李麗慧

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

水泥穩(wěn)定碎石取材方便、施工工藝簡(jiǎn)單、前期強(qiáng)度高、板體性強(qiáng)、整體強(qiáng)度高，在我國(guó)公路基層中應(yīng)用最為廣泛[1,2]，在高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)中，水泥穩(wěn)定碎石基層的設(shè)計(jì)厚度往往在30 cm以上，超過(guò)了一層鋪筑厚度，需要分層鋪筑[3].目前，水泥穩(wěn)定碎石雙層鋪筑有傳統(tǒng)的分層鋪筑方式和雙層連續(xù)鋪筑兩種方式[4].傳統(tǒng)的分層鋪筑是兩層分別鋪筑，第一層鋪筑壓實(shí)后需要灑水覆蓋養(yǎng)生7天后，再進(jìn)行第二層的鋪筑.由于養(yǎng)生而延長(zhǎng)施工時(shí)間，而且層間黏合作用差，影響結(jié)構(gòu)的整體性，進(jìn)而影響基層的整體性和強(qiáng)度；另外一種分層鋪筑方式是雙層連續(xù)鋪筑施工，第一層壓實(shí)結(jié)束后，立即進(jìn)行第二次的鋪筑，有利于兩層水泥穩(wěn)定碎石基層的層間接觸連續(xù)，增加層間作用，提高基層的整體性并縮短工期[5].通過(guò)力學(xué)性能分析和試驗(yàn)分析，研究?jī)煞N水泥穩(wěn)定碎石鋪筑方式的層間作用，為雙層連鋪技術(shù)的應(yīng)用提供支持.

1 力學(xué)分析

半剛性基層瀝青路面是目前高等級(jí)路面應(yīng)用最為廣泛的一種路面結(jié)構(gòu)型式，水泥穩(wěn)定碎石基層是半剛性基層的典型代表.以瀝青路面結(jié)構(gòu)為例，分析兩種施工方式的力學(xué)性能.首先，設(shè)計(jì)某公路瀝青路面結(jié)構(gòu)，分析水泥穩(wěn)定碎石基層的受力特點(diǎn).然后，通過(guò)計(jì)算分析雙層水泥穩(wěn)定碎石基層連續(xù)鋪筑與分層鋪筑力學(xué)性能的差別.

1.1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

某一級(jí)公路，路面結(jié)構(gòu)為瀝青路面，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次為5 660 000次，屬中等交通等級(jí).通過(guò)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件HPDS，計(jì)算出滿足彎沉和層底拉應(yīng)力的路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 瀝青路面I厚度計(jì)算

層底拉應(yīng)力是瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制指標(biāo)[6].由表1可以看出，水泥穩(wěn)定碎石基層底部的受力為受拉狀態(tài)，該結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)厚度為40 cm，在設(shè)計(jì)中該結(jié)構(gòu)層是連續(xù)的.但施工時(shí)，如果一次完成鋪筑，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)層底部難以壓實(shí).為保證鋪筑和壓實(shí)的質(zhì)量，施工中40 cm厚的水泥穩(wěn)定碎石至少需要分兩層施工.把水泥穩(wěn)定碎石作為兩個(gè)結(jié)構(gòu)層，通過(guò)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件HPDS，重新分析各結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力，設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.

由表2可以看出，分層設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力與整體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果一致，說(shuō)明該設(shè)計(jì)程序并不能反映出二者的差別.其原因在于:路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件假設(shè)結(jié)構(gòu)層層間接觸為連續(xù)的[7]，但是其設(shè)計(jì)假設(shè)條件與實(shí)際施工狀況不符，故分層施工達(dá)不到設(shè)計(jì)的抗拉強(qiáng)度.

表2 瀝青路面厚度II 計(jì)算

1.2 力學(xué)性能分析

1.2.1 層間連續(xù)水泥穩(wěn)定碎石基層力學(xué)分析

該水泥穩(wěn)定碎石基層總厚度為40 cm，若分為兩層，每層厚度為20 cm，連續(xù)鋪筑，層間連續(xù).則在該施工方式下，矩形斷面慣性矩Ix1和截面系數(shù)Wx1分別為

1.2.2 層間分層水泥穩(wěn)定碎石基層力學(xué)分析

水泥穩(wěn)定碎石基層總厚度為40 cm，分為兩層，每層厚度為20 cm，待第一層壓實(shí)完成養(yǎng)護(hù)7天后鋪筑第二層，層間不連續(xù).則在該施工方式下，矩形斷面慣性矩Ix2和截面系數(shù)Wx2分別為

從以上結(jié)果可以計(jì)算得到，相同厚度的水泥穩(wěn)定碎石基層，其截面慣性矩Ix1/Ix2=4，其截面系數(shù)Wx連/Wx分=2.這表明，連續(xù)鋪筑水泥穩(wěn)定碎石雙層在力學(xué)性上顯著高于層間分層鋪筑.而路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)假設(shè)條件是按照層間連續(xù)計(jì)算，與連續(xù)施工方法一致，與分層施工方法不符.分層施工方法達(dá)不到設(shè)計(jì)的抗拉強(qiáng)度.雖然雙層連續(xù)鋪筑施工時(shí)，層間也可能為不完全連續(xù)狀態(tài)，但要優(yōu)于完全分離狀態(tài).

