張朝寶，許明柱，孫立新，張海峰，王文華

（1.德州市公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 德州 253000；2.齊河恒晟公路工程有限責(zé)任公司，山東 德州 251100）

引言

路面反射裂縫是影響路面壽命及交通安全的主要病害之一，該裂縫主要是由水穩(wěn)基層受溫度與濕度的影響，產(chǎn)生的干縮或溫縮裂縫，由于水穩(wěn)基層與瀝青面層相連接，裂縫易擴(kuò)展到瀝青結(jié)構(gòu)層，造成路表裂縫的產(chǎn)生[1]。目前，工程上常采用大粒徑柔性基層作為水穩(wěn)層與面層的過(guò)渡層，通過(guò)增加空隙率以減小反射裂縫的傳遞[2]，但并未解決水穩(wěn)裂縫的產(chǎn)生。為此，部分學(xué)者提出減小水泥用量或設(shè)置土工格柵等方法降低水穩(wěn)層裂縫的形成，起到了一定的效果[3-4]，但降低了整體強(qiáng)度，增加了工程造價(jià)；目前規(guī)范中推薦的級(jí)配主要考慮了對(duì)基層承載能力的要求，而對(duì)于抗裂性能的考慮很少。大粒徑碎石結(jié)構(gòu)中，粗骨料間的嵌擠作用較強(qiáng)，且自身的膨脹系數(shù)很小，具有更好的抗裂性能[5]。綜上所述，通過(guò)級(jí)配設(shè)計(jì)，對(duì)采用超粒徑級(jí)配下的水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行試驗(yàn)研究，對(duì)其強(qiáng)度及抗裂特性進(jìn)行分析，并進(jìn)行試驗(yàn)路的鋪筑及驗(yàn)證。

1 原材料的選擇

1.1 集料

試驗(yàn)采用石灰?guī)r集料均取自省道S242臨商經(jīng)臨邑齊河界至禹城秦店子段大中修工程第一合同段施工現(xiàn)場(chǎng)用料，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1、表2，均符合相關(guān)規(guī)范要求[6]。細(xì)集料砂當(dāng)量為68%，粗集料的壓碎值為14.4%。

表1 集料表觀密度

表2 集料含泥量

1.2 水泥

采用水泥強(qiáng)度為42.5普通硅酸鹽水泥，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。各項(xiàng)指標(biāo)均符合水泥穩(wěn)定碎石原材料的相關(guān)規(guī)范要求[7]。

表3 水泥的相關(guān)指標(biāo)

2 室內(nèi)試驗(yàn)分析

由于超粒徑水泥穩(wěn)定碎石的粒徑增大后，對(duì)結(jié)構(gòu)中集料顆粒的嵌擠等會(huì)有一定的影響，所以根據(jù)特性，采用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)其7 d、28 d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 確定級(jí)配

過(guò)大或過(guò)粗的材料在施工過(guò)程中容易發(fā)生離析，因此，參考大粒徑瀝青混合料（LSPM）的級(jí)配調(diào)整方法，以及采用貝雷法與逐級(jí)填充理論[8]，對(duì)超粒徑水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行級(jí)配調(diào)整，該級(jí)配可以較大程度上改善離析狀況，最終調(diào)整后的級(jí)配見(jiàn)表4。

表4 調(diào)整后級(jí)配比例

由于該級(jí)配中采用的大粒徑碎石占比較大，水泥的用量較高或較低均會(huì)對(duì)水穩(wěn)層造成一定影響，所以根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，水泥用量采用4%。

2.2 試件制備

首先對(duì)試驗(yàn)級(jí)配分別進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定每種級(jí)配的最佳含水量和最大干密度，由于試料的最大粒徑超過(guò)25 mm，采用《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51—2009）中無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土的擊實(shí)試驗(yàn)丙法進(jìn)行無(wú)機(jī)結(jié)合料的擊實(shí)試驗(yàn)，并采用烘干法測(cè)定集料的含水量。預(yù)定5個(gè)不同的含水量，依次相差1%，將集料中加入對(duì)應(yīng)含水量的水，浸潤(rùn)4 h，添加5%的水泥拌和均勻，在擊實(shí)儀上進(jìn)行重型擊實(shí)，稱取試件和套筒的重量脫模后測(cè)定含水量，根據(jù)不同含水量下的干密度，確定每種級(jí)配的最大干密度和最佳含水量。

