基于實(shí)際工程對(duì)路基封層材料設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究

摘要 路基的頂面封層不僅起到層間連接過渡的作用，還具有加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。為對(duì)路基封層材料的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)進(jìn)行研究，文章通過實(shí)際的工程案例對(duì)不同黏結(jié)料的封層材料進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：隨著黏結(jié)料的增加，混合料的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、干縮系數(shù)及溫度系數(shù)隨之增大，能較好地改善混合料的性能；通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)道路彎沉值的檢測(cè)表明采用水泥穩(wěn)定礫石作為頂面封層材料更好，并且摻入無(wú)機(jī)黏結(jié)材料后明顯能提高道路路基的性能。

關(guān)鍵詞 路基封層；材料設(shè)計(jì)；施工技術(shù)；力學(xué)分析

中圖分類號(hào) U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）07-0070-03

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路交通壓力逐漸增大，導(dǎo)致半剛性基層瀝青路面在使用過程中產(chǎn)生干縮、溫縮等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生局部的破壞并且威脅道路的使用功能與壽命[1]。出現(xiàn)這樣的破壞是因?yàn)闉r青道路的層間結(jié)合層被破壞，因此要提高層間黏結(jié)的強(qiáng)度，提高路面結(jié)構(gòu)的整體承載力，必須加強(qiáng)瀝青路面各層之間的黏結(jié)[2-4]。路基封層是路基施工中最后的一層，不僅起到不同結(jié)構(gòu)之間的過渡作用，還具有防水保水、加固補(bǔ)強(qiáng)的作用，能有效減小基層層底拉應(yīng)力，保證結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)固作用。因此急需展開路基封層材料設(shè)計(jì)及施工技術(shù)質(zhì)量控制的研究。

其中，馬少華[5]對(duì)公路沙路路基的填方要求進(jìn)行論述，提出路基的壓實(shí)工藝及封層施工方法；蔣鑫[6]等人通過實(shí)際工程對(duì)路基封頂層設(shè)計(jì)與防排水設(shè)計(jì)等問題進(jìn)行研究，研究提出了具體的解決方案，為工程提供參考依據(jù)；王猛[7]通過對(duì)實(shí)際工程案例的研究，提出公路路基在封層施工的工藝要求；秦英[8-9]對(duì)比不同類型的路基封層結(jié)果，并對(duì)其開展試驗(yàn)研究，探究不同路基封層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)；郭寅川[10]研究了采用纖維瀝青的封層結(jié)構(gòu)的力學(xué)結(jié)構(gòu)行為，并提出了相應(yīng)的材料設(shè)計(jì)方法；陸傳忠[11]通過結(jié)合了碎石封層和路基兩者優(yōu)點(diǎn)的封層結(jié)構(gòu)在路基養(yǎng)護(hù)應(yīng)用技術(shù)中的研究，針對(duì)不同道路狀況，設(shè)計(jì)了不同的封層方案并得到相應(yīng)的結(jié)果。目前的研究大多集中在優(yōu)化瀝青混合料、添加特定材料改善整體性能、提高混合料性能上，對(duì)于路基封層材料的設(shè)計(jì)研究還存在一些不足。

為此，該文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，通過實(shí)際工程案例，對(duì)路基封層材料的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)質(zhì)量控制進(jìn)行研究，希望對(duì)行業(yè)的發(fā)展有所幫助。

1 工程概況

該工程位于某市，項(xiàng)目所處的地理位置為東經(jīng)125 °35′～126 °25′，北緯47 °39′～48 °20′，所處地帶的平均海拔為136～415 m之間，氣候?yàn)橹袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，平均氣溫為1.9 ℃，最高溫可達(dá)35.5 ℃，最低溫可達(dá)?35.6 ℃，平均降水量為525 mm。所處的地形為河流浸蝕堆積平原微丘區(qū)，由于環(huán)境的溫濕狀態(tài)對(duì)路基影響較大，該工程采用無(wú)機(jī)結(jié)合穩(wěn)定類礫石土作為封層材料來保護(hù)路基。

2 路基封層材料組成設(shè)計(jì)及性能研究

2.1 原材料的分析

在礫石土封層材料中的原材料主要包括水泥、石灰、礫石土等，對(duì)這些原材料進(jìn)行分析并設(shè)置不同的組成成分配合比，對(duì)配合比進(jìn)行研究。

（1）礫石土。由于該工程為二級(jí)公路，按《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》的要求，采用水泥穩(wěn)定土作為道路底基層時(shí)，土料的最大粒徑不宜大于40 mm，因此該工程對(duì)礫石土進(jìn)行篩分，規(guī)范要求篩分的顆粒組成范圍如表1所示，現(xiàn)場(chǎng)的篩分結(jié)果如表2所示。

由表1及2可知，該工程礫石土的篩分結(jié)果符合要求。

（2）水泥。水泥是一種無(wú)機(jī)膠凝材料，該材料的性能決定水泥穩(wěn)定礫石土的使用壽命，該工程所采用的水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，對(duì)水泥的性能進(jìn)行試驗(yàn)，具體結(jié)果如表3所示。

由表3可知，該工程所采用的水泥符合要求。

（3）石灰。石灰是一種氣硬性無(wú)機(jī)膠凝材料，主要的組成成分為MgO和CaO，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)果如表4所示。

