公路工程技术路面部分.docx
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第三章 路 面 工 程 路面直接承受汽车荷载的作用和自然因素的影响,并为汽车提供安全、经济、舒适的服务。路面结构修筑技术是路面工程研究的重要内容。 第一节 概 述 一、路面的功能与构造 1.路面的功能 路面是用各种筑路材料铺筑在路基上供车辆行驶的层状构造物。路面不仅直接承受车辆荷载的作用,而且要经受自然因素(日光、温度和水等)和其它人为因素的作用。因此,高等级公路的路面必须具备下述功能: 1) 全天候地、稳定地供汽车行驶,即应保证路面良好的行车性能,使之不受任何季节和气候的影响。 2) 保证汽车高速和舒适地行驶,即路面应具有和保持较好的平整度,使汽车在高速行驶时不发生颠簸。 3) 保证汽车安全和经济地行驶,即路面表面应具有和保持一定的粗糙度。使汽车在高速行驶中需要紧急制动时不致因路滑而产生侧向或超长的纵向滑移,乃至冲撞事故。 2.对路面的基本要求 路面应具有下述一系列性能: 1) 强度和刚度。指路面整体结构能够抵抗各种外力综合作用,而不发生破坏和过大变形的性能。 2) 稳定性。指路面在日光、大气、温度、湿度等自然因素影响之下,其整体强度不致迅速降低的性能。 3) 耐久性。指路面在自然因素和行车荷载多次重复作用下,材料不致迅速衰变、结构不致因疲劳而破坏的性能。 4) 表面性能。指路面表面的平整度和粗糙度,平整度用路面纵向凹凸量的偏差值表示,而粗糙度则用路面与轮胎的摩擦系数和路表纹理深度表示。 3.路面构造及结构层次的划分 路面构造及结构层次的划分见图3-1所示。 图3-1 路面构造及结构示意图 i-路拱横坡度;1-面层;2-基层(有时包括底基层);3-垫层;4-路缘石;5-加固路肩;6-土路肩 路面由行车道、硬路肩、土路肩、路缘石及中央分隔带等组成。路面结构层次至上而下可分为面层、基层、垫层,有时在面层之下还设有联结层。路面结构组成见图3-2所示。各结构层次的作用如下: 1) 面层。面层是直接同行车和大气接触的表面层次,它承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲击力作用,同时还受到降水的浸蚀和气温变化的影响。因此,同其它层次相比,面层应具备较高的结构强度,抗变形能力好,较好的水稳定性和温度稳定性,而且应当耐磨,不透水,其表面还应有良好的抗滑性和平整度。 修筑面层所用的材料主要有:水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎(砾)石混合料、砂砾或碎石掺土或不掺土的混合料以及块料等。 2) 基层。基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力,并扩散到下面的垫层和土基中去。实际上基层是路面结构中的承重层,它应具有足够的强调和刚度,并具有良好的扩散应力的能力。基层遭受大气因素的影响虽然比面层小,但是仍然有可能经受地下水和通过面层渗入雨水的浸湿,所以基层结构应具有足够的水稳定性。基层表面虽然不直接供车辆行驶,但仍然要求有较好的平整度,这是保证面层平整度的基本条件。 修筑基层的材料主要有各种结合料(如石灰、水泥或沥青等)稳定土或稳定碎(砾)石、贫水泥混凝土、天然砂砾、各种碎石或砾石、片石、块石或圆石,各种工业废渣(如煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等)和土、砂、石所组成的混合料等。 3) 垫层。垫层介于土基与基层之间,它的 图3-2 路面结构组成 功能是改善土基的湿度和温度状况,以保证面层及基层的强度、刚度和稳定性不受土基水文状况变化所造成的不良影响。另一方面的功能是将基层传下的车辆荷载应力加以扩散,以减小土基产生的应力和变形。同时也能阻止路基土挤入基层中,影响基层结构的性能。 修筑垫层的材料,强度要求不一定高,但水稳定性和隔温性能要好。常用的垫层材料分为两种,一类是由松散粒料,如砂、砾石、炉渣等组成的透水性垫层;另一类是用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层。 二、路面的分级与分类 1.路面的分级 通常按路面面层的使用品质,材料组成类型以及结构强度和稳定性,将路面分为四个等级,如表3.1所示。 