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厚层水泥稳定碎石基层的技术特性及发展趋势

厚层水泥稳定碎石基层的技术特性及发展趋势

发布日期:2016-05-23 00:00 来源:http://www.mangalyogh.com 点击:


2013年第9期 (总第235黑龙江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI No92013( Sum No235)


厚层水泥稳定碎石基层的技术特性及发展趋势

李花磊,程伟涛

长安大学公路学院)

摘 要: 通过对近几十年来国内应用厚层水泥稳定碎石基层经验的总结,结合目前其在公路建设中的应用现状以及国外对此的使用情况,系统地介绍了不同施工方式条件下厚层水泥稳定碎石基层的技术性能。同时根据我国公路交通行业的未来发展趋势,指出了厚层水泥稳定碎石基层所面临的困境及发展方向。

关键词厚层水泥稳定碎石技术特性

中图分类号: U416。 214 文献标识码: C 文章编号:1008 3383( 2013) 09 0021 01

收稿日期:2013 04 21

作者简介李花磊( 1988  ) ,女,长安大学公路学院硕士研究生,研究方向道路与铁道工程专业。

厚层水泥稳定基层的技术特点及使用现状

近几十年来,我国公路建设行业发展迅速,以水泥稳定碎石基层为代表的半刚性基层沥青路面备受广大公路建设者的青睐。据统计,我国已建成的高速公路中,90% 以上使用的是此种路面结构。这主要是由我国公路交通行业的特点交通量大、轴载重的特殊状况决定的,而这种特殊的交通状况使我们选择了半刚性基层沥青路面为我国公路建设的主要路面结构。表 1 为我国三十年来所建设的具有代表性的高速公路使用半刚性基层的情况。

 1 半刚性基层结构发展历程

通车时间

公路名称

基层结构及厚度/cm

底基层/cm

1984

沪嘉高速

46 二灰碎石

20 砂砾

1989

广佛高速

20 水稳碎石

25  28 水泥石屑

1993

京津唐高速

20 水稳碎石

20  30 石灰土

2001

铜黄高速

20 水稳 + 20 二灰

13 石灰土

2003

甬台温高速

41 水稳碎石

13 级配碎石

2006

甘肃某高速

30 水稳碎石

20 水泥砂砾

2009

龙丽丽龙高速

40 水稳碎石

18 水稳碎石

待定

铜黄高速在建)

38 水稳碎石

19 水稳碎石

我国全面建设小康社会的目标对经济发展乃至道路建设提出了更高、更远的要求。在这种环境下,为了进一步满足经济社会发展对道路建设的要求,厚层半刚性基层结构应运而生,并且有进一步发展的趋势。这种情况从表 1 的近几十年的几条具有代表性的高速公所使用路基层的厚度增长情况就可看出。针对此种情况,并结合国外的研究应用成果,对厚层半刚性基层的技术特点及存在的问题进行了研究。

所谓厚层半刚性基层是指整个基层由稳定类基层材料组成,厚度一般在 35 cm 以上,并具有较强的分布荷载能力。目前的研究认为在路基强度和稳定性得以保证的条件下,厚层半刚性基层的经济性有明显地提高,这是因为相对于沥青面层来讲,半刚性基层的修筑费用要低的多。如果基层足够承载行车荷载,那么面层只用作功能层,其厚度也就不用要求很高。正是基于这种理论,厚层半刚性基层的使用受到重视。

( 1) 技术特点

相对于传统的半刚性基层而言,厚层半刚性基层因其施工方式的不同而存在不同的力学性能。以目前比较有代表性的三种施工方式间断分层施工、一次性施工和连续分层施工为前提,介绍其结构特性,并对其进行分析比较。

间断分层施工方式的基层特性

此种施工方式是在传统方式的基础上发展起来的。由于基层厚度的不断增加,而原有的施工机械水平有限,这就使设计时的整体厚度基层必须分两层进行间断性施工即下基层经过铺筑养生成型了,再进行上基层的铺筑。虽然施工人员在接触面上采取了各种方式来增加层间粘结强度,但是收效甚微。这种基层的主要特点是层间分层明显,其受力模式为双层薄板受力。虽然其整体强度不及其他两种施工方式的强度,但由于其施工技术成熟,摊铺和碾压质量可以得到充分保证,同时对机械水平要求较低。所以这个施工方式得到了大部分施工单位的青睐,也是目前大部分施工单位采用的基层施工方式。在对河南某高速公路现场调研中发现,传统的间断分层施工方式在对上基层摊铺碾压时,对已成型好的下基层产生扰动和松散破坏,在两层层间界面处就可能存在受力薄弱层。这成为路面在使用过程的一个巨大隐患。

