緱永濤，張 敬

(寧夏公路管理局石嘴山分局，寧夏 石嘴山 753000)

1 級(jí)配碎石的級(jí)配分析

1.1 連續(xù)級(jí)配的組成特點(diǎn)及設(shè)計(jì)思路

連續(xù)級(jí)配是某一礦質(zhì)混合料在標(biāo)準(zhǔn)篩孔配成的套篩中進(jìn)行篩析時(shí)，所得的級(jí)配曲線平順圓滑，具有連續(xù)的性質(zhì)，相鄰粒徑的粒料之間，有一定的比例關(guān)系(按質(zhì)量計(jì))。這種由大到小，逐級(jí)粒徑都有，并按比例互相搭配組成的礦料混合料，稱為連續(xù)級(jí)配礦質(zhì)混合料。

連續(xù)級(jí)配的設(shè)計(jì)思路遵從“最大理論曲線”，該理論認(rèn)為“礦質(zhì)混合料的顆粒級(jí)配曲線越接近拋物線，則其密度越大”。最大理論曲線是一種理論的級(jí)配曲線，在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，礦質(zhì)混合料的級(jí)配曲線應(yīng)該允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，所以目前多采用n次冪的通用表達(dá)如式(1)，這個(gè)公式又稱為：talbol公式。

(1)

式中：p為各粒級(jí)集料的通過(guò)率，%；D為最大粒徑，mm；d為各粒級(jí)集料的粒徑，mm；n為常數(shù)。

經(jīng)研究認(rèn)為：級(jí)配碎石從密實(shí)度、強(qiáng)度、良好透水性及施工綜合考慮，以最大粒徑為40～50 mm為最佳，小于0.6 mm的含量≤15%、小于0.075 mm的含量為5%～6%的連續(xù)級(jí)配較好(針對(duì)圓孔篩而言)，n取0.45～0.55，以獲得較粗、密實(shí)且透水性好的優(yōu)質(zhì)碎石基層。

1.2 基于體積設(shè)計(jì)法的間斷級(jí)配

間斷級(jí)配就是指在礦料顆粒組成中，大小顆粒不是連續(xù)存在，而在某一個(gè)或某幾個(gè)粒徑范圍內(nèi)沒(méi)有或很少礦料顆粒所組成的一種礦質(zhì)混合料。這種混合料不僅有足夠數(shù)量的粗骨料可以形成空間骨架，而且又有必要數(shù)量的細(xì)料填充于骨架間的空隙，使混合料有較高的密實(shí)度而形成為一種骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力均較高，缺點(diǎn)是施工時(shí)易發(fā)生離析，施工成本較高。

根據(jù)級(jí)配碎石混合料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可知，要得到具有良好路用性能的級(jí)配碎石混合料必須保證兩個(gè)條件：(1)主骨架充分嵌擠以形成骨架結(jié)構(gòu)，以保證良好的內(nèi)摩阻力。(2)細(xì)集料充分填充主骨架的空隙，使混合料密實(shí)。

下面介紹基于體積設(shè)計(jì)法的間斷級(jí)配設(shè)計(jì)方法。

K法

(2)

(3)

(4)

式中：px為不同粒徑dx時(shí)通過(guò)率，%；x為級(jí)數(shù)；D為最大粒徑；dx為各級(jí)粒徑；n為級(jí)數(shù)。

2 砂巖級(jí)配類型初選

砂巖級(jí)配碎石主要作為高速公路墊層使用，需要較好的密實(shí)度，能夠形成高強(qiáng)和較好整體性的級(jí)配。通過(guò)采用《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50—2006)規(guī)范5～7級(jí)配作為基本級(jí)配范圍，對(duì)應(yīng)的級(jí)配范圍如圖1所示。

圖1 級(jí)配碎石做底基層及墊層規(guī)范級(jí)配(JTG D50—2006)

2.1 砂巖碎石篩分結(jié)果與規(guī)范級(jí)配比較

砂巖的篩分結(jié)果表征了現(xiàn)場(chǎng)砂巖碎石的顆粒分布情況，分別選取表1中5級(jí)配和6級(jí)配，與篩分結(jié)果進(jìn)行比較，初步掌握砂巖碎石的粒徑構(gòu)成情況。

通過(guò)分析結(jié)果，考慮滿足規(guī)范要求和利于施工兩個(gè)原則，選取與篩分曲線特征最吻合的級(jí)配類型，即級(jí)配范圍6作為初擬級(jí)配范圍，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。對(duì)應(yīng)級(jí)配范圍的上限、中值、下限的各篩孔通過(guò)率如表1所示。