表3.1 各等级路面所具有的面层类型及其所适用的公路等级 路面等级 面层类型 所适用的公路等级 高 级 水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌沥青碎石、整齐石块或条石 高速、一级、二级 次高级 沥青贯入碎(砾)石、路拌沥青碎(砾)石、沥青表面处治、半整齐石块 二级、三级 中 级 泥结或级配碎(砾)石、水结碎石、不整齐石块、其他粒料 三级、四级 低 级 各种粒料或当地材料改善土,如炉渣土、砾石土和砂砾土等 四级 1) 高级路面 高级路面的特点是强度高、刚度大、稳定性好、使用寿命长、能适应较繁重的交通量,路面平整、无尘埃,能保证高速行车、高级路面养护费用少,运输成本低,但初期建设投资高,需要用质量高的材料来修筑。 2) 次高级路面 次高级路面与高级路面相比,强度和刚度较差,使用寿命较短,所适应的交通量较小,行车速度也较低,次高级路面的初期建设投资虽较高级路面低些,但要求定期修理,养护费用和运输成本也较高。 3) 中级路面 中级路面的强度和刚度低,稳定性差,使用期限短,平整度差,易扬尘,仅能适应较小的交通量,行车速度低。中级路面的初期建设投资虽然很低,但是养护工作量大,需要经常维修和补充材料,才能延长使用年限,运输成本也高。 4) 低级路面 低级路面的强度和刚度最低,水稳定性差,路面平整性差,易扬尘,故只能保证低速行车,所适应的交通量最小,在雨季有时不能通车。低级路面的初期建设投资最低,但要求经常养护修理,而且运输成本最高。 2.路面的分类 路面类型可以从不同的角度来划分,但是一般都按面层所用的材料区划,如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等。但是在工程设计中,主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发,将路面划分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面三类。 1) 柔性路面 柔性路面的总体结构刚度较小,在车辆荷载作用之下产生较大的弯沉变形,路面结构本身的抗弯拉强度较低,它通过各结构层将车辆荷载传递给土基,使土基承受较大的单位压力。路基路面结构主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。柔性路面主要包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。 2) 刚性路面 刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。水泥混凝土的强度高,与其它筑路材料比较,它的抗弯拉强度高,并且有较高的弹性模量,故呈现出较大的刚性。在车辆荷载作用下,水泥混凝土结构层处于板体工作状态,竖向弯沉较小,路面结构主要靠水泥混凝土板的抗弯拉强度承受车辆荷载,通过板体的扩散分布作用,传递给基础上的单位压力较柔性路面小得多。 3) 半刚性路面 用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层,在前期具有柔性路面的力学性质,后期的强度和刚度均有较大幅度的增长,但是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。由于这种材料的刚性处于柔性路面与刚性路面之间,因此把这种基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面。这种基层称为半刚性基层。 刚性路面、柔性路面和半刚性路面,这种以力学特性为标准的分类方法主要是为了便于从功能原理和设计方法出发进行分区,并没有绝对的定量分界界线。近年来材料科学的发展正在逐步改变这种属性,如水泥混凝土的增塑研究正在使它的刚性降低而保留它的高强性质,沥青的改性研究使得沥青混凝土随气候而变化的力学性质趋于稳定,大幅度提高其刚度。此说明事物都是在相互转化之中。 三、路面设计 路面设计应包括路面结构层原材料的选择、混凝土配合比设计、设计参数的测试与确定,路面结构层组合与厚度计算,路面结构的方案比选等内容,以及路面排水系统设计和路肩加固等的设计。 路面结构层设计除包括行车道部分的路面外,对高速公路、一级公路还应包括路缘带、硬路肩、加(减)速车道、爬坡车道、紧急停车带、匝道、收费站、服务区、停车场等的路面设计。 路面设计的原则为: (1) 路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件,密切结合当地实践经验,进行路基路面综合设计。 (2) 在满足交通量和使用要求的前提下,应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则,进行路面设计方案的技术经济比较,选择技术先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。 (3) 结合当地条件,积极推广成熟的科研成果,对行之有效的新材料、新工艺、新技术应在路面设计方案中积极、慎重地加以运用。 (4) 路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全。 (5) 为提高路面工程质量,应推行机械化施工。对高速公路、一级公路,应采用大型、高效的成套机械设备施工,以确保工程质量。 (6) 高速公路、一级公路的路面不宜分期修建。 对软土地区或高填方路基等可能产生较大沉降的路段,宜按“分期修建”或“一次设计分期实施”的原则设计。设计时,应按远景交通量设计路面结构厚度,铺筑时可减薄沥青面层,待路基趋于稳定后,视路面实际情况再加铺沥青面层。 第二节 基层、底基层及垫层 一、垫层 1. 垫层的设置原则 处于下列状况的路基应设置垫层,以排除路面、路基中滞留的自由水,确保路面结构处于干燥或中湿状态。 (1) 地下水位高,排水不良,路基经常处于潮湿、过湿状态的路段。 (2) 排水不良的土质路堑,有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段。 (3) 季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段,可能产生冻胀需设置防冻垫层的路段。 (4) 基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。 2. 垫层材料 垫层材料可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰煤渣稳定粗粒土,石灰粉煤灰稳定粗粒土等。若采用粗砂和砂砾料时,通过0.074mm筛孔的颗粒含量应不大于5%。采用煤渣时,小于2mm的颗粒含量不宜大于20%。 为防止软弱路基污染粒料底基层、基层,或为隔断地下水的影响,可在路基顶面设土工合成材料隔离层。 3. 垫层设置宽度 高速公路、一、二级公路的排水垫层应铺至路基同宽,以利路面结构排水,保持路基稳定。三、四级公路的垫层宽度可比底基层每侧至少宽25cm。 二、路面基层的类型 基层(底基层)可分为粒料类和无机结合料稳定类。 1.粒料类基层(底基层) 粒料类常分为嵌锁形和级配型,目前常用的有填隙碎石(嵌锁型)、级配碎(砾)石、天然砂砾(级配型)几种。粒料类基层(底基层)的主要特点是透水性大、施工方便。我国大都将此类结构作为高等级公路的底基层或垫层,有些国家用级配碎(砾)石修筑基层或底基层,还用作沥青面层与半刚性基层间的联结层。 嵌锁型粒料基层的整体强度主要依靠碎石颗粒之间的嵌锁和摩阻作用,颗粒间的粘结力很小,即这种结构层的抗剪强度主要取决于剪切面上的法向应力和材料的内摩阻角。内摩阻角由三项因素构成:粒料表面的相互滑动摩擦、剪切时体积膨胀而需克服的阻力、粒料重新排列而受到的阻力。因此,嵌锁型结构强度主要取决于石料的强度、形状、尺寸、均匀性、表面粗糙度以及施工时的压实程度。当石料强度高,形状接近立方体、有棱角、尺寸均匀、表面粗糙、压实度高时,结构层的强度就高。 级配型粒料基层的强度和稳定性取决于内摩阻角和粘结力的大小。即其强度与稳定性在很大程度上取决于集料的类型(碎石、砾石或碎砾石)、集料的最大粒径和级配以及混合料中0.5mm以下细粒的含量及塑性指数。同时还与其密实程度有关系。因此,对级配型粒料,主要控制最大粒径、细粒含量及其塑性指数和现场压实度。 2.无机结合料稳定类基层(底基层) 无机结合料稳定类基层又称半刚性基层,常用的半刚性基层的类型有: 1) 水泥稳定类。主要有水泥稳定土、水泥稳定碎石(或砂砾)及水泥稳定为筛分碎石(或石屑、石渣)等。 2) 石灰稳定类。主要有石灰土、石灰碎石土、石灰砾石土以及石灰土稳定级配碎石和级配砂砾等。 3) 综合稳定类。主要有水泥石灰综合稳定土、水泥石灰稳定碎石(或砾石)、水泥石灰稳定煤渣等。 4) 石灰工业废渣类。主要有石灰粉煤灰(简称二灰)土、二灰砂、二灰砂砾、二灰碎石等,石灰煤渣、石灰煤渣土、石灰煤渣碎石(或砂砾)、石灰煤渣矿渣等。 半刚性基层(底基层)具有良好的力学性能,强度高、水稳定性好、板体性好。其强度不仅与使用材料本身性质有关,更主要的是混合料加水拌和碾压后发生的一系列物理-化学作用,强度随时间增长而逐渐提高。但这类基层的最大缺点是干缩或低温收缩时易产生裂缝。为减少开裂,可在混合料中掺入60~80%的粒料。