第十章-基层及低等级路面.ppt

1 第十章基层及低等级路面 2 第一节块石路面 一 块石路面1 概念 2 分类 3 路面结构 4 强度构成 5 优缺点 6 材料及施工 由石块手工铺砌而成的路面 基底的承载力 石料间的嵌锁 摩擦 耐重载 坚固耐用 少尘 养护方便 抗滑 手工施工速度慢 耗劳力 3 二 块石基层采用锥形块石 片石或圆石手工摆砌 并用碎石嵌缝压实而成 一般具有较高的强度和稳定性 但整体性较差 容易产生不均匀沉降 且手工摆砌费工 影响施工进度 现较少采用 4 第二节碎石 砾石路面与基层 碎石路面是用加工轧制的碎石按嵌挤原理铺压而成的路面 按施工方法及所用充充料的不同分为水结碎石 级配碎石和干压碎石等 特点 碎石路面通常用砂砾石天然砂石或块石为基层 有时亦直接铺在路基上 其优点为投资不高 缺点是平整度差 易扬尘 雨天易泥泞 这类路面通常只能适用于中低等交通量的公路 一 碎 砾石路面的力学特性 碎石路面的强度主要依靠石料的嵌挤作用和填充结合料的粘结作用 嵌挤力的大小取决于石料的内摩阻角 粘结作用的大小取决于填充结合料本身的内聚力及其与矿料间的粘附力大小 1 强度构成 5 1 纯碎石材料 按嵌挤原则产生强度 c小 大 a 不含或含很少细料 嵌挤原则 b 含有足够的细料来填充颗粒间的空隙 c 含有大量细料而没有粗颗粒与粗颗粒的接触 集料仅仅是 浮 在细料之中 密实原则 抗剪强度的构成 2 土 石混合料 松散介质 6 土和颗粒材料抗剪强度是由矿质颗粒之间的摩擦 嵌挤以及毛细和吸附等作用形成的 故其 与颗粒的大小和形状 矿物成分和级配 密实度和含水量 受力条件等因素有关 其特点为 颗粒间联结强度较之本身强度小的多 在外力作用下 材料颗粒间产生滑动和位移 失去承载能力而发生破坏 对于这种松散材料组成的路面结构强度 起决定作用的是颗粒间联结强度而非材料本身强度 7 2 碎 砾石材料的应力 应变特性 碎砾石材料的显著特点之一是应力 应变的非线性性质 回弹模量在很大程度上受竖向和侧向应力大小的影响 根据试验研究结果 回弹模量Er值可用下式表示 K1 K2 与材料有关的试验参数 主应力之和 3 碎 砾石材料的形变积累 对良好级配碎石来说 当应力作用很多次时 形变基本上不发展 但当应力较大时 超过材料的耐久疲劳应力 达到一定次数后 形变随应力作用次数而迅速发展 最终导致破坏 级配组成差的粒料 即使应力作用了很多次 仍继续有塑性形变的增长 但欲获得低的塑性变形 级配料中的细料含量必须小于获得最大密实度的含量 8 二 水结碎石路面 用大小不同的轧制碎石从大到小分层铺筑 经洒水碾压后而成的一种结构层 其厚度一般为10 16cm 对材料的基本要求 碎石具有较高的强度 级 韧性和抗磨耗能力 碎石应近似于立方体 长条 扁平 10 碎石应干净 无泥土杂物 碎石层最大尺寸通过石料品质及碎石层厚度来确定 坚硬石料不得超过碎石层压实厚度的0 8倍 施工工序 1 准备工作 2 撒铺石料并摊平 可分为一次或二次撒铺 3 预碾碎石 4 碾压碎石并洒水 5 撒铺嵌缝料并碾压与洒水碾压 6 撒铺石屑并洒水碾压成型 7 初期养护 9 三 泥结碎石路面 是以碎石作为骨料 泥土作为填充和粘结料 经压实修筑而成的一种结构 路面厚度一般为8 20cm 当总厚度等于或超过15cm时 一般分为两层铺筑 上层厚度6 10cm 下层厚度9 14cm 材料要求 碎石 级 有棱角近于立方体长条 扁平 20 粘土的塑性指数以12 15为宜 含量不超过混合料总重的15 18 强度构成 由碎石之间的嵌挤作用以及粘土的粘结作用 灌浆法施工 1 准备工作 2 摊铺石料 3 初步碾压 4 灌泥浆 5 撒嵌缝料 6 碾压 10 四 泥灰结碎石路面 以碎石为骨料 用一定数量的石灰和土作粘结填缝料的碎石路面 因为掺入石灰 泥灰结碎石路面的水稳定性比泥结碎石好 强度构成 由碎石之间的嵌挤作用以及石灰浆的粘结作用 材料要求 碎石 级 石灰与土的含量 20 总量 石灰为土重的8 12 五 填隙干压碎石基层 碎石基层可采用干压方法 要求填缝紧密 碾压坚实 如土基软弱 应先铺筑低剂量石灰土或砂砾垫层 以防止软土上挤和碎石下陷 为了减轻碾压工作量 有时在碾压碎石的过程中 也适当洒些水 11 第三节级配砾 碎 石路面 级配碎 砾 石路面 是由各种集料和土 按最佳级配原理修筑而成的路面层或基层 一 级配砾 碎 石路面与基 垫 层的厚度和材料 1 符合最佳级配 一般采用变K法的最大密实度曲线 2 压碎值不大于26 3 针片状含量不超过20 4 