郭東紅

（山西交控?cái)?shù)字交通科技有限公司，山西 太原 030000）

引言

縮裂是半剛性基層的通病，在溫度和濕度發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂，進(jìn)而造成面層結(jié)構(gòu)的破壞。采用低劑量（2%～4%）水泥穩(wěn)定類(lèi)基層，可有效減少縮裂，提高基層的穩(wěn)定性[1]。為了更全面地研究低劑量水穩(wěn)基層材料的力學(xué)性能，選取水泥劑量為2%、3%、4%三種類(lèi)型的基層材料，測(cè)試其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度彎拉強(qiáng)度和彈性模量等指標(biāo)，并建立試驗(yàn)段，檢測(cè)基層的回彈模量和彎沉值，分析低劑量水泥穩(wěn)定類(lèi)基層各方面力學(xué)性能是否符合要求。

1 低劑量水穩(wěn)碎石基層力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)

1.1 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度作為水穩(wěn)碎石類(lèi)基層的重要物理力學(xué)指標(biāo)，可以反映基層材料抵抗壓應(yīng)力作用的能力[2]，選取水泥劑量為2%、3%、4%三種類(lèi)型的基層材料進(jìn)行7 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)合《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）中的相關(guān)規(guī)定制作試件，6 d 標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)生后，浸水1 d，測(cè)試7 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同劑量7 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

隨水泥劑量的增加，水穩(wěn)碎石基層的7 d 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不斷提高，且增長(zhǎng)速度有所提高。當(dāng)水泥劑量為2%時(shí)，由于水泥含量較低，水泥水化產(chǎn)物少，在碎石中的膠結(jié)作用不顯著，基層材料的強(qiáng)度也較小，此時(shí)的水穩(wěn)碎石基層在力學(xué)性質(zhì)上更接近于級(jí)配碎石。但隨著水泥劑量的增加，水泥的膠結(jié)作用不斷顯現(xiàn)出來(lái)，強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性也不斷提高。

1.2 彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

在車(chē)輛荷載作用下，瀝青路面基層材料承受彎拉作用[3]?！豆窞r青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）中規(guī)定，通過(guò)檢測(cè)基層材料的彎拉強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)抗拉性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)所選取的試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)生90 d，按照《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）中的相關(guān)規(guī)定對(duì)基層材料的彎拉強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同劑量90 d 彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

分析表2 數(shù)據(jù)可知，隨著水泥劑量的增加，水穩(wěn)碎石基層彎拉強(qiáng)度不斷增加，且水泥劑量由2%增加到3%時(shí)，彎拉強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大。結(jié)合《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）中對(duì)水穩(wěn)基層材料的相關(guān)規(guī)定，彎拉強(qiáng)度與路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命相關(guān)。水穩(wěn)基層材料的彎拉強(qiáng)度越大，路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命越長(zhǎng)。當(dāng)彎拉強(qiáng)度值處于1.5 ～2.0 MPa 時(shí)，說(shuō)明水泥穩(wěn)定碎石基層材料級(jí)配良好，整體性能好；當(dāng)彎拉強(qiáng)度值處于0.9 ～1.5 MPa 時(shí)，說(shuō)明水泥穩(wěn)定碎石基層材料級(jí)配和整體性能相對(duì)較差。低劑量水穩(wěn)碎石基層基層材料的彎拉強(qiáng)度檢測(cè)值均位于0.9 ～1.5 MPa，在設(shè)計(jì)與施工應(yīng)適當(dāng)增加基層結(jié)構(gòu)厚度。

1.3 彈性模量試驗(yàn)結(jié)果分析

彈性模量是水泥穩(wěn)定基層材料的重要力學(xué)性能參數(shù)，可以反映荷載作用下基層的變形特性[4]?！豆窞r青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）中規(guī)定了采用彈性模量中間段試驗(yàn)方法作為水穩(wěn)基層材料彈性模量的檢驗(yàn)方法，按照此方法進(jìn)行試驗(yàn)并繪制不同水泥劑量彈性模量的變化曲線，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同劑量90 d 單軸壓縮模量試驗(yàn)結(jié)果

分析表3 數(shù)據(jù)可以得出，水穩(wěn)碎石基層材料的彈性模量隨水泥劑量的增加而增加，且增加幅度較大。彈性模量越大，水穩(wěn)碎石基層材料在荷載作用下所產(chǎn)生的變形越小。彈性模量不是越大越好，雖然基層結(jié)構(gòu)的變形變小，但路面結(jié)構(gòu)所承受的拉應(yīng)力會(huì)顯著增加，容易造成瀝青面層剪切破壞。