表1 初擬級(jí)配各檔集料通過(guò)率

2.2 CBR實(shí)驗(yàn)

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50—2006)中規(guī)定，當(dāng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)，級(jí)配碎石作基層壓實(shí)度應(yīng)大于98%，CBR值不應(yīng)小于100%；用作底基層時(shí)，壓實(shí)度應(yīng)大于96%，CBR值不應(yīng)小于80%，其計(jì)算公式如下：

CBR=P/PS×100

(5)

式中：CBR為承載比，%；P為對(duì)應(yīng)于貫入度為2.5 mm或5 mm的單位壓力，kPa；PS為貫入度為2.5 mm或5 mm的標(biāo)準(zhǔn)單位壓力，kPa。

其中，貫入度為2.5 mm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)單位壓力為7 000 kPa；貫入度為5.0 mm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)單位壓力為10 500 kPa，貫入桿貫入速度為1～1.25 mm/s。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到骨架型級(jí)配的上限、中值、下限(分別對(duì)應(yīng)試驗(yàn)編號(hào)1～3號(hào))的CBR試驗(yàn)實(shí)測(cè)記錄如表2所示。

表2 骨架型級(jí)配CBR試驗(yàn)實(shí)測(cè)記錄

3 砂巖級(jí)配碎石性能分析

3.1 級(jí)配碎石模量的獲取

通過(guò)安裝式樣、預(yù)壓以及測(cè)定回彈模量等步驟，計(jì)算每級(jí)荷載下的回彈模量，具體公式如下

(6)

式中：E為回彈模量，kPa；p為承載板上的單位壓力，kPa；D為承載板直徑，cm；l為相當(dāng)于單位壓力的回彈變形，cm。

3.2 回彈模量與CBR之間的關(guān)系

CBR是以變形2.5 mm時(shí)的單位壓力P作為比較標(biāo)準(zhǔn)，由于其貫入直徑50 mm，故也可認(rèn)為它是以相對(duì)變形λ=l/D=2.5/50=0.05為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于不同相對(duì)變形λ時(shí)變形模量間的關(guān)系，研究人員在20世紀(jì)50年代曾通過(guò)大型承載板的測(cè)定總結(jié)得

Eλ/E0.01=1-βlg100λ

(7)

式中：β為P-λ關(guān)系曲線的彎曲程度系數(shù)，β越大，曲線越彎，一般在0.65～0.90間變化。

不同β值時(shí)各參數(shù)間關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 CBR與回彈模量En的關(guān)系

由此可見(jiàn)，回彈模量En與CBR的比值不可能是個(gè)定值。經(jīng)過(guò)比較，β=0.68的曲線性質(zhì)最接近CBR標(biāo)準(zhǔn)碎石的測(cè)定曲線，β=0.90時(shí)接近于CBR值小或模時(shí)的曲線。因此，如果CBR=100時(shí)，β=0.68，CBR=3時(shí)β=0.9，可把(3)式轉(zhuǎn)為

En=7.2CBR0.9

(8)

4 結(jié) 論

(1)骨架型級(jí)配整體性能不足，中值以上的骨架型級(jí)配才能達(dá)到級(jí)配碎石墊層的應(yīng)用要求(CBR值)，能提供的各粒徑變化范圍偏窄，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工，不推薦使用。

(2)連續(xù)型級(jí)配有較好的工作性能(規(guī)范中值及偏上更優(yōu))，其CBR值及回彈模量均較高，空隙率小，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗變形能力?？紤]到偏上限級(jí)配細(xì)料含量較高不利于碎石層備料施工和發(fā)揮排水性能，因此推薦使用連續(xù)級(jí)配中值附近級(jí)配作為施工級(jí)配，保證各粒徑碎石連續(xù)搭配。

(3)砂巖作為不常使用的道路工程材料，存在部分缺陷，但嚴(yán)格控制砂巖集料物理力學(xué)性質(zhì)及級(jí)配，能保證該砂巖級(jí)配碎石成功良好應(yīng)用。

[1] 袁峻.級(jí)配碎石柔性道路設(shè)計(jì)方法的研究[D].南京.東南大學(xué)，2004.

[2] 何兆益.碎石基層防止半剛性路面裂縫及其路用性能研究[D].南京.東南大學(xué).1997.

[3] 交通運(yùn)輸部.《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034—2000)[S].人民交通出版社，2000.