城市道路路面石灰土結構層設計合理性的分析

康聯國

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，蘭州730000）

1 引言

近年來，隨著國家城市化的推進，城市道路作為城市發展的“排頭兵”和“先行者”，其施工建設尤為重要。在進行城市道路路面結構基層、底基層設計時，對材料各項性能提出了一定的要求，而石灰土結構層能在一定程度上滿足這些要求，因此，被經常使用。合理設計石灰土結構層，對充分發揮石灰土的作用，提高工程質量，降低養護費用，延長道路使用年限，都起著至關重要的作用。

2 依據巖土工程勘察資料合理設計石灰土結構層

2.1 依據材料來源設計

石灰土是由石灰、細粒土和水按一定的比例拌和、攤鋪、碾壓而形成，滿足一定強度要求的道路混合料。石灰和水一般分布廣泛，比較常見。直徑在2.36 mm以內顆粒含量≤90%，且最大顆粒粒徑小于9.5 mm的土料通常歸類為細粒土。只有細粒土才可以作為石灰土原材料，中、粗粒土不能使用。比如，黏性土、粉性土、砂性土等塑性指數不同的細粒土可以作為石灰土原材料。對于細粒土的應用，通常要求項目所在區域滿足方便獲取條件。我國地域遼闊，地質結構復雜，細粒土分布也因地域而異。比如，陜北黃土高原、甘肅隴東等地區的道路結構層設計中，應優先考慮石灰土結構層；而甘肅河西走廊戈壁灘砂礫分布更為廣泛，更適宜采用石灰穩定砂礫結構層，而非石灰土結構層[2]。

2.2 依據土類性能設計

巖土工程勘察資料中，通過大量的土工試驗數據評定了道路地層結構類別。這些試驗數據反映了該地區土料多項技術性能指標值，通常包括易溶鹽含量、塑性指數、有機質含量、不均勻系數、顆粒組成。根據以往的工作經驗，最適宜用于石灰土結構層的細粒土有3類，分別是含有機物≥10%的細粒土；塑性指數不小于4的砂性土；塑性指數在15～10范圍的黏土和亞黏土。等級較低的自重性濕陷性黃土用于石灰土結構層也能取得很好的效果。細粒土塑性指數＜10時，拌和容易，碾壓性能好，黏性強，但強度相對低，難以達到設計強度，且容易產生起皮、縮裂裂縫等病害。塑性指數超過20的細粒土形成石灰土后，干裂可能性很大，但以上2類土用作水泥石灰穩定土結構層時，則效果更佳。因此，并不是所有細粒土都適合做石灰土結構層。

某城市道路巖土工程勘察報告中，通過分析21組土工試驗數據，確定路基土屬于粉土，塑性指數在7.1 ～8.7 ，平均塑性指數7.9 。因而，考慮到土質為塑性指數低于10的粉土，制備成的石灰土強度較低，不適宜采用石灰土結構層。如果條件受到限制，只能采用石灰土結構層時，要通過摻入水泥、粉煤灰及其他措施來改善石灰土性能。

此外，在一些地區，城市道路潮濕段以及冰凍區的城市道路潮濕段，不允許采用石灰土結構層做基層，因條件限制，只能用石灰土做結構層時，必須采用防止水分浸入的措施。巖土工程勘察資料對城市道路路面結構層設計有重要的參考作用。進行圖紙設計之前，設計者應根據巖土工程勘察資料，充分分析道路沿線所處區域的地質地貌、地層結構、土石類別等，因地制宜，合理設計石灰土結構層，或為改善石灰土性能提供有效技術手段或措施[3]。

3 依據設計要求合理設計石灰土結構層的層位

與半剛性結構層相比，石灰土結構層強度相對較低，因而，CJJ 37—2012《城鎮道路設計規范》（以下簡稱《設計規范》）[1]指出石灰土適宜用于城市支路基層結構和各道路等級底基層結構。基層或底基層是路面結構層主要或次要承重層，除主要承受來自面層傳遞的車輛荷載外，還發揮著向墊層或土基傳遞分布荷載的作用，因而要求它應有較好的平整度、足夠的水穩定性、足夠的剛度和強度。石灰土在路面結構層中所處層位不同，所承擔的作用也不同，質量和強度要求也不同。因此，設計者應結合道路等級及交通量等設計要求，合理設計石灰土在路面結構層中的層位。