无机结合料稳定粒料基层中,水泥稳定碎石(或石屑)的强度较高,适宜于大交通重轴载道路的基层,而无机结合料稳定土(如水泥土、石灰土、二灰土等)仅适宜于作高级路面的底基层。 由此可见,无机结合料稳定类基层的力学特性不仅与各组成材料本身的性质有关,而且与混合料的配合比有关。 3.贫混凝土基层 贫混凝土在发达国家已经被广泛用作高速公路的上基层,是目前众所周知的一种强度最高的基层类型。贫混凝土基层具备更高的刚度、更佳的耐久性、较好的整体性和稳定性,尤其适用于特重交通的高等级公路。对于水泥混凝土路面,采用贫混凝土作基层,同常用的半刚性基层相比较,在设计理论上更加合理,在实际应用中效果更好。 贫混凝土基层的主要优点是抗冲刷性能好、强度高、整体性强、稳定性好、承载力大,并且经久耐用。对于水泥混凝土路面,贫混凝土基层的设计抗压强度可达到12Mpa,而半刚性基层一般只有2.5~4.5 Mpa,因此贫混凝土基层有利于提高基层对水泥混凝土的支撑强度,在同一设计弯拉强度标准下,可以减薄水泥混凝土路面板的设计厚度。同时,贫混凝土基层还有利于提高基层的抗冲刷性,防止水泥混凝土路面出现断板、错台、断角,增强了水泥混凝土路面平整度的保持性,改善了水泥混凝土路面的长期舒适性,有利于延长水泥混凝土路面的使用寿命和服务年限。对于沥青混凝土路面,贫混凝土基层这种高强度材料,符合强基!薄面的设计思想,有利于减少沥青路面车辙的发生,同样可以延长沥青混凝土路面的使用寿命和服务年限。 与半刚性基层不同,贫混凝土基层的施工必须采用机械拌和,滑模摊铺机进行施工,不得采用路拌法进行施工。贫混凝土基层的施工应需达到以下要求: 1)贫混凝土基层设计厚度一般为20~28cm,除了按路面设计规范要求设置胀缝以外,不设纵缝拉杆及缩缝传力杆; 2)不做抗滑构造,保持滑模摊铺时有较光滑平整的表面; 3)贫混凝土基层要求按5m横缝间距对应路面的缩缝和纵缝,并采用沥青填缝,为了改善缩缝的传荷状态,防止贫混凝土基层与路面一起产生错台和唧泥,路面板缩缝应按公路定向交通流向,前错50cm; 4)在路面滑模摊铺前,需喷洒改性乳化沥青粘结层,厚度为2~3cm,并铺洒细石屑,以形成防止断板及防渗水的封闭滑动层,有利于防止路面断板,加强层间结合; 5)对贫混凝土基层需采取养生措施,可喷洒聚乙烯醇类的养生剂。 贫混凝土基层的基准水泥含量一般为6%~12%。 4.无机结合料稳定土组成材料要求 无机结合料稳定土的力学特性取决于材料组成,因此首先应对其材料的基本性质有所了解。 1) 土 (1) 水泥稳定土 凡能被经济粉碎的土都可用水泥稳定,其最大颗粒和颗粒组成应满足规范的要求。对于细粒土而言,土的均匀系数应大于5,液限不应超过40,塑性指数不应大于17。 集料的压碎值要求为: 对于二级和二级以下公路基层不大于35%; 对于二级和二级以下公路底基层不大于40%; 对于高速公路和一级公路不大于30%。 (2) 石灰稳定土 塑性指数15~20的粘性土以及含有一定数量粘性土的中粒土和粗粒土均适宜于用石灰稳定。用石灰稳定不含粘性土或无塑性指数的级配砂砾、级配碎石和未筛分碎石时,应添加15%左右的粘性土。硫酸盐含量超过0.8%的土和有机质含量超过10%的土,不宜用石灰稳定。 石灰稳定土中集料压碎值要求: 一般公路的底基层不大于40%; 高速公路和一级公路的底基层、二级以下公路的基层不大于35%; 二级公路的基层不大于30%。 (3) 石灰工业废渣土 宜采用塑性指数12~20的粘性土(亚粘土),有机质含量超过10%的土不宜选用。最大颗粒和颗粒组成应满足规范的要求。集料压碎值要求同水泥稳定土。 2) 水泥 普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥等都可使用,但应选用终凝时间较长(宜在6h以上)的水泥,快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥不应使用。宜采用标号较低(如强度等级为32.5Mpa)的水泥。 3) 石灰 石灰质量应符合Ⅲ级以上的生石灰或消石灰的技术指标,要尽量缩短石灰的存放时间。石灰在野外堆放时间较长时,应妥善覆盖保管,不应遭日晒雨淋。 对于高速公路和一级公路,宜采用磨细生石灰粉。 4) 粉煤灰 粉煤灰中SiO2、Al2O3和Fe2O3的总含量应大于70%,烧失量不应超过20%;其比面积宜大于2500cm2/g。 干粉煤灰和湿粉煤灰都可以应用。干粉煤灰如堆在空地上应加水,防止飞扬造成污染。湿粉煤灰的含水量不宜超过35%。 使用时,应将凝固的粉煤灰块打碎或过筛,同时清除有害杂质。 