劉 睿
(貴州省安龍公路管理段,貴州 黔西南 552400)
水穩(wěn)碎石基層是瀝青混凝土路面常用的基層結(jié)構(gòu),具有優(yōu)良的水穩(wěn)性能、抗凍性能,但受材料自身特性及多重因素影響,水穩(wěn)碎石基層養(yǎng)護(hù)初期,易失水干縮產(chǎn)生干縮裂縫,誘發(fā)路面反射裂縫病害[1]。微裂技術(shù)是治理水穩(wěn)基層反射裂縫的新技術(shù),經(jīng)微裂處理的基層受力結(jié)構(gòu)更加分散,可有效預(yù)防早期收縮應(yīng)力集中作用產(chǎn)生寬裂縫,達(dá)到道路反射裂縫預(yù)防性治理的目的[2]。該文依托具體工程,運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),研究了水泥穩(wěn)定碎石基層微裂技術(shù)。
微裂技術(shù)是通過(guò)一定的技術(shù)手段,使水泥穩(wěn)定基層產(chǎn)生微細(xì)、分散的裂縫網(wǎng)格,分散基層干縮應(yīng)力,防止早期收縮應(yīng)力過(guò)度集中產(chǎn)生長(zhǎng)、寬裂縫[3]。
微裂處理在基層養(yǎng)護(hù)初期進(jìn)行,基層養(yǎng)護(hù)中后期、服役期,水穩(wěn)基層材料自愈作用下裂縫逐漸閉合減少,基層強(qiáng)度持續(xù)發(fā)育增強(qiáng),不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及結(jié)構(gòu)整體性造成影響。
基于以上微裂技術(shù)原理分析,可知水穩(wěn)碎石基層實(shí)施微裂技術(shù)處理須處理以下三個(gè)問(wèn)題:1)微裂程度確定、控制,防止微裂技術(shù)造成基層開(kāi)裂過(guò)大、過(guò)密;2)微裂縫愈合特性,確保微裂縫后期愈合完整,防止微裂縫影響基層強(qiáng)度、整體性;3)微裂程度與愈合程度關(guān)系[4]。
室內(nèi)水穩(wěn)基層微裂試驗(yàn)設(shè)備為DZY-09型振動(dòng)壓實(shí)儀,振動(dòng)壓實(shí)儀參數(shù)設(shè)置為:振動(dòng)頻率28 Hz;振幅25 mm;靜壓力1.9 kN。通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)時(shí)間控制微裂程度。
水穩(wěn)碎石級(jí)配采用懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu),水泥摻量為5%,用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低百分比表征水穩(wěn)材料微裂程度,微裂程度控制因素及微裂水平分級(jí)見(jiàn)表1。
表1 微裂程度因素及微裂水平
采用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法分析大量試驗(yàn)數(shù)據(jù),微裂程度的控制參數(shù)見(jiàn)表2。大量試驗(yàn)現(xiàn)象表明,水穩(wěn)基層養(yǎng)生1 d后,微裂程度最大為21.05%,因此微損傷程度取L-1一種。
表2 微裂程度的控制
運(yùn)用抗壓試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、抗壓回彈試驗(yàn)等手段,測(cè)定試件實(shí)施微裂前后,不同微裂程度的試件力學(xué)性能,結(jié)果見(jiàn)表3。
由表3可知:1)同一微裂程度下,水穩(wěn)碎石試件抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗壓回彈模量下降百分比不同,回彈模量降幅最大,劈裂強(qiáng)度降幅次之,抗壓強(qiáng)度回彈模量降幅最?。?)以抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn),抗壓回彈模量降幅為抗壓強(qiáng)度降幅的1.4~1.6倍;劈裂強(qiáng)度降幅為抗壓強(qiáng)度降幅的1.6~1.8倍。
表3 微裂前后力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果
