路面基垫层

第12章路面基垫层•本章知识结构：•1.碎（砾）石及无机结合料稳定类基（垫）层材料的组成。•2.无机结合料稳定类基（垫）层的材料组成设计，•3.各类基（垫）层强度构成原理和施工工艺及质量控制要点。•本章重点：•1．各类基（垫）层的强度构成原理及影响因素•2．无机结合料稳定类基（垫）层的材料组成设计的方法和步骤•3．各类基（垫）层施工工艺及质量控制要点•12．1常用粒料类基层•目前广泛应用的粒料类基层有级配碎石、级配砾石、填隙碎石三种。•1．级配碎(砾)石基层•级配砾(碎)石路面，是指由各种集料(碎石、碎砾石、砾石)和土，按最佳级配原理修筑而成的路面层或基层，用作路面面层时俗称为砂石路面，其强度由摩阻力和粘结力构成。在用作基层时为使结构层具有较高的力学强度应使大小碎(砾)石的级配满足要求的范围，以形成级配密实型结构。同时还应严格控制混合料中的细料含量与塑性指数，以满足基层对水稳性的要求。•（1）施工一般规定及材料要求•1）级配碎（砾）石用作各级道路的基层时，其颗粒组成应是一根顺滑的曲线，如级配碎石或级配碎砾石的颗粒组成范围应符合相关规范要求；•2）配料应准确；•3）塑性指数应符合规定；•4）混合料应拌和均匀，没有粗细颗粒离析现象；•5）在最佳含水量时进行碾压，并达到规范要求的压实度；•6）石料的压碎值应符合规范规定。•（2）级配碎（砾）石基层的施工流程•级配碎（砾）石基层的施工有路拌法和中心站集中厂拌法两种。级配碎石用做半刚性路面的中间层以及用做二级以上公路的基层时，应采用集中厂拌法，并用摊铺机摊铺混合料；级配砾石宜采用路拌法。•施工工艺流程如下：•1)准备下承层。•下承层表面应平整、坚实，具有规定的路拱、平整度、压实度，且不宜做成槽式断面。•2)备料•根据级配碎(砾)石的颗粒组成计算碎（砾）石和石屑的配合比；根据各段基层或底基层的宽度、厚度及规定的压实干密度并按确定的配合比计算碎（砾）石、石屑的数量；碎（砾）石和石屑的按预定比例混合并洒水加湿，使混合料的含水量超过最佳含水量约1％。•3)运输与摊铺集料•事先通过试验确定集料的松铺系数并确定松铺厚度；用平地机或其他合适的机具将集料均匀的摊铺在预定的宽度上，表面应力求平整，并具有规定的路拱，并应同时摊铺路肩用料；采用不同粒级的碎（砾）石和石屑时，应将大碎（砾）石铺在下层，中碎（砾）石铺在中层，小碎（砾）石铺在上层，洒水使碎石湿润后，再摊铺石屑。•4)拌和及整形•对于二级及二级以上公路，应采用专用稳定土拌和机拌和级配碎石，拌和结束时，混合料的含水量应均匀，并较最佳含水量大1％左右，同时没有粗细颗粒离析现象发生；用平地机将拌和均匀的混合料按规定的路拱进行整平和整形，在整形过程中，应注意消除粗细集料的离析现象。•5)碾压•整形后，当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量的1％时，立即用12t以上的压路机进行碾压。直线和不设超高的平曲线段，由两侧路肩开始向中心碾压；在设超高的平曲线段，由内侧路肩到外测进行碾压。•6)横缝的处理•两作业段的衔接处，应搭接拌和。第一段拌和后，留5～8cm不进行碾压，第二段施工时，前段留下的未碾压部分与第二段一起拌和整平后进行碾压。•7)纵缝的处理•级配碎（砾）石施工时应避免纵向接缝。在必须分幅铺筑时，纵缝应搭接拌和。•2．填隙碎石基层•填隙碎石基层是用单一尺寸的粗碎石作主骨料，用石屑作填隙料铺筑而成的结构层。•填隙碎石适用于各级公路的底基层和二级以下公路的基层。•填隙碎石基层强度的形成主要是靠碎石间的嵌挤锁结作用。而粗碎石是填隙碎石类基层形成强度和稳定性的主要组成材料，因此施工中只有保证粗碎石相互嵌锁形成大骨架，填隙料仅填充空隙至密实才能达到预期效果。•（1）施工一般规定及材料要求•填隙碎石用作各级公路的基层和底基层时，其颗粒组成应满足相关规范规定。填隙碎石适用于各级公路的底基层和二级公路以下公路的基层。填隙碎石基层以粗碎石作为骨架，石屑填充粗碎石间的空隙。当石屑缺乏时，可以用细砂砾或粗砂替代。