厚層水泥穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)特性及發(fā)展趨勢(shì)

2013年第9期 (總第235期) 黑龍江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI No．9，2013( Sum No．235)

厚層水泥穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)特性及發(fā)展趨勢(shì)

李花磊，程偉濤

( 長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院)

摘 要: 通過(guò)對(duì)近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)應(yīng)用厚層水泥穩(wěn)定碎石基層經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，結(jié)合目前其在公路建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及國(guó)外對(duì)此的使用情況，系統(tǒng)地介紹了不同施工方式條件下厚層水泥穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)性能。同時(shí)根據(jù)我國(guó)公路交通行業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，指出了厚層水泥穩(wěn)定碎石基層所面臨的困境及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞: 厚層水泥穩(wěn)定碎石; 技術(shù)特性

中圖分類(lèi)號(hào): U416. 214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: C 文章編號(hào):1008 －3383( 2013) 09 －0021 －01

收稿日期:2013 －04 －21

作者簡(jiǎn)介: 李花磊( 1988 － ) ，女，長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院碩士研究生，研究方向: 道路與鐵道工程專(zhuān)業(yè)。

1 厚層水泥穩(wěn)定基層的技術(shù)特點(diǎn)及使用現(xiàn)狀

近幾十年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)行業(yè)發(fā)展迅速，以水泥穩(wěn)定碎石基層為代表的半剛性基層瀝青路面?zhèn)涫軓V大公路建設(shè)者的青睞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建成的高速公路中，90% 以上使用的是此種路面結(jié)構(gòu)。這主要是由我國(guó)公路交通行業(yè)的特點(diǎn)—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(guó)公路建設(shè)的主要路面結(jié)構(gòu)。表 1 為我國(guó)三十年來(lái)所建設(shè)的具有代表性的高速公路使用半剛性基層的情況。

表 1 半剛性基層結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程

我國(guó)全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展乃至道路建設(shè)提出了更高、更遠(yuǎn)的要求。在這種環(huán)境下，為了進(jìn)一步滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)道路建設(shè)的要求，厚層半剛性基層結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，并且有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。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(zhǎng)情況就可看出。針對(duì)此種情況，并結(jié)合國(guó)外的研究應(yīng)用成果，對(duì)厚層半剛性基層的技術(shù)特點(diǎn)及存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究。

所謂厚層半剛性基層是指整個(gè)基層由穩(wěn)定類(lèi)基層材料組成，厚度一般在 35 cm 以上，并具有較強(qiáng)的分布荷載能力。目前的研究認(rèn)為: 在路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性得以保證的條件下，厚層半剛性基層的經(jīng)濟(jì)性有明顯地提高，這是因?yàn)橄鄬?duì)于瀝青面層來(lái)講，半剛性基層的修筑費(fèi)用要低的多。如果基層足夠承載行車(chē)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(shù)特點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)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(xué)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(xù)分層施工) 為前提，介紹其結(jié)構(gòu)特性，并對(duì)其進(jìn)行分析比較。

①間斷分層施工方式的基層特性

此種施工方式是在傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。由于基層厚度的不斷增加，而原有的施工機(jī)械水平有限，這就使設(shè)計(jì)時(shí)的整體厚度基層必須分兩層進(jìn)行間斷性施工( 即下基層經(jīng)過(guò)鋪筑養(yǎng)生成型了，再進(jìn)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(lái)增加層間粘結(jié)強(qiáng)度，但是收效甚微。這種基層的主要特點(diǎn)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(qiáng)度不及其他兩種施工方式的強(qiáng)度，但由于其施工技術(shù)成熟，攤鋪和碾壓質(zhì)量可以得到充分保證，同時(shí)對(duì)機(jī)械水平要求較低。所以這個(gè)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(duì)河南某高速公路現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的間斷分層施工方式在對(duì)上基層攤鋪碾壓時(shí)，對(duì)已成型好的下基層產(chǎn)生擾動(dòng)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(guò)程的一個(gè)巨大隱患。

②一次性施工方式的基層特性

隨著工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，大功率的攤鋪機(jī)和壓路機(jī)近幾年出現(xiàn)在公路施工現(xiàn)場(chǎng)。這也使得一次性施工方式成為了可能。通過(guò)最近幾年各地的試驗(yàn)路研究發(fā)現(xiàn): 一次性基層施工方式真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)整體性基層的目的，具有良好的結(jié)構(gòu)性能，降低了對(duì)土基強(qiáng)度的要求; 同時(shí)，它可以大大地縮短施工工期，降低施工單位的生產(chǎn)成本。可以預(yù)見(jiàn)此種施工方式是未來(lái)基層施工發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是其目前在施工技術(shù)控制方面的技術(shù)還有待完善。例如目前使用的級(jí)配設(shè)計(jì)方法是否適用于厚層水泥穩(wěn)定碎石混合料的設(shè)計(jì)，如何確定最佳的碾壓組合方式。壓實(shí)度是水泥穩(wěn)定碎石施工時(shí)控制工程質(zhì)量的有效手段，但在試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度“合格”的現(xiàn)象，取芯時(shí)部分芯樣空隙大，離析嚴(yán)重，底部有松散的問(wèn)題，這說(shuō)明壓實(shí)度檢測(cè)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(gè)原因是施工機(jī)械的缺少。對(duì)于成本巨大的施工機(jī)械，許多施工單位寧可犧牲效率也不愿做如此巨大的投入。