2 分層鋪筑間隔時(shí)間對(duì)層間作用的影響

分層鋪筑間隔時(shí)間不同，直接影響水泥穩(wěn)定碎石層間的作用.鋪筑層間界面狀況，將影響路面壽命[9].通過(guò)試驗(yàn)，分析分層鋪筑間隔時(shí)間對(duì)層間作用的影響.

2.1 原材料試驗(yàn)

2.1.1 水泥

水泥采用P.O 32.5水泥，初凝時(shí)間為172 min，終凝時(shí)間為256 min.水泥用量為4.0%.

2.1.2 集料

集料采用石灰?guī)r，參照骨架密實(shí)型級(jí)配，由三種粒徑的碎石和石屑配制而成，級(jí)配見(jiàn)表3.

表3 集料級(jí)配

2.2 試件制作

采用擊實(shí)成型法，按照最佳含水量，以不同的時(shí)間間隔，制作A、B、C三類直徑為15 cm的水泥穩(wěn)定碎石圓柱形試件.A類試件模擬設(shè)計(jì)狀態(tài)，連續(xù)擊實(shí)成型；B類試件，上下兩層時(shí)間間隔為1.5 h(結(jié)合施工過(guò)程需要)，模擬雙層連續(xù)鋪筑；C類試件模擬傳統(tǒng)的分層鋪筑，第一層成型后，養(yǎng)生7d后，表面涂一層水泥漿，再擊實(shí)成型第二層.

2.3 強(qiáng)度試驗(yàn)

分別對(duì)三組試件進(jìn)行7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和層間剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2.

圖1 水泥穩(wěn)定碎石試件7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比

圖2 水泥穩(wěn)定碎石試件抗剪強(qiáng)度對(duì)比

從以上試驗(yàn)結(jié)果可看出，雙層連續(xù)成型和分層成型連續(xù)成型相比，試件的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度均有所降低，表明當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石的設(shè)計(jì)厚度超過(guò)單層鋪筑厚度時(shí)，實(shí)際強(qiáng)度與設(shè)計(jì)計(jì)算強(qiáng)度相比，均有不同程度的降低.水泥穩(wěn)定碎石雙層連續(xù)成型和分層成型的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與全厚度連續(xù)成型相比，分別降低4.5%和21.1%.層間抗剪強(qiáng)度損失分別為10.6%和61.6%，表明雙層連續(xù)成型與分層成型相比，分層成型的方法強(qiáng)度損失較大，尤其是層間抗剪強(qiáng)度；雙層連續(xù)成型的層間抗剪強(qiáng)度與分層成型連續(xù)成型相比，可以提高2.3倍.

3 結(jié)語(yǔ)

為了達(dá)到一定的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)一層鋪筑厚度的水泥穩(wěn)定碎石基層施工方式有傳統(tǒng)分層鋪筑方式和雙層連續(xù)鋪筑兩種方式。通過(guò)對(duì)分層鋪筑與連續(xù)鋪筑的力學(xué)性能和試驗(yàn)分析，可以得到以下結(jié)論：

(1)現(xiàn)行的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法有待于進(jìn)一步改進(jìn)，以貼近路面施工實(shí)際的狀態(tài).

(2)試驗(yàn)結(jié)果表明，雙層連續(xù)成型與分層成型均不能完全達(dá)到層間連續(xù)狀態(tài)，前者的層間連續(xù)狀態(tài)高于后者.

(3)水泥穩(wěn)定碎石分層施工方法達(dá)不到設(shè)計(jì)的抗拉強(qiáng)度，且差距較大.雙層連續(xù)鋪筑施工時(shí)，層間也可能不完全連續(xù)，但明顯高于完全分離狀態(tài).

(4)雙層水泥穩(wěn)定碎石連續(xù)鋪筑的方式與分層鋪筑的方式相比，強(qiáng)度更高，尤其是層間抗剪強(qiáng)度.

(5)雙層連鋪水泥穩(wěn)定碎石基施工過(guò)程中，應(yīng)控制施工時(shí)間，使層間盡量接近連續(xù)，以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度.