由表4可知，該工程所采用的石灰符合要求。

2.2 配合比的確定

為研究不同材料組成的礫石土封層材料，分別設(shè)置兩種材料六組配合比進(jìn)行研究，具體的配合比設(shè)置如表5所示。對(duì)不同組成材料的最大干密度、最佳含水量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、溫縮系數(shù)及干縮系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

2.3 基本性能試驗(yàn)分析

2.3.1 最大干密度及最佳含水量

該文通過對(duì)材料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，從而計(jì)算得到封層材料的最大干密度和最佳含水量。試件的最佳干密度及最佳含水量的計(jì)算公式如式（1）、（2）所示：

式中，ρw——試件的濕密度（g/cm3）；m1——濕的試件與試筒的總質(zhì)量（g）；m2——試筒的質(zhì)量（g）；V——試筒的體積（cm3）；ρd——試件的干密度（g/cm3）；w——試件的含水量（%）。

通過計(jì)算得到水泥穩(wěn)定礫石土和水泥石灰穩(wěn)定礫石土的最大干密度和最佳含水量，結(jié)果如表6所示。

從表6中可以看出，在水泥穩(wěn)定礫石土混合料中隨著水泥含量的增加，混合料的最大干密度和最佳含水量隨之增大；在水泥石灰穩(wěn)定礫石土中隨著水泥與灰石含量的增加，混合料的最大干密度和最佳含水量隨之增大。

2.3.2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析

該文對(duì)不同的封層材料制作的試件7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

由表7可知，水泥穩(wěn)定礫石土的抗壓強(qiáng)度隨著水泥劑量的增加而增大，水泥石灰穩(wěn)定礫石土的抗壓強(qiáng)度隨著水泥及石灰劑量的增加而增大，主要是因?yàn)樗嗯c石灰含量的增加產(chǎn)生了更多的水化產(chǎn)物，能更好黏結(jié)混合料中的固體顆粒，填充顆粒之間的空隙，從而提高混合料的抗壓強(qiáng)度。

2.3.3 劈裂強(qiáng)度分析

該文對(duì)不同封層材料制作的試件90 d劈裂強(qiáng)度進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)結(jié)果如8所示。

從表8中可以看出，水泥穩(wěn)定礫石土的劈裂強(qiáng)度隨著水泥劑量的增加而增大，水泥石灰穩(wěn)定礫石土的劈裂強(qiáng)度隨著水泥及石灰劑量的增加而增大，主要是因?yàn)樵诮禍氐倪^程中無(wú)機(jī)結(jié)合料和粗集料的收縮作用影響較小，而細(xì)集料和黏結(jié)料產(chǎn)生的收縮作用影響較大，水泥與水泥用量的增加都會(huì)導(dǎo)致封層材料的溫度系數(shù)與干縮系數(shù)增大。

2.3.4 干縮系數(shù)及溫縮系數(shù)分析

該文對(duì)不同封層材料制作的試件進(jìn)行干縮試驗(yàn)與溫縮試驗(yàn)，從而得到不同組成材料的干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)，該次試驗(yàn)采用收縮儀和高低溫交變?cè)囼?yàn)箱進(jìn)行試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

從表9中可以看出，水泥穩(wěn)定礫石土的干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)隨著水泥劑量的增加而增大，水泥石灰穩(wěn)定礫石土的干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)隨著水泥及石灰劑量的增加而增大，主要是因?yàn)樗嗯c石灰含量的增加產(chǎn)生了更多的水化產(chǎn)物，能更好黏結(jié)混合料中的固體顆粒，填充顆粒之間的空隙從而提高混合料的劈裂強(qiáng)度。

3 礫石土封層施工技術(shù)質(zhì)量控制分析

對(duì)采用水泥穩(wěn)定礫石和水泥石灰穩(wěn)定礫石土作為路基封層材料的道路施工質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行研究，主要檢測(cè)其彎沉值并對(duì)比分析設(shè)置礫石土封層與未設(shè)置礫石土封層的道路彎沉值。

3.1 道路彎沉值分析

該文在對(duì)道路的彎沉值進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，是在道路完成施工7 d且養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間隔為50 m，檢測(cè)結(jié)果如表10所示。

從表10中可以看出，采用水泥石灰穩(wěn)定礫石土作為道路的封層材料的頂面彎沉值要比水泥穩(wěn)定礫石土作為封層材料的彎沉值大，說明采用水泥穩(wěn)定礫石做封層材料較好。

3.2 礫石土封層對(duì)路基頂面彎沉值的影響

為進(jìn)一步分析礫石土封層對(duì)路基頂面彎沉值的影響，設(shè)置有礫石土封層與無(wú)礫石土封層兩種情況，通過檢測(cè)彎沉值進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)：若道路中未設(shè)置礫石土封層，頂面封層的彎沉值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)置了礫石土封層的彎沉值，說明在道路中設(shè)置礫石土封層能大幅度地提高道路的性能及安全性。

4 結(jié)論

該文通過對(duì)兩種封層材料進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究表明：隨著黏結(jié)料的增加，混合料的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、干縮系數(shù)及溫度系數(shù)隨之增大，能較好地改善混合料的性能；通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)道路彎沉值的檢測(cè)，表明采用水泥穩(wěn)定礫石土作為頂面封層材料更好，并且摻入無(wú)機(jī)黏結(jié)材料后明顯能提高道路路基的性能。限于研究水平有限，僅對(duì)路基封層材料部分內(nèi)容進(jìn)行研究，相關(guān)研究還有待進(jìn)一步進(jìn)行。

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