中南大学路基路面工程课件 9.中低级路面与基层.ppt

路基路面工程 2011 03 主讲周建普 9 1块料路面与基层9 2碎 砾石路面与基层9 3无机结合料稳定类基层 9 中低级路面与基层 9 1 1块料路面 用块状石料或混凝土预制块辅筑的路面称为块料路面 块料路面的主要优点 坚固耐久 清洁少尘 养护修理方便 特别适用与土基不够稳定的桥头高填土路段 铁路交叉口 有地下管线的城市道路 块料路面的主要缺点 手工铺筑 难以实现机械化施工 铺筑进度慢 建筑费用高 快料之间容易出现松动 1 块料路面的构造特点必须设置整平层 块料之间需嵌填填缝料 使块料满足强度和稳定性要求 整平层是用来垫平基础表面及块料底面 以保证块料顶面平整及缓和车辆行驶时的冲击 振动作用 一般2 3cm厚 材料为级配良好的中 粗砂 有时用煤渣 石屑以及水泥砂或沥青砂 填缝料主要是用来填充块料间缝隙 嵌紧块料 提高路面整体性 保护块料边角 防止路表水下渗 一般用砂 有时要用水泥砂或沥青玛蹄脂 块料路面基层一般采用粒料基层和半刚性基层 9 1块料路面与基层 2 块料路面的强度构成主要是基础的承载力和块料之间的摩擦力所构成块料路面厚度取决于交通 基层结构整体强度 环境等因素 主要由半经验 半理论方法确定 9 1块料路面与基层 图9 2基层厚度与块料厚度的关系 图9 1块石受荷载时力的平衡p 垂直压力 r 块石侧面摩擦力 基层承载力 3 块料路面的分类根据块料的来源不同 可分为天然块料路面和机制块料路面 天然块料路面 由石料经修琢块状材料的路面 机制块料路面 由预制的水泥混凝土小块铺筑的路面 9 1块料路面与基层 9 1 2块料基层采用锥形块石 片石 卵石或混凝土块手工摆砌 并用碎石嵌缝压实而成的基层 9 2 1碎石路面与基层用加工扎制的碎石按嵌挤原理铺筑压实而成的路面 称为碎石路面 按施工方法及所用填充结合料分为水结碎石 泥结碎石 级配碎石和干压碎石等路面 碎石路面通常用砂 砾石 天然砂砾或块石为基层 有时直接辅筑在路基上 碎石路面的强度构成主要依靠石料的嵌挤作用以及充填结合料的粘结作用 嵌挤力大小取决于石料的内摩擦角 粘结力大小取决于填充结合料的内聚力及其与骨料之间的粘附力大小 1 水结碎石路面与基层用大小不同的扎制碎石从大到小分层铺筑 经洒水辗压而成的结构层 其强度由碎石之间的嵌挤作用以及辗压时产生的石粉与水形成的石粉浆的粘结作用而构成 由于石灰岩和白云岩石粉的粘结力较强 因此是水结碎石路面与基层的常用石料 碎 砾 石路面 用加工轧制的碎 砾 石作主骨料 以石渣 石屑嵌缝 用粘土或石灰土泥浆灌缝并经压实形成的路面 9 2碎 砾石路面与基层 2 泥结碎石路面与基层碎石作骨料 粘土作填充料和结合料 经铺筑压实而成的一种结构层 其强度不仅有赖于碎石的相互嵌挤作用 同时也有赖与粘土的粘结作用 因含有一定数量的粘土 水稳性较差 不宜作沥青路面的基层 3 泥灰结碎石路面与基层以碎石为骨料 石灰土作填充结合料经压实而形成的结构层 因掺入了石灰 提高了水稳定性 用作基层与泥结碎石相比 适应性更好 4 填隙干压碎石基层以碎石作骨料 形成嵌挤作用 用石屑填满孔隙 增加密实度 采用干压方式 这种结构填隙碎石 可作路面基层或底基层 9 2 2级配砾 碎 石路面与基层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 其中包括一部分塑性指教较高的粘土填充孔隙并起粘结作用 经压实后形成密实结构 9 2碎 砾石路面与基层 1 分类级配砾石路面与基层 级配碎石路面与基层 原状砾 碎 石路面与基层 天然砂粒石基 垫 层 天然砂粒经摊铺压实而成的路面结构层 不完全符合级配要求 但可就地取材 施工简易 造价低廉 磨耗层与保护层 为提高碎 砾 石路面的平整度 抵抗车轮和自然因素的磨损和破坏作用 用坚硬耐磨的级配粒料加铺在碎 砾 石路面上的结构层 磨耗层 是路面的表面部分 作用是抵抗车轮荷载和自然因素对路面的破坏作用 提高路面平整度 改善行车条件 厚度 4cm 保护层 铺筑在磨耗层上面 用来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 厚度 1cm 9 2碎 砾石路面与基层 2 材料要求与施工流程 级配碎石 符合最佳级配 压碎值不大于26 针片状含量不超过20 小于0 