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        城市道路路面石灰土結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)合理性的分析

        2021-04-01 04:46:43康聯(lián)國(guó)
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2021年16期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)層細(xì)粒石灰

        康聯(lián)國(guó)

        (中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司,蘭州730000)

        1 引言

        近年來(lái),隨著國(guó)家城市化的推進(jìn),城市道路作為城市發(fā)展的“排頭兵”和“先行者”,其施工建設(shè)尤為重要。在進(jìn)行城市道路路面結(jié)構(gòu)基層、底基層設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)材料各項(xiàng)性能提出了一定的要求,而石灰土結(jié)構(gòu)層能在一定程度上滿足這些要求,因此,被經(jīng)常使用。合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層,對(duì)充分發(fā)揮石灰土的作用,提高工程質(zhì)量,降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用,延長(zhǎng)道路使用年限,都起著至關(guān)重要的作用。

        2 依據(jù)巖土工程勘察資料合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層

        2.1 依據(jù)材料來(lái)源設(shè)計(jì)

        石灰土是由石灰、細(xì)粒土和水按一定的比例拌和、攤鋪、碾壓而形成,滿足一定強(qiáng)度要求的道路混合料。石灰和水一般分布廣泛,比較常見。直徑在2.36 mm以內(nèi)顆粒含量≤90%,且最大顆粒粒徑小于9.5 mm的土料通常歸類為細(xì)粒土。只有細(xì)粒土才可以作為石灰土原材料,中、粗粒土不能使用。比如,黏性土、粉性土、砂性土等塑性指數(shù)不同的細(xì)粒土可以作為石灰土原材料。對(duì)于細(xì)粒土的應(yīng)用,通常要求項(xiàng)目所在區(qū)域滿足方便獲取條件。我國(guó)地域遼闊,地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,細(xì)粒土分布也因地域而異。比如,陜北黃土高原、甘肅隴東等地區(qū)的道路結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)中,應(yīng)優(yōu)先考慮石灰土結(jié)構(gòu)層;而甘肅河西走廊戈壁灘砂礫分布更為廣泛,更適宜采用石灰穩(wěn)定砂礫結(jié)構(gòu)層,而非石灰土結(jié)構(gòu)層[2]。

        2.2 依據(jù)土類性能設(shè)計(jì)

        巖土工程勘察資料中,通過大量的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)定了道路地層結(jié)構(gòu)類別。這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映了該地區(qū)土料多項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)值,通常包括易溶鹽含量、塑性指數(shù)、有機(jī)質(zhì)含量、不均勻系數(shù)、顆粒組成。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn),最適宜用于石灰土結(jié)構(gòu)層的細(xì)粒土有3類,分別是含有機(jī)物≥10%的細(xì)粒土;塑性指數(shù)不小于4的砂性土;塑性指數(shù)在15~10范圍的黏土和亞黏土。等級(jí)較低的自重性濕陷性黃土用于石灰土結(jié)構(gòu)層也能取得很好的效果。細(xì)粒土塑性指數(shù)<10時(shí),拌和容易,碾壓性能好,黏性強(qiáng),但強(qiáng)度相對(duì)低,難以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,且容易產(chǎn)生起皮、縮裂裂縫等病害。塑性指數(shù)超過20的細(xì)粒土形成石灰土后,干裂可能性很大,但以上2類土用作水泥石灰穩(wěn)定土結(jié)構(gòu)層時(shí),則效果更佳。因此,并不是所有細(xì)粒土都適合做石灰土結(jié)構(gòu)層。

        某城市道路巖土工程勘察報(bào)告中,通過分析21組土工試驗(yàn)數(shù)據(jù),確定路基土屬于粉土,塑性指數(shù)在7.1 ~8.7 ,平均塑性指數(shù)7.9 。因而,考慮到土質(zhì)為塑性指數(shù)低于10的粉土,制備成的石灰土強(qiáng)度較低,不適宜采用石灰土結(jié)構(gòu)層。如果條件受到限制,只能采用石灰土結(jié)構(gòu)層時(shí),要通過摻入水泥、粉煤灰及其他措施來(lái)改善石灰土性能。

        此外,在一些地區(qū),城市道路潮濕段以及冰凍區(qū)的城市道路潮濕段,不允許采用石灰土結(jié)構(gòu)層做基層,因條件限制,只能用石灰土做結(jié)構(gòu)層時(shí),必須采用防止水分浸入的措施。巖土工程勘察資料對(duì)城市道路路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)有重要的參考作用。進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之前,設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察資料,充分分析道路沿線所處區(qū)域的地質(zhì)地貌、地層結(jié)構(gòu)、土石類別等,因地制宜,合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層,或?yàn)楦纳剖彝列阅芴峁┯行Ъ夹g(shù)手段或措施[3]。

        3 依據(jù)設(shè)計(jì)要求合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層的層位

        與半剛性結(jié)構(gòu)層相比,石灰土結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度相對(duì)較低,因而,CJJ 37—2012《城鎮(zhèn)道路設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》)[1]指出石灰土適宜用于城市支路基層結(jié)構(gòu)和各道路等級(jí)底基層結(jié)構(gòu)?;鶎踊虻谆鶎邮锹访娼Y(jié)構(gòu)層主要或次要承重層,除主要承受來(lái)自面層傳遞的車輛荷載外,還發(fā)揮著向墊層或土基傳遞分布荷載的作用,因而要求它應(yīng)有較好的平整度、足夠的水穩(wěn)定性、足夠的剛度和強(qiáng)度。石灰土在路面結(jié)構(gòu)層中所處層位不同,所承擔(dān)的作用也不同,質(zhì)量和強(qiáng)度要求也不同。因此,設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合道路等級(jí)及交通量等設(shè)計(jì)要求,合理設(shè)計(jì)石灰土在路面結(jié)構(gòu)層中的層位。