按照表2微裂實(shí)施節(jié)點(diǎn)、振動(dòng)時(shí)長(zhǎng)控制試件微裂程度,試件分別養(yǎng)生7 d、14 d、28 d齡期,開(kāi)展無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)、抗壓回彈模量試驗(yàn),評(píng)價(jià)水穩(wěn)碎石損傷自愈合力學(xué)性能,結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 養(yǎng)生期微裂后力學(xué)強(qiáng)度愈合百分率
由表4可知:1)隨微裂實(shí)施節(jié)點(diǎn)推移,材料自愈合程度降低,即微裂實(shí)施節(jié)點(diǎn)為材料養(yǎng)生1 d的材料自愈合程度最高,2 d次之,3 d最低;2)微裂程度為L(zhǎng)(4)-L(7)時(shí)試件養(yǎng)生28 d愈合率明顯低于L(1)-L(3)工況,表明試件微裂程度過(guò)大,材料自愈合作用無(wú)法完全閉合微裂縫。
綜合以上數(shù)據(jù)及水穩(wěn)碎石微裂作用下干縮應(yīng)力釋放,微裂實(shí)施節(jié)點(diǎn)建議選擇水穩(wěn)基層養(yǎng)護(hù)2 d齡期,微裂程度建議在40%以內(nèi),即實(shí)施微裂后水穩(wěn)碎石無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度降低百分比率≤40%。
水穩(wěn)基層微裂技術(shù)過(guò)程控制采用落球式彎沉儀;現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以抗壓回彈模量下降百分比率表征[5]。
某公路原路面結(jié)構(gòu)由下至上為:15 cm石灰土+15 cm二灰碎石+8 cm瀝青混凝土+4 cm瀝青罩面,受長(zhǎng)期車(chē)載、環(huán)境水害、周期凍融等多重因素作用,道路龜裂、網(wǎng)裂、變形病害嚴(yán)重,擬加鋪18 cm水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石+9 cm瀝青混凝土補(bǔ)強(qiáng)。
試驗(yàn)段起訖樁號(hào)為K310+600~K311+000,全長(zhǎng)400 m,均分為4段,各段碾壓時(shí)間及微裂程度控制參數(shù)見(jiàn)表5。
表5 試驗(yàn)路段劃分
水穩(wěn)碎石微裂設(shè)備為G6224M—I型振動(dòng)壓路機(jī),自重220 kN,激振力380 kN,振動(dòng)頻率28 Hz;為防止振動(dòng)碾壓設(shè)備激振力過(guò)于集中,致使基層開(kāi)裂過(guò)長(zhǎng)、過(guò)寬,微裂施工階段,須保持設(shè)備最大覆蓋面積施工,確?;鶎诱駝?dòng)碾壓均勻性[6]。
根據(jù)試驗(yàn)路段路基寬、碾壓設(shè)備震動(dòng)碾壓輪寬,確定壓路機(jī)按照從左到右順序,分3次碾壓覆蓋路基,壓路機(jī)行進(jìn)速度控制在3~5 km/h。
基層攤鋪、碾壓施作完畢并通過(guò)驗(yàn)收后,灑水養(yǎng)生2 d實(shí)施微裂施工,微裂施工控制參數(shù)見(jiàn)表5。微裂施工階段,采用落球式彎沉儀測(cè)定基層彎沉值變化,測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1;各試驗(yàn)段每車(chē)道縱向測(cè)區(qū)布置為20 m/個(gè),橫向布設(shè)2個(gè)測(cè)點(diǎn),間距2 m。
圖1 測(cè)點(diǎn)設(shè)置
以微裂施工前各試驗(yàn)路段基層模量為基準(zhǔn),按表5參數(shù)對(duì)試驗(yàn)段實(shí)施微裂施工;施工階段,每完成一次之內(nèi)的碾壓,測(cè)定一次基層模量數(shù)值,計(jì)算模量減少百分比率,直至基層模量接近設(shè)計(jì)微裂程度;基層碾壓遍數(shù)與模量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 試驗(yàn)路微裂前后模量測(cè)量結(jié)果
水穩(wěn)碎石基層微裂實(shí)施節(jié)點(diǎn)為基層養(yǎng)生2 d,微裂設(shè)備為振動(dòng)壓路機(jī),不同微裂程度基層開(kāi)裂情況如下:
(1)微裂程度為32%時(shí),不可見(jiàn)水穩(wěn)基層微裂縫;微裂程度為44%時(shí),少數(shù)可見(jiàn)水穩(wěn)基層微裂縫;微裂程度為56%時(shí),微裂縫多數(shù)可見(jiàn),微裂縫分布微細(xì)、分散,呈網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[7]。