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）中雖沒(méi)有對(duì)水穩(wěn)基層材料的彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值做出規(guī)定，但給出了兩個(gè)范圍：14 000 ～20 000 MPa 和20 000 ～28 000 MPa。水泥劑量為4%的水泥穩(wěn)定碎石基層材料的彈性模量為16 345 MPa，在14 000 ～20 000 MPa范圍內(nèi)，但水泥劑量為2%、3%的水泥穩(wěn)定碎石基層材料的彈性模量不在這兩個(gè)范圍內(nèi)。

2 試驗(yàn)路段檢測(cè)結(jié)果分析

2.1 依托項(xiàng)目概況

山西省內(nèi)某道路改造工程，全長(zhǎng)10.789 km。公路建設(shè)等級(jí)為二級(jí)，K3+293—K4+130 段、K4+560—K14+081.933 段路基寬10 m，路面寬8.5 m；設(shè)計(jì)速度60 km/h。路面基層采用低劑量抗裂水泥穩(wěn)定基層，設(shè)計(jì)厚度為34 cm，基層厚度為16 cm，底基層厚度為18 cm。施工中建立試驗(yàn)段，分別鋪筑100 m 水泥劑量為2%、3%和4%低劑量抗裂水穩(wěn)碎石基層，養(yǎng)生后通過(guò)試驗(yàn)確定基層的彎沉值和成型情況。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)取芯檢測(cè)

在基層養(yǎng)生10 d 后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣，查看基層結(jié)構(gòu)的成型情況。在水泥劑量為2%、3%和4%的低劑量水穩(wěn)碎石基層上取芯10 個(gè)，取芯后發(fā)現(xiàn)水泥劑量為2%的水穩(wěn)碎石基層成型質(zhì)量較差，大部分開(kāi)裂，基本沒(méi)有取出完整的芯樣。水泥劑量為3%的水穩(wěn)碎石基層成型較好，可以取出完整的芯樣。水泥劑量為4%的水穩(wěn)碎石基層成型質(zhì)量最好，芯樣完整，具有良好的抗裂性能。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取芯，可以得出水泥劑量越高，基層成型質(zhì)量越好，強(qiáng)度越高。

試驗(yàn)路段完工1 a后，再次對(duì)水泥劑量為2%、3%、4%的水穩(wěn)碎石基層鉆芯取樣，均能取出完整芯樣，說(shuō)明低劑量水穩(wěn)碎石基層完整性良好，可以滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）要求。

2.3 彎沉試驗(yàn)

試驗(yàn)段對(duì)三種劑量的基層進(jìn)行承載板試驗(yàn)和彎沉試驗(yàn)，測(cè)得回彈模量和彎沉值見(jiàn)表4、表5。

表4 承載板試驗(yàn)結(jié)果

表5 彎沉試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)分析表4 和表5 數(shù)據(jù)得出：（1）隨著水泥劑量的增加，基層頂面回彈模量隨之變大；（2）隨水泥劑量的增大，彎沉值不斷下降。試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥劑量為4%的基層平均回彈模量約為2%時(shí)的3倍，說(shuō)明隨水泥劑量提高，基層的抗變形性能顯著提高。

2.4 路面彎沉檢測(cè)

采用落錘式彎沉儀（FWD）在不中斷的情況下進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)試驗(yàn)確定各路面結(jié)構(gòu)層的回彈模量，并計(jì)算路表彎沉值。選取試驗(yàn)路段完工后30 d、108 d和250 d 的路段檢測(cè)路表彎沉值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6 和表7。

分析表6 和表7 數(shù)據(jù)可知：（1）完工后30 d，水泥劑量為2%的水穩(wěn)碎石基層路表彎沉值較大，基層回彈模量較小，水泥劑量為4%最大，3%居中，說(shuō)明隨水泥劑量的增加，路表彎沉值不斷變小，基層回彈模量不斷增加。（2）完工后250 d，路表彎沉值相近，水泥劑量為2%和3%的基層頂面回彈模量相近，水泥劑量為4%最大。

表6 試驗(yàn)段路表彎沉值（FWD）檢測(cè)結(jié)果

表7 基層回彈模量計(jì)算值/MPa

3 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著水泥劑量的增加，基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、彎拉強(qiáng)度、彈性模量隨之增加，工程設(shè)計(jì)中適當(dāng)增加基層厚度以提高力學(xué)性能。（2）對(duì)7 d 齡期的基層在試驗(yàn)路段鉆芯取樣進(jìn)行觀察，水泥劑量為2%的基層成型質(zhì)量較差，但竣工1 a 后鉆芯取樣均能取出完整的芯樣，說(shuō)明低劑量抗裂水穩(wěn)基層強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性良好。（3）采用FWD 法對(duì)完工后路表彎沉值進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明不同水泥劑量路面彎沉值和基層回彈模量存在較大差異，且隨著水泥劑量的增加，路表彎沉值不斷變小，基層回彈模量不斷增加。