5) 煤渣 煤渣是经锅炉燃烧后的残渣,它的主要成分是SiO2和Al2O3,它的松干密度在(700~1100)kg/m3之间。煤渣的最大粒径不应大于30mm,颗粒组成宜有一定级配,且不含杂质。 6)强度标准 无机结合料稳定土强度标准如表3.2所示。 表3.2 强度标准(Mpa) 材料名称 高速和一级公路 二级和二级以下公路 基层 底基层 基层 底基层 水泥稳定土 3~4 ≥1.5 2~3 ≥1.5 石灰稳定土 ≥0.8 ≥0.8① 0.5~0.7② 二灰稳定土 ≥0.8 ≥0.5 ≥0.6 ≥0.5 注:(1)在低塑性土(塑性指数小于7)地区,石灰稳定砂砾土和碎石土的7d浸水抗压强度应大于0.5MPa; (2)低限用于塑性指数小于7的粘性土,高限用于塑性指数大于7的粘性土。 三、混合料配合比设计 1.混合料试验项目 1) 重型击实试验 确定最佳含水量和最大干密度,以规定工地碾压时的合适含水量和应达到的最大干密度;确定制备强度试验和耐久性试验的试件所应该用的含水量和干密度;确定制备承载比试件的材料含水量。 2) 承载比 求工地预期干密度下的承载比,确定材料是否适宜做基层或底基层。 3) 抗压强度 进行材料组成设计,选定最适宜用于水泥或石灰稳定的材料(包括土),规定施工中所用的结合料剂量,为工地提供质量评定标准。 4) 耐久性 用干湿循环或冻融循环试验确定适宜于用石灰或水泥稳定的材料,探索石灰水泥稳定材料在潮湿冰冻条件下的使用性能。 2.混合料配合比设计的一般方法 1) 一般原则 混合料配合比设计要求达到的目标是:所设计的混合料组成在强度上满足设计要求,抗裂性达到最优且便于施工,而配合比设计的基本原则是结合料剂量合理,尽可能采用综合稳定及集料应有一定的级配。 混合料组成中,结合料剂量太低则不能成为半刚性材料,剂量太高则刚度太大,容易脆裂。实际上,限制低剂量是为了保证整体材料具有基本的抗拉强度,以满足荷载作用的强度要求,限制高剂量可使模量不致过大,避免结构产生太大的拉应力,同时降低收缩系数,使结构层不会因温度变化而引起拉伸破坏。 采用水泥、石灰综合稳定时,混合料中有一定水泥可提高早期强度,有一定石灰可使刚度不会太大,掺入一定数量的粉煤灰可以降低收缩系数,必要时可根据材料性质和施工季节,加入早强剂或其它外掺剂。 集料应有一定的级配,集料数量以达到靠拢而不紧密为原则,其空隙让无机结合料填充,形成各自发挥优势的稳定结构。因此,较为理想的基层材料应是石灰、粉煤灰、水泥综合稳定粒料半刚性材料。半刚性基层材料中结合料和集料的种类繁多,应以就地取材为前提,并根据以上原则通过试验求得合理组成,以充分发挥其优势。 2) 配合比设计方法 混合料配合比设计的主要内容是根据表3.3的强度标准值,通过试验选取适宜于稳定的材料,确定材料的配比及最大干密度和最佳含水量。表中所列数值指7天(湿养6天、浸水1天)的无侧限抗压强度。 表3.3 无机结合料稳定类材料的抗压强度(Mpa) 公路等级 高速公路、一级公路 二级及二级以下公路 水泥稳定类材料 基 层 3.0~4.0 2.0~3.0 底基层 ≥2.0 ≥1.5 石灰稳定类材料 基 层 ≥0.8 底基层 ≥0.8 >0.5~0.7(1) 二灰稳定类材料 基 层 ≥0.8 ≥0.6 底基层 ≥0.5 ≥0.5 注:(1)低限与高限分别用于塑性指数小于7和大于7的土。 具体设计步骤如下: (1)制备同一种土样、不同结合料剂量的混合料,水泥和石灰的剂量可参考表3.4、表3.5所列数值。 表3.4 水泥剂量参考值 土类 层位 水泥剂量(%) 中粒土和粗粒土 基 层 3 4 5 6 7 底基层 3 4 5 6 7 塑性指数小于12的土 基 层 5 7 8 9 11 底基层 4 5 6 7 9 其它细粒土 基 层 8 10 12 14 16 底基层 6 8 9 10 12 表3.5 石灰剂量参考值 土类 层位 石灰剂量(%) 砂砾土和碎石土 基 层 3 4 5 6 7 塑性指数小于12的粘性土 基 层 10 12 13 14 16 底基层 8 10 11 12 14 塑性指数大于12的粘性土 基 层 5 7 9 11 13 底基层 5 7 8 9 11 二灰稳定类混合料试件的制备可根据不同情况进行。对硅铝粉煤灰,采用石灰粉煤灰做基层或底基层时,石灰与粉煤灰之比可以是1:2~1:9。采用石灰粉煤灰土做基层或底基层时,石灰与粉煤灰之比常用1:2~1:4(对于粉土,以1:2为宜)。石灰粉煤灰与细粒土的比例可以是30:70~90:100。采用石灰粉煤灰粒料做基层或底基层时,石灰与粉煤灰的配比常用1:2~1:4,石灰粉煤灰与级配粒料(中粒土和粗粒土)的配比可以是1:6~1:4,石灰粉煤灰与粒料的配比也可以用1:1左右,但后者可能强度较低,裂缝较多。 (2)采用重型击实试验确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度。至少做三个不同水泥或石灰剂量混合料的击实试验,即最小剂量、中间剂量和最大剂量。其它剂量混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。 (3)按工地预定达到的压实度,分别计算不同结合料剂量时试件应有的干密度。 (4)按最佳含水量和计算得到的干密度制备试件,进行强度试验。作为平行试验的试件数量应符合表3.6中的规定。如试验结果的偏差系数大于表中规定的值,则应重做试验,并找出原因,加以解决。如不能降低偏差系数,则应增加试验数量。 表3.6 最少的试验数量 稳定土类型 下列偏差系数时的试验数量 小于10% 10%~15% 小于20% 细粒土 6 中粒土 6 9 粗粒土 9 13 (5) 试件在规定温度下保湿养生6天,浸水1天,进行无侧限抗压强度试验,试验温度为:冰冻地区20±2℃,非冰冻地区25±2℃。计算试验结果的平均值和偏差系数。 (6) 根据强度标准,选定合适的结合料剂量。此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度R应满足下式的要求: (3-1) 式中:Rd-设计抗压强度; Cv-试验结果的偏差系数(以小数计); Zα-标准正态分布中随保证率(或置信度α)而变的系数。高速公路上应取保证率95%,此时Zα=1.645。 工地实际采用的石灰或水泥剂量应较室内试验确定的剂量多0.5~1.0%。 石灰土稳定碎石和石灰土稳定砂砾,仅对其中的石灰土进行组成设计,对碎石和砂砾,只要求它具有较好的级配。石灰土与碎石砂砾的质量比宜为1:4。二灰稳定粒料的组成设计,则应包括全部混合料(或25mm以下的粒料)。条件不具备时,可仅对二灰进行组成设计,确定二灰的配合比后,在二灰中掺入一定比例的粒料。 四、基层(底基层)施工 1.水泥稳定砂砾(碎石)、石灰粉煤灰稳定砂砾(碎石)施工 1) 拌和与运输 (1) 水泥稳定混合料或二灰稳定混合料的拌和应采用厂拌法。 (2) 厂拌的设备及布置位置应在拌和以前提交监理工程师并取得批准。水泥、石灰、粉煤灰与集料应准确过秤,按重量比例掺配,并以重量比加水。拌和时加水时间及加水量应有记录,以提交监理工程师检验。 (3) 当进行拌和操作时,稳定料加入方式应能保证自始至终均匀分布于被稳定材料中。应在通向称量漏斗或拌和机的供应线上为抽取试样提供安全方便的设备。拌和机内的死角中得不到充分搅动的材料,应及时排除。 (4) 运输混合料的运输设备,应分散设备的压力,均匀地在已完成的铺筑层整个表面上通过,速度宜缓,以减少不均匀碾压或车辙。 (5) 当厂拌离摊铺距离较远,混合料在运输中应加覆盖以防水份蒸发,保持装载高度均匀以防离析。应注意卸料速度、数量与摊铺厚度及宽度。拌和好的混合料要尽快摊铺。 2) 摊铺和整型 (1) 摊铺必须采用监理工程师批准的机械进行,使混合料按要求的松铺厚度,均匀地摊铺在要求的宽度上。 (2) 摊铺时混合料的含水量宜高于最佳含水量0.5~1.0%, 以补偿摊铺及碾压过程中的水份损失。 (3) 当压实层厚度超过20cm时,应分层摊铺,最小压实厚度为10cm。先摊铺的一层应经过整型和压实,经监理工程师批准后,将先摊铺的一层表面翻松后再继续摊铺上层。并按规定的路拱进行整型。 3) 碾压 (1) 混合料经摊铺和整型后,应立即在全宽范围内进行碾压。直线段,由两侧向中心碾压;超高段,由内侧向外侧碾压。每道碾压应与上道碾压相重叠,使每层整个厚度和宽度完全均匀地压实到规定的密实度为止。压实后表面应平整无轮迹或隆起,且断面正确,路拱符合要求。 (2) 碾压过程中,混合料的表面应始终保持潮湿。如表面水蒸发得快,应及时补洒少量的水。 (3) 严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车,以保证结构层表面不受破坏。 (4) 施工中,从加水拌和到碾压终了的延迟时间不应超过规定。 4) 接缝和“调头”的处理 施工接缝和压路机“调头”,应按《公路路面基层施工技术规范》的规定处理。 5) 养生 碾压完成后应立即进行养生。养生时间不应少于7天。养生方法可视具体情况采用洒水,或采用沥青乳液等。养生期间应封闭交通,不能封闭时,应将车速限制在30km/h以下,且应禁止重型车辆通行。 6) 气候条件 工地气温低于5℃时,不应进行施工。雨季施工,应特别注意天气变化,勿使水泥和混合料受雨淋。