一次性施工方式的基层特性

随着工程机械行业的发展,大功率的摊铺机和压路机近几年出现在公路施工现场。这也使得一次性施工方式成为了可能。通过最近几年各地的试验路研究发现一次性基层施工方式真正实现了设计整体性基层的目的,具有良好的结构性能,降低了对土基强度的要求同时,它可以大大地缩短施工工期,降低施工单位的生产成本。可以预见此种施工方式是未来基层施工发展的必然趋势。但是其目前在施工技术控制方面的技术还有待完善。例如目前使用的级配设计方法是否适用于厚层水泥稳定碎石混合料的设计,如何确定最佳的碾压组合方式。压实度是水泥稳定碎石施工时控制工程质量的有效手段,但在试验时出现灌砂法检测压实度合格的现象,取芯时部分芯样空隙大,离析严重,底部有松散的问题,这说明压实度检测手段存在缺陷,这方面也值得深入研究。而限制这种施工方式广泛推广的另一个原因是施工机械的缺少。对于成本巨大的施工机械,许多施工单位宁可牺牲效率也不愿做如此巨大的投入。

连续分层施工方式的基层特性

连续分层施工指下基层铺筑压实完成后并对下基层表面进行拉毛处理以实现上下基层之间更好的结合,经检测合格后立即进行上基层的铺筑压实工作。这种方式改善了第一种方式存在的受力薄弱层,同时也不会对已成型好的下基层造成扰动和松散破坏。但这种施工方式对材料供应和快速检测方法提出了更高的要求。如果材料供应不及时或者检测耗时较长,则随着上下两层铺筑时间间隔的增加,其层间界面处的粘结情况会大打折扣,失去了连续施工的意义。对于连续分层施工方式的钻芯取样情况可以看出,其分层情况不明显,且层间结合情况较好。在现有施工机械水平下,这种施工方式是一种效率较高,基层性能较好,可以大幅缩短工期的方式,值得在全国推广。

( 2) 三种施工方式的比较

第一种施工方式虽然施工工艺简单,但由于层间界面存在明显的薄弱层,使得基层的整体性能大为降低而第二种施工方式因为实现了基层的整体性,所以大有应用前景。但是由于目前还有很多技术问题难以解决,且满足此种施工方式的工程机械购买费用大,所以目前难以推广特别是对于一些小型施工单位而言。而第三种施工方式取前两种工艺的长处,基层的整体性能较强,可以满足强度要求。目前的施工机械也完全可以满足施工工艺的要求,因而比较适合大范围推广。

国外半刚性基层的使用情况

从世界几个主要国家对于半刚性材料的使用情况可以看出,由于这种材料本身存在收缩大、抗变形差等先天性缺陷,同时作为基层使用时存在一定的隐蔽性和维修成本大等因素,因此使用时受到严格的限制。此外,由于国外的交通事业发展较早,一系列的公路养护管理以及对超载车辆的治理等制度建立的相对完善,所以对于基层的强度要求不高,车辆荷载主要由较厚的沥青面层来承担。虽然由于面层厚度的增加会导致初期投入的增加,但是其综合效益却是最佳的。

厚层半刚性基层使用所面临的问题

从目前国内外的对比中可以发现,我国对于半刚性基层使用的青睐和国外发达国家对它的谨慎使用形成了显著的对比。

我国加入 WTO 已十年有余,与世界其他国家的外贸交易发展迅速,进一步促进了地球村的形成。而这个村子的人们却对同一种材料持有不同的看法,这不得不使我们对于自己的做法进行思考。

调查发现,厚层半刚性基层的广泛使用主要得益于其强度大和建设成本低。而对其缺点干缩开裂致使沥青面层开裂往往采取亡羊补牢的方法,即出现问题进行修补,而这样的修补本身就具有滞后性。同时由于位于面层之下基层具有隐蔽性,这就增加了其修复难度。

因此,在半刚性基层的病害得到有效解决之前,对于其使用应该持谨慎态度。在确定沥青路面设计方案时,对厚层半刚性基层沥青路面和厚层沥青路面的周期效益成本进行分析,必要时可以聘请国外专家进行交流,以期确定出综合效益最佳的路面设计方案。

结 论

通过对目前国内流行的三种厚层半刚性基层施工方式下的基层技术特性进行介绍,发现连续分层施工既可以满足技术要求,又可满足工程建设单位施工要求,并具有较大的推广价值。同时对外国的半刚性材料的使用情况进行了介绍,并与国内的使用情况进行了对比,发现了我国在半刚性基层的使用中还存在很多问题,需要进一步研究。

参考文献:

1] 韩庆. 整体性基层发展现状及展望[D].西安长安大学,2011。

2] 刘世武,闾开军等. 整体大厚度半刚性基层沥青路面的结构性能分析[J]. 林业建设,2000( 3) 。

3] 黄中文. 水泥稳定碎石基层压实标准及大厚度压实技术研究[D].西安长安大学,2008.

4] 彭高艺. 整体大厚度水泥稳定碎石基层实践与思考[J].辽宁交通科技,2004( 9) .

5] 项柳福. 大厚度水泥稳定碎石基层研究[D]. 西安长安大学,2009.

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