小于0 5mm的细料应无塑性且液限应小于25 2 材料要求 级配砾 碎 石路面厚度 一般为8 16cm 当厚度大于16cm时分两层铺筑 下层厚度为总厚度的0 6倍 上层为总厚度的0 4倍 如基层和面层为同样类型的结构 其总厚度在16cm以下时 可分两层摊铺 一次碾压 1 厚度 12 二 施工工艺 13 三 优质级配碎石基层 无结合料处治粒料在国外是一种极为普遍的筑路材料 广泛用于柔性路面的基层和底基层 用于基层的常为较优质的碎石层 我国也在多项大型工程中用了这类材料和结构 取得了良好效果 优质级配碎石基层强度主要来源于碎石本身强度及颗粒间的嵌挤力 因此 对于碎石基层应保证高质量的碎石 获得高密度的良好级配和良好的施工压实手段 研究表明集料中小于0 5mm含量及其塑性指数对级配碎石的力学性质有明显影响 因此 从结构强度和结构层排水综合考虑 建议液限小于25 同时规定小于0 5mm的细料应无塑性 如特殊情况下难以做到 则塑性指数应小于4 14 级配是影响级配碎石强度与刚度的重要因素 一般来说 密实的级配易于获得高密度 从而使级配碎石获得高的CBR值和回弹模量 采用重型击实和振动成型方法对级配碎石的试验表明 振动成型可使级配碎石获得更高的CBR值和回弹模量 第四节无机结合料稳定类结构层 在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料和水 经拌和得到的混合料在压实与养生后 其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定材料 以此修筑的基层或路面称为无机结合料稳定基层或路面 特点 稳定性好 抗冻性强 结构本身成板体 但耐磨性差 广泛用于修筑路面结构的基层和底基层 15 1 具有一定的抗拉强度 且各种材料的抗拉强度有明显的不同 2 环境温度对半刚性材料强度有很大的影响 3 强度和刚度都随龄期增长 4 刚度较柔性路面大 但比刚性路面小 5 承载能力和分布荷载能力大于柔性路面 6 容许弯沉小于柔性路面 7 容易产生收缩裂缝 不同的土和无机结合料拌和得到不同的稳定材料 其刚度介于柔性路面材料和刚性路面材料之间 故以此修筑的基层或底基层称为半刚性基层 一 无机结合料稳定类材料的力学特性 1 应力 应变特性 无机结合料稳定路面的重要特点之一是强度和模量随龄期的增长而不断增长 逐渐具有一定的刚性性质 16 试验内容有抗压强度 抗压回弹模量 劈裂强度和劈裂模量 抗弯拉强度和抗弯拉模量等 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 龄期和温度等有关 水泥稳定类材料设计龄期为三个月 石灰或二灰稳定类材料设计龄期六个月 通过各种试验方法的综合比较 认为抗压试验和劈裂试验较符合实际 2 无机结合料稳定材料的疲劳特性 由于无机结合料稳定材料的抗拉强度远小于其抗压强度材料的抗拉强度是路面结构设计的控制指标 抗拉强度试验方法有直接抗拉试验 间接抗拉试验和弯拉试验 常用的疲劳试验有弯拉疲劳试验和劈裂疲劳试验 17 在一定的应力条件下 材料的疲劳寿命取决于材料的强度和刚度 强度越大刚度越小 其疲劳寿命就越长 疲劳寿命主要取决于重复应力与极限应力之比 原则上当 认为无机结合料稳定材料可经受 无限次重复加荷次数而无疲劳破裂 与Nf之间关系通常用双对数疲劳方程来表示比较合理 18 19 3 无机结合料稳定材料的干缩特性和温缩特性 无机结合料稳定材料经拌和压实后 由于蒸发和混合料内部发生水化作用 混合料的水份会不断减少 由于水的减少而发生的毛细管作用 吸附作用 分子间力的作用 材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化收缩作用等会引起半刚性材料产生体积收缩 干缩 干缩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 同一类半刚性材料干缩量的大小次序为 稳定细粒土 稳定粒料土 稳定粒料 对稳定细粒土 三类半刚性材料的干缩量的大小次序为 石灰稳定土 水泥或水泥石灰土 石灰粉煤灰土 对稳定粒料土 三类半刚性材料的干缩量的大小次序为 石灰稳定类 水泥稳定类 石灰粉煤灰稳定类 20 半刚性材料是由固相 液相和气相组成 所以 半刚性材料的外观胀缩性是三相的不同的温度收缩性的综合结果 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 