降雨时应停止施工,但已摊铺的混合料应尽快碾压密实。 7) 取样和试验 混合料应在施工现场每天取样一次或每拌和250t混合料取样一次,并按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》标准方法进行含水量、稳定剂用量和无侧限抗压强度试验。按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》规定进行压实度试验,并检查其它项目。 2.石灰土稳定砂砾基层、水泥石灰稳定土基层施工 1) 一般要求 (1) 石灰土稳定砂砾、水泥石灰稳定土基层应在热季到来之前和热季组织施工,施工期最低气温应在5℃以上。多雨地区,应避免在雨季进行施工。 (2) 石灰土稳定砂砾、水泥石灰稳定土宜用中心站集中拌合的办法施工。也可用路拌法施工。 (3) 当基层压实采用12~15t三轮压路机碾压时,每层的压实厚度不应超过15cm,用18~20t三轮压路机碾压时,每层的压实厚度不应超过20cm。压实厚度超过上述规定时,应分层铺筑,分层最小压实厚度为10cm。 (4) 当铺筑层不只一层时,先铺筑的一层,将表面轻轻地耙松,并在铺筑下一层之前洒水湿润使后铺的一层相互结构良好。 2) 准备工作 (1) 在新完成并经验收的下承层上测量恢复中线,直线段每 20~25m设一排桩,平曲线每10~15m设一排桩,并进行水平测量以确定基层的铺装厚度。 (2) 根据监理工程师批准的配合比在料场用强制式拌和机或双转轴浆叶式拌和机生产集料,拌和时应做到: ① 土块要粉碎 ② 配料要准确 ③ 含水量要略大于最佳含水量 ④ 拌和要均匀 3) 摊铺 (1) 混合料堆置时间不应过长,尤其雨季施工一定要做到当天堆置,当天摊铺、整型、碾压。 (2) 用平地机或摊铺机按摊铺厚度将混合料摊铺均匀,如发现有粗细颗粒离析现象,应用机械或人工补充拌匀。 4) 碾压 (1) 整型后,当混合料处于最佳含水量±1%时进行碾压,如表面水分不足,应适当洒水。 (2) 用12t以上三轮压路机、重型轮胎压路机或振动压路机在路基全宽内进行碾压,直线段,由两侧路肩向路中心碾压;平曲线段,由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。碾压时,后轮应重叠 1/2的轮宽,并必须超过两段的接缝处。后轮压实路面全宽时,即为一遍,进行碾压直到要求的密度为止。一般需碾压6~8遍。压路机的碾压速度,头两遍以采用1档(1.5~1.7km/h)为宜,以后用2挡(2.0~2.5km/h)。 (3) 在路面的两侧,应多压2~3遍。 (4) 严禁压路机在作业段上掉头和急刹车。 (5) 在碾压结束前,用平地机终平一次,使其纵向顺适,路拱及超高均符合设计要求,终平应仔细进行。 5) 养生 (1) 每一段碾压完成并经压实度检查合格后,即开始进行养生。 (2) 应用湿砂进行养生。用砂覆盖时,砂层应厚7~10cm。砂铺均匀后,立即洒水。在整个养生期间都应使砂保持潮湿状态。也可以用潮湿的帆布、粗麻布、草帘或其他合适的材料覆盖,但不得用湿粘性土覆盖。养生结束后,必须将覆盖物清除干净。 (3) 也可用洒水车经常洒水,每天洒水次数,应视气候而定。要求在整个养生期间始终保持表面潮湿,不应时干时湿。 (4) 养生不宜少于7天。除洒水车外,应封闭交通。 (5) 养生期满后,进行工程质量检收,立即喷洒透层沥青,并在5~7天内铺筑沥青面层。 3.粒料基层(底基层)施工 1) 级配碎石施工 级配碎石施工的一般要求如下: (1) 用于二级和二级以上公路底基层的级配碎石应预先筛分成几组不同粒径的碎石(如37.5~19mm,19~9.5mm,9.5~4.75mm的碎石)及4.75mm以下的石屑组配而成。 (2) 在其它等级公路上,级配碎石可用未筛分碎石和石屑组配而成。 (3) 缺乏石屑时,可以添加细砂砾或粗砂。也可以用颗粒组成合适的含细集料较多的砂砾与未筛分碎石组配成级配碎砾石。 (4) 级配碎石可用于各级公路的基层和底基层。 (5) 级配碎石可用做较薄沥青层与半刚性基层之间的中间层。 (6) 当级配碎石用做二级和二级以下公路的基层时,其最大粒径应控制在37.5mm以内;当级配碎石用作高速公路和一级公路的基层以及半刚性路面的中间层时,其最大粒径宜控制在31.5mm以下。 (7) 级配碎石层施工时,应遵守下列规定: ① 颗粒组成应是一根顺滑的曲线。 ② 配料必须准确。 ③ 塑性指数应符合规定。 ④ 混合料必须拌和均匀,没有粗细颗粒离析现象。 ⑤ 在最佳含水量时进行碾压,直到达到按重型击实试验法确定的要求压实度:中间层100%;基层98%;底基层96%。 ⑥ 应使用12t以上的三轮压路机碾压,每层的压实厚度不应超过15~18cm。用重型振动压路机和轮胎压路机碾压时,每层的压实厚度可达20cm。 ⑦ 级配碎石基层未洒透层沥青或未铺封层时,禁止开放交通,以保护表层不受破坏。 (8) 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,应采用集中厂拌法拌制混合料,并用摊铺机摊铺混合料。 级配碎石中心站集中厂拌法施工 (1) 级配碎石混合料可以在中心站用多种机械进行集中拌和,如强制式拌和机、卧式双转轴桨叶式拌和机、普通水泥混凝土拌和机等。 (2) 对于高速公路和一级公路的级配碎石基层和中间层,宜采用不同粒级的单一尺寸碎石和石屑,按预定配合比在拌和机内拌制级配碎石混合料。 (3) 不同粒级的碎石和石屑等细集料应隔离,分别堆放。 (4) 细集料应有覆盖,防止雨淋。 (5) 在正式拌制级配碎石混合料之前,必须先调试所用的厂拌设备,使混合料的颗粒组成和含水量都能达到规定的要求。 (6) 在采用未筛分碎石和石屑时,如未筛分碎石或石屑的颗粒组成发生明显变化,应重新调试设备。 (7) 将级配碎石用于高速公路和一级公路时,应用沥青混凝土摊铺机或其他碎石摊铺机摊铺碎石混合料,摊铺机后面应设专人消除粗细集料离析现象。级配碎石用于二级和二级以下公路时,如没有摊铺机,也可用摊铺箱或自动平地机进行摊铺施工。 (8) 在任何情况下,拌和的混合料都应均匀,含水量适当,无粗细颗粒离析现象。 (9) 级配碎石应在最佳含水量时遵循先轻后重的原则进行碾压,并碾压至要求的压实度。用振动压路机、三轮压路机进行碾压。 ① 摊铺后,当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时,立即用12t以上三轮压路机、振动压路机或轮胎压路机进行碾压。直线和不设超高的平曲线段,由两侧路肩开始向路中心碾压;在设超高的平曲线段,由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。碾压时,后轮应重叠1/2轮宽;后轮必须超过两段的接缝处。后轮压完路面全宽时,即为一遍。碾压一直进行到要求的密实度为止。一般需碾压6~8遍,应使表面无明显轮迹。压路机的碾压速度,头两遍以采用1.5~1.7km/h为宜,以后用2.0~2.5km/h。 ② 路面的两侧应多压2~3遍。 ③ 严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车。 (10) 级配碎石基层,如没有摊铺机,也可用自动平地机(或摊铺箱)摊铺混合料。 ① 根据摊铺层的厚度和要求达到的压实干密度,计算每车混合料的摊铺面积。 ② 将混合料均匀地卸在路幅中央,路幅宽时,也可将混合料卸成两行。 ③ 用平地机将混合料按松铺厚度摊铺均匀。 ④ 设一个三人小组跟在平地机后面,及时消除粗细集料离析现象。对于粗集料“窝”和粗集料“带”,应添加细集料,并拌和均匀;对于细集料“窝”,应添加粗集料,并拌和均匀。 (11) 用平地机摊铺级配碎石基层混合料后的整型应按下列步骤进行: ① 混合料拌和均匀后,立即用平地机初步整平和整型。在直线段,平地机由两侧向路中心进行刮平;在曲线段,平地机由内侧向外侧进行刮平。必要时,再返回刮一遍。 ② 用推土机、平地机或轮胎压路机立即在初平的路段上快速碾压一遍,以暴露潜在的不平整。 ③ 用平地机再进行整型,再碾压一遍。 ④ 对于局部低洼处,应用齿耙将其表面层5cm以上耙松,并用新拌的水泥混合料进行找补整平。 ⑤ 再用平地机整型一次。 ⑥ 每次整型都应按照规定的横坡和路拱进行。应特别注意接缝必须顺适平整。 ⑦ 当用人工整型时,应用揪和耙先将混合料摊平,用路拱板进行初步整型。用推土机初压1~2遍后,根据实测的压实系数,确定纵横断面的标高,并设置标记和挂线。利用揪耙按线整型,并再用路拱板校正成型。 ⑧ 在整型过程中,严禁任何车辆通行,并配合人工消除粗细集料窝。 (12) 集中厂拌法施工时的横向接缝按下述方法处理: ① 用摊铺机摊铺混合料时,靠近摊铺机当天未压实的混合料,可与第二天摊铺的混合料一起碾压,但应注意此部分混合料的含水量。必要时,应人工补充洒水,使其含水量达到规定的要求。 ② 用平地机摊铺混合料时,两作业段的衔接处,应搭接拌和。第一段拌和后,留5~8m不进行碾压,第二段施工时,前段留下未压部分与第二段一起拌和整平后进行碾压。 (13) 应避免纵向接缝。如摊铺机的摊铺宽度不够- 配套讲稿:
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