③連續(xù)分層施工方式的基層特性

連續(xù)分層施工指下基層鋪筑壓實(shí)完成后( 并對(duì)下基層表面進(jìn)行拉毛處理以實(shí)現(xiàn)上下基層之間更好的結(jié)合) ，經(jīng)檢測(cè)合格后立即進(jìn)行上基層的鋪筑壓實(shí)工作。這種方式改善了第一種方式存在的受力薄弱層，同時(shí)也不會(huì)對(duì)已成型好的下基層造成擾動(dòng)和松散破壞。但這種施工方式對(duì)材料供應(yīng)和快速檢測(cè)方法提出了更高的要求。如果材料供應(yīng)不及時(shí)或者檢測(cè)耗時(shí)較長(zhǎng)，則隨著上下兩層鋪筑時(shí)間間隔的增加，其層間界面處的粘結(jié)情況會(huì)大打折扣，失去了“連續(xù)施工”的意義。對(duì)于連續(xù)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(jié)合情況較好。在現(xiàn)有施工機(jī)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(guó)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(jiǎn)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?yàn)閷?shí)現(xiàn)了基層的整體性，所以大有應(yīng)用前景。但是由于目前還有很多技術(shù)問(wèn)題難以解決，且滿(mǎn)足此種施工方式的工程機(jī)械購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用大，所以目前難以推廣( 特別是對(duì)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(zhǎng)處，基層的整體性能較強(qiáng)，可以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。目前的施工機(jī)械也完全可以滿(mǎn)足施工工藝的要求，因而比較適合大范圍推廣。

2 國(guó)外半剛性基層的使用情況

從世界幾個(gè)主要國(guó)家對(duì)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(shí)作為基層使用時(shí)存在一定的隱蔽性和維修成本大等因素，因此使用時(shí)受到嚴(yán)格的限制。此外，由于國(guó)外的交通事業(yè)發(fā)展較早，一系列的公路養(yǎng)護(hù)管理以及對(duì)超載車(chē)輛的治理等制度建立的相對(duì)完善，所以對(duì)于基層的強(qiáng)度要求不高，車(chē)輛荷載主要由較厚的瀝青面層來(lái)承擔(dān)。雖然由于面層厚度的增加會(huì)導(dǎo)致初期投入的增加，但是其綜合效益卻是最佳的。

3 厚層半剛性基層使用所面臨的問(wèn)題

從目前國(guó)內(nèi)外的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)對(duì)于半剛性基層使用的青睞和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)它的謹(jǐn)慎使用形成了顯著的對(duì)比。

我國(guó)加入 WTO 已十年有余，與世界其他國(guó)家的外貿(mào)交易發(fā)展迅速，進(jìn)一步促進(jìn)了“地球村”的形成。而這個(gè)“村子”的人們卻對(duì)同一種材料持有不同的看法，這不得不使我們對(duì)于自己的做法進(jìn)行思考。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，厚層半剛性基層的廣泛使用主要得益于其強(qiáng)度大和建設(shè)成本低。而對(duì)其缺點(diǎn)( 干縮開(kāi)裂致使瀝青面層開(kāi)裂) 往往采取“亡羊補(bǔ)牢”的方法，即出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行修補(bǔ)，而這樣的修補(bǔ)本身就具有滯后性。同時(shí)由于位于面層之下基層具有隱蔽性，這就增加了其修復(fù)難度。

因此，在半剛性基層的病害得到有效解決之前，對(duì)于其使用應(yīng)該持謹(jǐn)慎態(tài)度。在確定瀝青路面設(shè)計(jì)方案時(shí)，對(duì)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(jìn)行分析，必要時(shí)可以聘請(qǐng)國(guó)外專(zhuān)家進(jìn)行交流，以期確定出綜合效益最佳的路面設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)流行的三種厚層半剛性基層施工方式下的基層技術(shù)特性進(jìn)行介紹，發(fā)現(xiàn)連續(xù)分層施工既可以滿(mǎn)足技術(shù)要求，又可滿(mǎn)足工程建設(shè)單位施工要求，并具有較大的推廣價(jià)值。同時(shí)對(duì)外國(guó)的半剛性材料的使用情況進(jìn)行了介紹，并與國(guó)內(nèi)的使用情況進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了我國(guó)在半剛性基層的使用中還存在很多問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究。

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