效益最佳的路面設計方案。

結 論

通過對目前國內流行的三種厚層半剛性基層施工方式下的基層技術特性進行介紹,發現連續分層施工既可以滿足技術要求,又可滿足工程建設單位施工要求,并具有較大的推廣價值。同時對外國的半剛性材料的使用情況進行了介紹,并與國內的使用情況進行了對比,發現了我國在半剛性基層的使用中還存在很多問題,需要進一步研究。

參考文獻:

1] 韓慶. 整體性基層發展現狀及展望[D].西安長安大學,2011.

2] 劉世武,閭開軍等. 整體大厚度半剛性基層瀝青路面的結構性能分析[J]. 林業建設,2000,( 3) .

3] 黃中文. 水泥穩定碎石基層壓實標準及大厚度壓實技術研究[D].西安長安大學,2008.

4] 彭高藝. 整體大厚度水泥穩定碎石基層實踐與思考[J].遼寧交通科技,2004,( 9) .

5] 項柳福. 大厚度水泥穩定碎石基層研究[D]. 西安長安大學,2009.

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