5mm的细料应无塑性且液限应小于25 9 2碎 砾石路面与基层 级配砾石 宜于选择河床洁净砂砾 要求颗粒尺寸在5 40mm之间 其中25 40mm含量不少于50 为防止冻胀和湿软 应注意控制小于0 5mm细料的含量和塑性指数 在中湿和潮湿路段 用作沥青路面的基层时 应在级配砾石中掺石灰 原状砾 碎 石土 原状砾 碎 石的性质取决于混合料中石 土的比例和石块的级配分布 石 土比例小于7 3的不宜用作基层 一般应通过颗粒分析后决定其是否用于粒料类结构层还是用于稳定类结构层 级配不良 很难通过调整级配达到级配粒料类标准的只能用于路基填料 9 2碎 砾石路面与基层 9 3无机结合料稳定类基层 9 3 1概述 1 在粉碎的或原来松散的土中掺入适量的无机结合料 水泥 石灰 工业废渣等 和水 经拌和得到的混合料在压实和养生后 其抗压强度符合规定要求 称为无机结合料稳定材料 2 无机结合料稳定材料具有稳定性好 抗冻性能强 结构本身自成板体等特点 但其不耐磨 因此广泛用于铺筑路面结构的基层和底基层 3 按土中单个颗粒 指碎石 砾石 土颗粒 的粒径大小和组成 分为粗粒土 中粒土 细粒土 不同的土与不同的无机结合料拌和得到不同的稳定材料 如石灰土 水泥土 二灰土 水泥稳定碎石 水泥稳定砂砾等 4 无机结合料稳定类基层的重要特点是 强度和模量随龄期的延长而不断增长 逐渐具有一定的刚性性质 一般规定水泥稳定材料设计龄期为3个月 石灰和石灰粉煤灰稳定类材料设计龄期为6个月 9 3 2无机结合料稳定材料的物理力学特性 水泥稳定碎石的力学特性指标与龄期的关系表9 1 石灰粉煤灰稳定碎石的力学特性指标与龄期关系表9 2 结合料稳定材料的应力 应变特性与原材料的性质 结合料的性质和剂量及密实度 含水量 龄期 温度等有关 1 应力 应变特性 9 3无机结合料稳定类基层 2 疲劳特性 在一定的应力条件下 整体性材料的疲劳寿命取决于材料的强度和刚度 强度愈大刚度愈小 其疲劳寿命就愈长 9 3 无机结合料稳定类基层 3 干缩特性无机结合料稳定材料的干缩特性 最大干缩应变和平均干缩系数 的大小与结合料的类型 剂量 被稳定材料的类别 粒料含量 小于0 5mm的细颗粒的含量 试件含水量和龄期等有关 4 温缩特性温度收缩的大小与结合料类型和剂量 被稳定材料的类别 粒料含量 龄期等有关 9 3 3石灰稳定类基层在粉碎的或原状松散的土中掺入适量的石灰和水 经拌和 在最佳含水量下摊铺 压实及养生而成的路面基层 称为石灰稳定类基层 如 石灰 细粒土 石灰土 1 石灰稳定土强度形成原理土中加入适量石灰 在最佳含水量下按匀压实 石灰与土发生一系列物理 化学作用 使土的性质发生改变 主要有四个方面 离子交换作用 结晶作用 火山灰作用 碳酸化作用 9 3 无机结合料稳定类基层 2 石灰稳定土强度的影响因素 土质 塑性指数7 17的粘性土稳定效果最好 塑性指数过大的重粘土不宜破碎和拌合 效果变差 塑性植树小于4的土不宜用石灰稳定 有机质含量大于10 和硫酸盐类含量大于0 8 的土不宜用石灰稳定 灰质 石灰细度 应是磨细生石灰粉 石灰有效活性成分 尽量缩短石灰的存放时间 满足有效钙美含量要求 石灰剂量 石灰剂量较低 小于3 4 时 石灰主要起稳定作用 土的塑性 膨胀 吸水量减小 使土的密实度 强度得到改善 随着剂量的增加 强度和稳定性均提高 但剂量超过一定范围时 强度反而降低 生产实践中常用的最佳剂量范围 对于粘性土及粉性土为8 14 对砂性土则为9 16 含水量 水促使石灰土发生物理化学变化 形成强度 便于土的粉碎 拌和与压实 并且有利于养生 加入石灰后 土的最佳含水量增加 密实度 石灰土的强度随密实度的增加而增长 实践证明 石灰土的密实度每增减1 强度约增减4 左右 而密实的石灰土 其抗冻性 水稳定性也好 缩裂现象也少 9 3 无机结合料稳定类基层 石灰土的龄期 石灰土强度具有随龄期增长的特点 一般石灰土初期强度低 前期 1 2个月 增长速率较后期为快 1个月抗压强度达到30 3个月达到60 设计龄期为6个月 养生条件 温度条件 温度高时 物理化学反应 硬化 强度增长快 反之强度增长慢 湿度条件 一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生要好 3 石灰土的应用低剂量 3 4 用于地基处理 高剂量用于二级以下公路基层或底基层 