原材料中砂粒以上颗粒的温度收缩系数较小 粉粒以下的颗粒温度收缩性较大 1 对烘干的试件 温度收缩系数随龄期的增大而增大 初期较大 后期较慢 但各种材料差别不大 实验表明 2 含水量对温度收缩系数影响极大 饱水 风干状态最小 约在最佳含水量最大 3 温度收缩的不利状态是 接近最佳含水量和0 10 温度区间 21 二 石灰稳定类基层 底基层 在粉碎的土和原状松散的土中掺入适量的石灰和水 按照一定技术要求 经拌和 在最佳含水量下摊铺 压实及养生 其强度符合规定要求的路面基层称为石灰稳定土基层 1 石灰稳定土强度形成机理 1 离子交换作用 适用于各级公路路面的底基层 可用作二级和二级以下公路的基层 但石灰土不应用作高等级公路的基层 2 结晶作用 3 火山灰作用 4 碳酸化作用 2 影响强度的因素 1 土质 粘性土较好 稳定效果显著 强度也高 22 2 灰质 质量好的石灰 稳定效果好 3 石灰剂量 粘性土与粉性土为8 14 砂性土为9 16 4 含水量 最佳含水量 通过标准击实试验确定 5 密实度 密实度每增减1 强度约增减4 6 龄期 石灰土强度随龄期的增长而增长 7 养生条件 温度高湿度大宜于养生 3 石灰土的应用 1 低剂量 3 4 用于地基处理 高剂量用于各级公路路面的底基层 或二级以下公路基层或底基层 2 稳定细粒土不宜直接用作沥青路面的基层 3 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 4 不宜用作水泥路面的基层 23 4 石灰土混合料设计 混合料的组成设计包括 根据强度标准 通过试验选取合适的土 确定必需的或最佳的石灰剂量和混合料最佳含水量 混合料的设计步骤 1 根据不同层位 确定石灰剂量配制 2 确定混合料的最佳含水量和最大干密度 用重型击实标准试验 至少做三个不同石灰剂量的击实试验 3 按最佳含水量与工地预期达到的压实密度制备试件 4 试件在规定温度下保湿养生6d 浸水1d 进行无侧限抗压强度试验 24 5 石灰基层的缩裂与防治 6 在石灰稳定土中加集料 1 控制压实含水量 2 控制压实标准 3 避开温缩最不利季节 4 重视养护 5 及早铺筑面层 7 铺筑碎石过渡层 6 石灰基层的施工 准备工作 摊铺土和石灰 拌和 整形 碾压 养生 25 三 水泥稳定土基层 将土粉碎 掺入适量水泥 按照一定技术要求使拌匀的混合料在最佳含水量时压实及养生成型 其抗压强度符合规定要求 以此修建的路面基层称水泥稳定土基层 1 强度形成机理 4 碳酸化作用 1 水泥的水化作用 2 离子交换作用 3 化学激发作用 2 影响强度的因素 水泥稳定类基层具有良好的整体性 足够的力学强度 抗水性和耐冻性 绝大部分的土类都可以用水泥来稳定 但级配良好的碎 砾 石和砂砾 效果最好 其次是砂性土 再次之是粉性土和粘性土 1 土质 26 2 水泥的成分和剂量 硅酸盐水泥稳定效果最好 而铝酸盐水泥较差 水泥剂量为4 8 较为合理 3 含水量 含水量对水泥稳定土强度影响很大 当含水量不足时 水泥正常水化所需的水量约为水泥重的20 4 施工工艺过程 水泥土从开始加水拌合到完成压实的延迟时间要尽可能最短 一般要在6h以内 水泥稳定土需要湿法养生 养生温度越高 强度增长越快 因此要保证水泥稳定土养生的温度和湿度条件 3 水泥稳定类材料的应用 1 水泥稳定砂砾或级配碎石用于各级公路路面基层 尤其适用于水泥路面 27 2 水泥稳定细粒土禁止作为高速公路或一级公路的基层 只能作底基层 3 在高等级公路的水泥混凝土路面板下 水泥土也不应作基层 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满足相应规范的要求 4 材料要求及混合料组成设计 1 土 凡能被粉碎的土都可以用水泥稳定 2 水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥都可以用于稳定土 3 水 饮用的水 均可以应用 5 水泥稳定类的施工工艺 拌和 摊铺 碾压 养生 28 四 其它稳定类基层 1 沥青稳定土基层 将土粉碎 用沥青为结合料 将其与土拌和均匀 摊铺平整 碾压密实成型的基层称为沥青混凝土基层 沥青稳定土是一种柔性材料 适用于干燥地区 低粘性土 1 粘结度不大 强度形成较慢 随水分增加 强度降低 2 土中含水量大于最佳含水量和温度低于5 的土与沥青不能很好的拌和 缺点 2 工业废渣基层 工业废渣种类 29 优点 水硬性 缓凝性 强度高 稳定性好 成板体 且强