其用作基层时压碎值应满足规范要求。碾压后，填隙碎石应填满粗集碎石层内部孔隙，但不得使填隙料覆盖粗集料而自成一层，表面应看得见粗碎石。填隙碎石基层未洒沥青或未铺封层时，禁止开放。•（2）填隙碎石基层施工•填隙碎石基层施工的工艺流程如下图所示：准备下承层施工放样运输与摊铺碎石初压撒布填隙料振动压实二次撒布填隙料振动压实局部补撒填隙料并扫匀振动压实填满孔隙湿法终压洒水饱和碾压滚浆干燥干法洒水填隙碎石基层施工的工艺流程图•12．2常用稳定类基层•1．稳定土基层混合料组成设计•无机结合料稳定类基层包括石灰类、水泥类、石灰工业废渣类。各类基层施工前，所使用的石灰、水泥、碎（砾）石、细粒土、粉煤灰等原材料应满足规范规定的技术要求，同时应认真做好稳定土基层混合料组成设计。稳定土基层混合料组成设计的主要内容是确定无机结合料的剂量及混合料最佳含水量和最大密实度。所需的无机结合料剂量，根据所要求的强度和耐久性以及稳定的效果，由试验确定。目前，采用无侧限抗压强度作为稳定土的强度指标。在预估无机结合料的剂量附近，按1％或2％的级差增减无机结合料剂量，制作3～5种剂量的试件；同一无机结合料剂量的试件根据其稳定土粒径的大小确定，粗粒土试件不少于13个；中粒土试件不少于9个；细粒土试件不少于6个。测定抗压强度前，应在室温20℃±2℃（北方地区）或2５℃±2℃（南方地区）,相对湿度大于90%以上的条件下养生6d，而后浸水养生1d。测得各组无机结合料试件无侧限抗压强度的平均值后，可绘出无机结合料剂量和抗压强度的关系曲线。按规定的强度标准，可由上述曲线定出所需的无机结合料剂量。同时此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度R应符合公式1的要求：/(1)dvRRZC式1式中：Rd——设计抗压强度；Cv——试验结果的偏差系数(以小数计)；Zα——标准正态分布表中随保证率(或置信度a)而变的系数，高速公路和一级公路应取保证率95％，即Zα=1.645；其他公路应取保证率90％，即Zα=1.282。考虑施工现场质量的波动性，工地实际采用的结合料剂量应比室内试验确定的剂量多0.5％~1.0％。近年来，土壤固化剂在道路基层上推广应用。凡能改善和提高土壤技术性能的材料称为土壤固化剂。土壤固化剂可分为液粉状、粉状。用土壤固化剂固化路面基层和底基层时，其固化类混合料的强度标准可查阅相关规范。•2．石灰土基层•在粉碎的土或原来松散的土(包括各种粗、中、细粒土)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，其抗压强度符合规定要求的路面基层称为石灰稳定类基层。用石灰稳定细粒土得到的混合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基层。•石灰剂量是石灰质量占全部土颗粒的干质量的百分率，即石灰剂量=石灰质量／干土质量。•石灰稳定类材料适用于各级公路的底基层和二级以下公路的基层，石灰土不得用作二级公路的基层和二级以上公路高级路面的基层。在冰冻地区的潮湿路段和其他地区的过湿路段不宜采用石灰土做基层和底基层。•（1）石灰稳定土强度形成原理•土中掺入石灰后，并在最佳含水量下拌匀压实，使石灰与土之间发生强烈的相互作用，从而使土的性质发生根本的改变。在初期表现在土的结团、塑性降低、最佳含水量的增大和最大密实度的减小等；后期变化主要表现在结晶结构的形成，从而板体性、强度及稳定性提高。•在石灰加入土中主要有四方面反应过程，它们分别是离子交换反应、Ca(OH)2的结晶反应与碳酸化反应和火山灰反应，这些反应的最终结果使石灰土的刚度不断增大，强度与水稳性不断提高。•1)离子交换反应•土的微小颗粒具有一定的胶体性质，而石灰是一种强电解质，在土中掺入石灰和水后，在水的参与下易解离成Ca2+和(OH)-离子，Ca2+离子可于K+、Na+离子发生离子交换，其结果使得胶体吸附层减薄，致使粘土胶体颗粒发生聚结。