4 依據施工可行性要求合理設計石灰土結構層厚度

在進行路面結構層設計時，設計者通常會采用彈性層連續體系理論進行路面結構厚度驗算，往往容易忽視施工可行性。合理確定石灰土結構層的厚度有利于提高道路碾壓施工質量，從而保證工程整體質量。

《設計規范》規定石灰土結構層的最小壓實厚度為15 cm，18～20 cm的適宜厚度，沒有提出施工技術要求。根據施工經驗表明，石灰土結構層厚度大于20 cm時，要分層攤鋪和碾壓，下層比上層適當加厚，單層壓實厚度最小為10 cm。單層壓實厚度在15～20 cm時，18～20 t三輪壓路機或振動壓路機碾壓效果最佳；單層壓實厚度≤15 cm時，12～15 t的三輪壓路機碾壓效果最佳。如采用三輪壓路機配合振動羊足碾組合碾壓時，單層壓實厚度應根據試驗適當增加。設計者常將采用的石灰土結構層厚度為20 cm、25 cm、30 cm。通常情況下，采用厚30 cm的結構層時，以每層后15 cm進行分層碾壓；采用厚25 cm的結構層時，分別以層厚15 cm、10 cm進行分層碾壓；采用厚20 cm的結構層時，1次碾壓完成。

但是，公路運行一段時間后，結構層產生裂縫的面積從大到小依次為25 cm結構層、30 cm結構層、20 cm結構層。這是因為分層施工時，上層很薄，上下結構層脫節，形成薄弱點，經過行車荷載作用，很快產生破壞。因此，在實際施工過程中，結構層厚25 cm時，多采用一次碾壓成型，受常規攤鋪機械、碾壓機械、以及施工技術水平的影響，工程質量很難得到保證。但是，隨著機械化發展進步，這點會逐步得到改善[4]。

因此，建議在設計石灰土結構層時，應優先考慮采用厚度20 cm、30 cm結構層，而后才是采用厚25 cm的結構層，從而最大限度地減少裂縫，提高石灰土結構層施工質量。

5 依據試驗檢測要求合理設計石灰土結構層

5.1 設計強度和壓實度

在工程圖設計階段，選擇石灰土結構層時，設計者大多結合交通等級、結構層位置、車輛荷載等因素確定其選擇設計強度和壓實度指標，以滿足設計規范要求。石灰土的強度是經過機械壓實、離子交換、水化結晶、碳酸化以及火山灰等一系列復雜的物理化學作用形成的，因而其影響因素很多，如原材料質量、含水量、干密度、拌和過程、攤鋪、養護等。研究人員發現，并不是石灰土結構層強度越高越好，石灰土強度過高時，結構層的干縮裂縫和冷縮開裂產生的可能性也較大。

壓實度實際上是反映結構物理壓實后的密度狀況，理論上，壓實度越高密度越大，整體性越好。但是壓實度設計指標要求過高時，現場施工機械無法實現。

因此，應依據設計規范要求，合理的選擇設計抗壓強度值，準確選擇壓實度指標，以提供工程質量和降低工程造價。

5.2 石灰摻量

石灰摻量應是在現場施工階段，通過石灰土配合比設計試驗進行確定。通常，根據設計強度和壓實度設計指標，經過擊實、抗壓強度試驗，求得最佳含水量和最大干密度，從而確定施工石灰摻量。

6 結語

在工程設計階段，設計者應依據各類技術規范、規程、標準，同時，從巖土工程勘察與設計階段的要求、施工可行性要求、試驗檢測要求等多角度，全面綜合考慮，合理設計城市道路路面石灰土結構層，有效提高工程質量。