(2)綜合微裂作用機(jī)理及基層自愈合特性,水穩(wěn)基層微裂程度最佳狀態(tài)為微裂縫網(wǎng)格少數(shù)可見(jiàn)狀態(tài),確保微裂作用有效分散基層早期收縮應(yīng)力,防止出現(xiàn)長(zhǎng)、寬干縮裂縫,同時(shí)在基層材料自愈合特性作用下裂縫可封閉愈合,確?;鶎訌?qiáng)度、整體性、承載性能符合設(shè)計(jì)要求;由此確定水穩(wěn)基層最佳微裂程度為40%左右[8]。
(3)基于水穩(wěn)碎石自愈合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果,測(cè)定試驗(yàn)段基層微裂前后、養(yǎng)護(hù)7 d齡期基層回彈模量數(shù)據(jù),分析試驗(yàn)路段基層自愈合特性,結(jié)果見(jiàn)表7。
表7 試驗(yàn)路7 d抗壓回彈模量檢測(cè)結(jié)果
(4)由表7可知,室內(nèi)試驗(yàn)7 d愈合百分率與試驗(yàn)段7 d愈合百分率誤差值在0.34%~1.69%范圍,總體較小,表明該次室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)果可為現(xiàn)場(chǎng)施工提供參考。
基于微裂技術(shù)作用機(jī)理可知,微裂基礎(chǔ)可分散基層早期干縮應(yīng)力,防止基層干縮應(yīng)力集中產(chǎn)生長(zhǎng)、寬裂縫,達(dá)到預(yù)防、延緩瀝青路面反射裂縫發(fā)育的作用。因此,可通過(guò)調(diào)查道路路面反射裂縫情況,反映微裂技術(shù)治理效果[9]。該工程試驗(yàn)段通車(chē)1年后,進(jìn)行路面反射裂縫調(diào)查,結(jié)果見(jiàn)表8。
由表8可知,1、2號(hào)試驗(yàn)路段裂縫條數(shù)明顯少于3、4號(hào)試驗(yàn)路段,表明該文室內(nèi)試驗(yàn)及試驗(yàn)段確定的施工參數(shù)可用于指導(dǎo)路段施工。綜合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果、試驗(yàn)段室外檢測(cè)及試驗(yàn)段通車(chē)1年后路面裂縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果,確定微裂技術(shù)實(shí)施節(jié)點(diǎn)為水穩(wěn)基層養(yǎng)生2 d后,抗壓回彈模量下降百分比率為40%。
表8 瀝青路面裂縫統(tǒng)計(jì)
該文運(yùn)用室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及通車(chē)1年后跟蹤調(diào)查的方式,研究了公路項(xiàng)目水泥穩(wěn)定碎石基層微裂技術(shù),結(jié)論如下:
(1)水泥穩(wěn)定碎石微裂技術(shù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明,水泥穩(wěn)定碎石愈合百分率隨微裂技術(shù)實(shí)施節(jié)點(diǎn)推移而降低,微裂技術(shù)實(shí)施節(jié)點(diǎn)不宜超過(guò)水穩(wěn)碎石基層養(yǎng)生2 d齡期,綜合微裂技術(shù)作用機(jī)理,微裂技術(shù)實(shí)施節(jié)點(diǎn)宜選在基層養(yǎng)生2 d齡期;經(jīng)微裂處理基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度下降百分比率不宜超過(guò)40%[10]。
(2)室內(nèi)試驗(yàn)7 d抗壓回彈模量愈合百分率與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)7 d抗壓回彈模量愈合百分率偏差最大不超過(guò)1.7%,表明水泥穩(wěn)定碎石微裂技術(shù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果可為微裂施工提供可靠參考。
(3)綜合室內(nèi)試驗(yàn)、試驗(yàn)段施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、試驗(yàn)路段通車(chē)1年開(kāi)裂病害調(diào)查結(jié)果,微裂技術(shù)施工宜在水穩(wěn)基層養(yǎng)護(hù)2 d齡期進(jìn)行,微裂程度控制以基層回彈模量下降40%為最佳。