通常情況下，要求試模的尺寸為集料最大粒徑的4倍以上，大粒徑水泥穩(wěn)定碎石的最大粒徑為40 mm，試模尺寸在16 cm以上，在試驗(yàn)過(guò)程中一方面自制模具存在因難，另一方面，采用自制模具制作試件得到的數(shù)據(jù)很難得到認(rèn)可，因此試驗(yàn)中仍采用15 cm×15 cm的試模。

根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)定的最佳含水量和最大干密度，采用靜壓法制件。保證壓實(shí)度達(dá)到98%以上，在50 t壓力機(jī)上制成15 cm×15 cm（試件高×底面直徑）的圓柱形試件。試件成形約3 h后，脫模并立即用塑料薄膜包覆，置于25 ℃的恒溫室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)生，制備的試件見(jiàn)圖1。

圖1 水泥穩(wěn)定碎石試件

2.3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)該級(jí)配下的水泥穩(wěn)定碎石分別進(jìn)行7 d及28 d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。在達(dá)到齡期前一天，取出試件浸泡在水中24 h，在道路材料強(qiáng)度試驗(yàn)儀上進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件的高度后，在路強(qiáng)儀上以1 mm/min的速率加載，記錄試件破壞時(shí)的最大壓力，并計(jì)算無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，得到7 d、28 d齡期的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，其抗壓強(qiáng)度均滿足《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034—2000）中的要求。

表5 7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

表6 28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

3 工程實(shí)踐

試驗(yàn)路段位于S242臨商線臨邑齊河界至禹城秦店子大中修工程一合同段，施工工藝與傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定碎石鋪筑方式相同，由于集料粒徑相對(duì)較大，根據(jù)相關(guān)規(guī)范中的規(guī)定[9]：水泥穩(wěn)定土中顆粒粒徑應(yīng)在37.5 mm以下。因此，當(dāng)采用超粒徑集料進(jìn)行施工時(shí)，容易在攤鋪過(guò)程中出現(xiàn)離析現(xiàn)象，使得基層內(nèi)部上下配比不一致，造成強(qiáng)度不均勻，同時(shí)對(duì)壓實(shí)效果及平整度也會(huì)造成一定的影響。所以需對(duì)現(xiàn)場(chǎng)攤鋪過(guò)程中的質(zhì)量嚴(yán)格把控，盡可能避免離析的發(fā)生[10]。施工過(guò)程見(jiàn)圖2～圖5。水泥穩(wěn)定碎石運(yùn)輸時(shí)，為避免離析，在裝料過(guò)程中，應(yīng)按照料車位置的前-后-中的次序進(jìn)行裝料，可以減小料車向攤鋪機(jī)裝料時(shí)因不均勻放料而產(chǎn)生的離析。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在攤鋪過(guò)程中，采取滿鋪的方式，可以減小橫向與縱向的離析，圖3為現(xiàn)場(chǎng)攤鋪機(jī)在攤鋪時(shí)的攪籠內(nèi)部，可以看出基本處于滿鋪狀態(tài)?？梢钥闯觯鶎颖砻孑^為均勻平整，級(jí)配較為合理，大粒徑碎石未發(fā)生沉底，沒(méi)有因超粒徑而出現(xiàn)較多的離析現(xiàn)象。

圖3 水泥穩(wěn)定碎石的攤鋪

圖5 現(xiàn)場(chǎng)取芯

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)與試驗(yàn)路的鋪筑效果可以看出，采用超粒徑集料進(jìn)行水穩(wěn)碎石基層鋪筑是可行的，在強(qiáng)度滿足要求的情況下，可以通過(guò)施工控制，減小鋪筑時(shí)路面的離析現(xiàn)象，確?；鶎邮┕さ墓こ藤|(zhì)量。同時(shí)，超粒徑水穩(wěn)碎石基層的成功鋪筑，可以進(jìn)一步減小水穩(wěn)基層裂縫的產(chǎn)生，降低路面反射裂縫等工程病害的發(fā)生概率，增加路面的使用壽命。