        4 依據(jù)施工可行性要求合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層厚度

        在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)者通常會(huì)采用彈性層連續(xù)體系理論進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)厚度驗(yàn)算,往往容易忽視施工可行性。合理確定石灰土結(jié)構(gòu)層的厚度有利于提高道路碾壓施工質(zhì)量,從而保證工程整體質(zhì)量。

        《設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定石灰土結(jié)構(gòu)層的最小壓實(shí)厚度為15 cm,18~20 cm的適宜厚度,沒有提出施工技術(shù)要求。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)表明,石灰土結(jié)構(gòu)層厚度大于20 cm時(shí),要分層攤鋪和碾壓,下層比上層適當(dāng)加厚,單層壓實(shí)厚度最小為10 cm。單層壓實(shí)厚度在15~20 cm時(shí),18~20 t三輪壓路機(jī)或振動(dòng)壓路機(jī)碾壓效果最佳;單層壓實(shí)厚度≤15 cm時(shí),12~15 t的三輪壓路機(jī)碾壓效果最佳。如采用三輪壓路機(jī)配合振動(dòng)羊足碾組合碾壓時(shí),單層壓實(shí)厚度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)適當(dāng)增加。設(shè)計(jì)者常將采用的石灰土結(jié)構(gòu)層厚度為20 cm、25 cm、30 cm。通常情況下,采用厚30 cm的結(jié)構(gòu)層時(shí),以每層后15 cm進(jìn)行分層碾壓;采用厚25 cm的結(jié)構(gòu)層時(shí),分別以層厚15 cm、10 cm進(jìn)行分層碾壓;采用厚20 cm的結(jié)構(gòu)層時(shí),1次碾壓完成。

        但是,公路運(yùn)行一段時(shí)間后,結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生裂縫的面積從大到小依次為25 cm結(jié)構(gòu)層、30 cm結(jié)構(gòu)層、20 cm結(jié)構(gòu)層。這是因?yàn)榉謱邮┕r(shí),上層很薄,上下結(jié)構(gòu)層脫節(jié),形成薄弱點(diǎn),經(jīng)過行車荷載作用,很快產(chǎn)生破壞。因此,在實(shí)際施工過程中,結(jié)構(gòu)層厚25 cm時(shí),多采用一次碾壓成型,受常規(guī)攤鋪機(jī)械、碾壓機(jī)械、以及施工技術(shù)水平的影響,工程質(zhì)量很難得到保證。但是,隨著機(jī)械化發(fā)展進(jìn)步,這點(diǎn)會(huì)逐步得到改善[4]。

        因此,建議在設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮采用厚度20 cm、30 cm結(jié)構(gòu)層,而后才是采用厚25 cm的結(jié)構(gòu)層,從而最大限度地減少裂縫,提高石灰土結(jié)構(gòu)層施工質(zhì)量。

        5 依據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)要求合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層

        5.1 設(shè)計(jì)強(qiáng)度和壓實(shí)度

        在工程圖設(shè)計(jì)階段,選擇石灰土結(jié)構(gòu)層時(shí),設(shè)計(jì)者大多結(jié)合交通等級(jí)、結(jié)構(gòu)層位置、車輛荷載等因素確定其選擇設(shè)計(jì)強(qiáng)度和壓實(shí)度指標(biāo),以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。石灰土的強(qiáng)度是經(jīng)過機(jī)械壓實(shí)、離子交換、水化結(jié)晶、碳酸化以及火山灰等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用形成的,因而其影響因素很多,如原材料質(zhì)量、含水量、干密度、拌和過程、攤鋪、養(yǎng)護(hù)等。研究人員發(fā)現(xiàn),并不是石灰土結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度越高越好,石灰土強(qiáng)度過高時(shí),結(jié)構(gòu)層的干縮裂縫和冷縮開裂產(chǎn)生的可能性也較大。

        壓實(shí)度實(shí)際上是反映結(jié)構(gòu)物理壓實(shí)后的密度狀況,理論上,壓實(shí)度越高密度越大,整體性越好。但是壓實(shí)度設(shè)計(jì)指標(biāo)要求過高時(shí),現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

        因此,應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求,合理的選擇設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度值,準(zhǔn)確選擇壓實(shí)度指標(biāo),以提供工程質(zhì)量和降低工程造價(jià)。

        5.2 石灰摻量

        石灰摻量應(yīng)是在現(xiàn)場(chǎng)施工階段,通過石灰土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)行確定。通常,根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和壓實(shí)度設(shè)計(jì)指標(biāo),經(jīng)過擊實(shí)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),求得最佳含水量和最大干密度,從而確定施工石灰摻量。

        6 結(jié)語(yǔ)

        在工程設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)者應(yīng)依據(jù)各類技術(shù)規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),從巖土工程勘察與設(shè)計(jì)階段的要求、施工可行性要求、試驗(yàn)檢測(cè)要求等多角度,全面綜合考慮,合理設(shè)計(jì)城市道路路面石灰土結(jié)構(gòu)層,有效提高工程質(zhì)量。

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