这种离子交换的结果导致土的分散性和粘聚性降低，土的微团粒的结构强度和稳定性得以提高，这个反应过程在初期进展较快，是引起土发生初期变化的主要原因。•2)Ca(OH)2的结晶反应•Ca(OH)2的结晶反应是石灰吸收水分形成含水晶格，Ca(OH)2胶体逐渐成为晶体的反应过程。所生成的晶体互相结合，并与土粒结合形成共晶体，把土粒胶结成整体。•3)碳酸化反应•碳酸化反应是指在土中的Ca(OH)2与空气中的二氧化碳作用，生成CaCO3的过程。CaCO3是坚硬的结晶体，它和其生成的复杂盐类把土粒胶结起来，从而大大提高了土的强度和整体性。•4)火山灰反应•熟石灰的游离Ca2+与土中的活性氧化硅SiO2和氧化铝Al2O3作用生成含水的硅酸钙和铝酸钙的化学反应就是火山灰作用，•熟石灰结晶网格和含水的硅酸钙和铝酸钙结晶都是胶凝物质，具有水硬性并能在固体和水两相环境下发生硬化。这些胶凝物质在土微粒团外围形成一层稳定保护膜，填充颗粒空隙，使颗粒间产生结合料，减少了颗粒间的空隙与透水性，同时提高密实度，这是石灰土获得强度和水稳定性的基本原因，但这种作用比较缓慢。•由上述石灰稳定土强度形成原理可见，影响石灰土强度形成的因素，包括内因和外因两个方面。属于内因的有土质、灰质、石灰剂量、含水量、密实度等；属于外因的有温度、湿度、碾压、龄期等因素。•（2）石灰稳定土施工•石灰稳定土施工分为：路拌法和场拌(或集中场拌)法两种。•1）路拌法施工•a）准备工作•①摊铺土料前，应先在土基上洒水湿润，但不应过分潮湿而造成泥泞。•②粉碎土块，最大尺寸不应大于15mm。摊铺过程中，应将土中超尺寸颗粒及其他杂物清除干净。石灰在使用前必须充分消解。使用时，用1cm方孔筛筛除未消解灰块。同时，石灰放置时间不宜过长。在施工现场，应将石灰堆成高堆，并用篷布和土覆盖。在施工过程中，边使用边揭盖。•③用平地机或其它合适的机具将土料均匀地摊铺在预定的宽度上，表面应力求平整，并有规定的路拱。•④如粘土过干，应事先洒水闷料，一般至少闷料一夜时间，使各部分的含水量相近，并使含水量略大于最佳值。•b）摊铺•①检验松铺土料层的厚度，不符合要求时，应进行减料或补料。•②石灰应摊铺均匀，石灰摊铺完后，应量测石灰土的松铺厚度，并校核石灰用量是否合适。•c）拌和与洒水•①用石灰稳定塑性指数大的粘土时，应采用两次拌和。第一次加70％～90％预定剂量的石灰进行拌和，焖放1～2天后，再补足需用石灰，进行第二次拌和。•②石灰土拌和应采用拌和机(宝马机或功效与之相当的其它型号拌和机)。•③拌和机应先将拌和深度调整好，由两侧向中心拌和，每次拌和应重叠10～20cm，防止漏拌。先干拌一遍，然后视混合料的含水情况，碾压时按最佳含水量的要求，考虑拌和后碾压前的蒸发，适当洒水(一般可比最佳含水量大1％～2％)，再进行补充拌和，以达到混合料颜色一致，没有灰条、灰团和花面为止。•④在路基上铺拌时，应随时检查拌和深度，严禁在底部留有“素土”夹层，也应防止过多破坏土基表面，以免影响混合料的石灰剂量及底部压实效果。•⑤洒水要求用喷管式洒水车，并及时检查含水量。洒水车起洒处和另一端“调头”处都应超出拌和段2m以上。洒水车不应在进行拌和的以及当天计划拌和的路段上“调头”和停留，以防局部水量过大。除了洒水车外，严禁其它车辆在土料层上通行。拌和机械及其它机械不宜在已压成的石灰土层上“调头”，如必须在上进行“调头”时，应采取措施保护“调头”部分，使石灰土表层不受破坏。•d）整型•①路拌混合料拌和均匀后或场拌混合料运到现场经摊铺达预定的松厚之时，即应进行初整型，在直线段，平地机由两侧向路中进行刮平；在平曲线超高段，平地机由内侧向外刮平。•②初整型的灰土可用履带拖拉机或轮胎压路机稳压1～2遍，再用平地机进行整型，并用上述压实机械再碾压一遍。标高控制原则是“宁高勿低，宁刨勿补”。•③对局部低洼处，应用齿耙将其表层5cm以上耙松，并用新拌的灰土混合料找补平整，再用平地机整型一次。•④在整型过程中，禁止任何车辆通行。•e)石灰土基层碾压•①混合料表面整型后应立即开始压实，混合料的压实含水量应在最佳含水量的±1％范围内。如因整型工序导致表面水分不足，应适当