緱永濤，張 敬

(寧夏公路管理局石嘴山分局，寧夏 石嘴山 753000)

1 級配碎石的級配分析

1.1 連續(xù)級配的組成特點及設(shè)計思路

連續(xù)級配是某一礦質(zhì)混合料在標(biāo)準(zhǔn)篩孔配成的套篩中進行篩析時，所得的級配曲線平順圓滑，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)。這種由大到小，逐級粒徑都有，并按比例互相搭配組成的礦料混合料，稱為連續(xù)級配礦質(zhì)混合料。

連續(xù)級配的設(shè)計思路遵從“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配曲線，在實際應(yīng)用的時候，礦質(zhì)混合料的級配曲線應(yīng)該允許在一定范圍內(nèi)波動，所以目前多采用n次冪的通用表達(dá)如式(1)，這個公式又稱為：talbol公式。

(1)

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

經(jīng)研究認(rèn)為：級配碎石從密實度、強度、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)級配較好(針對圓孔篩而言)，n取0.45～0.55，以獲得較粗、密實且透水性好的優(yōu)質(zhì)碎石基層。

1.2 基于體積設(shè)計法的間斷級配

間斷級配就是指在礦料顆粒組成中，大小顆粒不是連續(xù)存在，而在某一個或某幾個粒徑范圍內(nèi)沒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度而形成為一種骨架密實結(jié)構(gòu)，其內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力均較高，缺點是施工時易發(fā)生離析，施工成本較高。

根據(jù)級配碎石混合料的結(jié)構(gòu)強度可知，要得到具有良好路用性能的級配碎石混合料必須保證兩個條件：(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。

下面介紹基于體積設(shè)計法的間斷級配設(shè)計方法。

K法

(2)

(3)

(4)

式中：px為不同粒徑dx時通過率，%；x為級數(shù)；D為最大粒徑；dx為各級粒徑；n為級數(shù)。

2 砂巖級配類型初選

砂巖級配碎石主要作為高速公路墊層使用，需要較好的密實度，能夠形成高強和較好整體性的級配。通過采用《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTG D50—2006)規(guī)范5～7級配作為基本級配范圍，對應(yīng)的級配范圍如圖1所示。

圖1 級配碎石做底基層及墊層規(guī)范級配(JTG D50—2006)

2.1 砂巖碎石篩分結(jié)果與規(guī)范級配比較

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

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

表1 初擬級配各檔集料通過率

2.2 CBR實驗

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

CBR=P/PS×100

(5)

式中：CBR為承載比，%；P為對應(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，標(biāo)準(zhǔn)單位壓力為7 000 kPa；貫入度為5.0 mm時，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。

通過實驗，得到骨架型級配的上限、中值、下限(分別對應(yīng)試驗編號1～3號)的CBR試驗實測記錄如表2所示。

表2 骨架型級配CBR試驗實測記錄

3 砂巖級配碎石性能分析

3.1 級配碎石模量的獲取

通過安裝式樣、預(yù)壓以及測定回彈模量等步驟，計算每級荷載下的回彈模量，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)為它是以相對變形λ=l/D=2.5/50=0.05為標(biāo)準(zhǔn)，對于不同相對變形λ時變形模量間的關(guān)系，研究人員在20世紀(jì)50年代曾通過大型承載板的測定總結(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值時各參數(shù)間關(guān)系見表3。

表3 CBR與回彈模量En的關(guān)系

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

En=7.2CBR0.9

(8)

4 結(jié) 論

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

(2)連續(xù)型級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)級配中值附近級配作為施工級配，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)及級配，能保證該砂巖級配碎石成功良好應(yīng)用。

[1] 袁峻.級配碎石柔性道路設(shè)計方法的研究[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.