稳定细粒土不宜直接用作沥青路面的基层 冰冻地区的潮湿路段或其他地区的过湿路段 不宜采用石灰土做基层 不宜用作水泥路面的基层 4 石灰土的配合比各种土类的合理石灰剂量可参考表9 3中数值 最低的石灰剂量通过7d无侧限抗压强度试验确定 石灰土的最佳含水量通过击实试验确定 9 3 无机结合料稳定类基层 5 石灰土的施工生石灰应在使用前7 10天进行充分消解成熟石灰粉 熟石灰粉应尽快使用 路拌法或厂拌法拌合 细粒土拌合后闷料12小时 拌压时间不超过2d 现场配合比比实验室配合比提高1 的石灰剂量和含水量 覆盖保湿养生不少于7d 各种土类的合理石灰剂量表9 3 9 3 无机结合料稳定类基层 9 3 4水泥稳定类基层 1 概述水泥稳定类基层 在粉碎的或原状松散的土中掺入适量的水泥和水 在最佳含水量下拌和摊铺 压实的养护成型的路面基层 如 水泥 细粒土 水泥稳定土水泥稳定土可作路面基层和底基层 但禁止作高速公路和一级公路的基层 只能作底基层 水泥稳定粒料可作各级公路的基层和底基层 尤其适用于水泥路面 2 水泥稳定类材料强度形成原理水泥和土 水之间发生多种非常重要的作用 使土的性能发生明显变化 化学作用 如水泥颗粒的水化 硬化作用 有机物的聚合作用 水泥的水化产物与粘土矿物之间的化学作用等 物理化学作用 如粘土颗粒与水泥及水泥水化产物间的吸附作用 微粒的凝聚作用 水及水化产物的扩散 渗透作用 水化产物的溶解 结晶作用等 物理作用 如土块的机械粉碎作用 混合料的拌和 压实作用等 9 3 无机结合料稳定类基层 3 水泥稳定类材料强度的影响因素 土质 稳定级配良好的碎 砾 石和砂砾 效果最好 不但强度高 而且水泥用量少 其次是砂性土 再次之是粉性土和粘性土 重粘土难于粉碎和拌和 不宜单独用水泥来稳定 一般要求土的塑性指数不大于17 水泥的成分和剂量 硅酸盐水泥的稳定效果好 而铝酸盐水泥较差 不宜用快硬水泥 早强水泥 禁用受潮变质的水泥 不需要使用高标号水泥 高剂量成本高 干缩大 4 8 较为合理 稳定粒料的水泥剂量低于稳定细粒土的剂量 含水量 水泥正常水化所需的水量约为水泥重的20 对于砂性土 完全水化达到最高强度的含水量较最佳密度的含水量为小 而对于粘性土则相反 施工工艺过程 水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能最短 一般要在6h以内 尽量使用低标号水泥 有时可以使用缓凝剂 需湿法养生 养生温度愈高 强度增长的愈快 9 3 无机结合料稳定类基层 4 水泥稳定类的配合比配合比设计方法与石灰稳定类相同 水泥稳定粒料的级配应符合有关规范的要求 各种土类的合理水泥剂量可参考表9 4中数值 5 水泥稳定类的施工水泥稳定粒料应采用中心拌和厂拌和 平地机或混合料摊铺机摊铺 碾压要在拌合后3 4h内完成 拌碾时间不应超过6h 现场配合比比实验室配合比提高水泥剂量和含水量0 5 1 洒水覆盖养生至少3d 养生期结束 应立即浇洒透层沥青 各种土类的合理水泥剂量表9 4 9 3 无机结合料稳定类基层 9 3 5综合稳定类基层综合稳定类基层 在粉碎的或原状松散的土中掺入适量的水泥 石灰和其他稳定剂 经加水拌和 摊铺 辗压及养生后成型的路面基层 如二灰土 9 3无机结合料稳定类基层 9 3 6工业废渣稳定类基层利用工业废渣铺筑路面 不但提高了路面使用品质 而且降低了工程造价 具有重要经济意义 常用的工业废渣有 火力发电厂的粉煤灰和煤渣 钢铁厂的高炉渣和钢渣 化肥厂的电石渣 煤矿的煤矸石 1 不同工业废渣稳定材料分类 石灰粉 煤灰稳定粒料 细粒土类 石灰 水淬高炉矿渣 钢渣 电石渣稳定粒料类 石灰稳定煤渣类 水泥稳定破碎矿渣类 石灰 水泥稳定煤矸石类 2 石灰粉 煤灰稳定碎石的配合比材料 使用消石灰 石灰的质量宜符合III级以上技术指标 粉煤灰的烧失量要小于20 活性成分 SiO2 Al2O3 总含量一般要求超过70 颗粒最大粒径高速 一级公路不大于31 5mm 二级以下公路不大于40mm 石灰工业废渣混合料中粒料重量宜占80 以上 并有良好的级配 配合比设计 混合料的设计方法和步骤参照石灰稳定土进行 混合料的设计强度与石灰土相近 为提高早期强度可掺加少于石灰剂量30 的水泥 石灰与粉煤灰的比为1 2 1 4 石灰粉煤灰与粒料的比为20 80 15 85 施工流程 生石灰应在使用前7 10天进行充分消解成