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        論公路項目水泥穩(wěn)定碎石基層的微裂技術

        2022-08-10 06:59:26
        交通科技與管理 2022年15期
        關鍵詞:試驗段抗壓模量

        劉 睿

        (貴州省安龍公路管理段,貴州 黔西南 552400)

        0 引言

        水穩(wěn)碎石基層是瀝青混凝土路面常用的基層結構,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]。微裂技術是治理水穩(wěn)基層反射裂縫的新技術,經(jīng)微裂處理的基層受力結構更加分散,可有效預防早期收縮應力集中作用產(chǎn)生寬裂縫,達到道路反射裂縫預防性治理的目的[2]。該文依托具體工程,運用室內(nèi)試驗及現(xiàn)場試驗,研究了水泥穩(wěn)定碎石基層微裂技術。

        1 微裂技術原理

        微裂技術是通過一定的技術手段,使水泥穩(wěn)定基層產(chǎn)生微細、分散的裂縫網(wǎng)格,分散基層干縮應力,防止早期收縮應力過度集中產(chǎn)生長、寬裂縫[3]。

        微裂處理在基層養(yǎng)護初期進行,基層養(yǎng)護中后期、服役期,水穩(wěn)基層材料自愈作用下裂縫逐漸閉合減少,基層強度持續(xù)發(fā)育增強,不會對結構強度、剛度及結構整體性造成影響。

        2 水泥穩(wěn)定碎石微裂技術室內(nèi)試驗

        基于以上微裂技術原理分析,可知水穩(wěn)碎石基層實施微裂技術處理須處理以下三個問題:1)微裂程度確定、控制,防止微裂技術造成基層開裂過大、過密;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度、整體性;3)微裂程度與愈合程度關系[4]。

        室內(nèi)水穩(wěn)基層微裂試驗設備為DZY-09型振動壓實儀,振動壓實儀參數(shù)設置為:振動頻率28 Hz;振幅25 mm;靜壓力1.9 kN。通過振動壓實時間控制微裂程度。

        2.1 微裂程度控制

        水穩(wěn)碎石級配采用懸浮密實結構,水泥摻量為5%,用無側限抗壓強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見表1。

        表1 微裂程度因素及微裂水平

        采用統(tǒng)計學分析方法分析大量試驗數(shù)據(jù),微裂程度的控制參數(shù)見表2。大量試驗現(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

        2.2 微裂前后力學性能試驗結果

        運用抗壓試驗、劈裂試驗、抗壓回彈試驗等手段,測定試件實施微裂前后,不同微裂程度的試件力學性能,結果見表3。

        由表3可知:1)同一微裂程度下,水穩(wěn)碎石試件抗壓強度、劈裂強度、抗壓回彈模量下降百分比不同,回彈模量降幅最大,劈裂強度降幅次之,抗壓強度回彈模量降幅最小;2)以抗壓強度為基準,抗壓回彈模量降幅為抗壓強度降幅的1.4~1.6倍;劈裂強度降幅為抗壓強度降幅的1.6~1.8倍。

        表3 微裂前后力學性能試驗結果

        2.3 水泥穩(wěn)定碎石自愈合力學性能

        按照表2微裂實施節(jié)點、振動時長控制試件微裂程度,試件分別養(yǎng)生7 d、14 d、28 d齡期,開展無側限抗壓強度試驗、劈裂強度試驗、抗壓回彈模量試驗,評價水穩(wěn)碎石損傷自愈合力學性能,結果見表4。

        表4 養(yǎng)生期微裂后力學強度愈合百分率

        由表4可知:1)隨微裂實施節(jié)點推移,材料自愈合程度降低,即微裂實施節(jié)點為材料養(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(4)-L(7)時試件養(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大,材料自愈合作用無法完全閉合微裂縫。

        綜合以上數(shù)據(jù)及水穩(wěn)碎石微裂作用下干縮應力釋放,微裂實施節(jié)點建議選擇水穩(wěn)基層養(yǎng)護2 d齡期,微裂程度建議在40%以內(nèi),即實施微裂后水穩(wěn)碎石無側限抗壓強度降低百分比率≤40%。

        3 水泥穩(wěn)定碎石基層微裂技術現(xiàn)場試驗

        水穩(wěn)基層微裂技術過程控制采用落球式彎沉儀;現(xiàn)場試驗以抗壓回彈模量下降百分比率表征[5]。

        3.1 工程概況及試驗路段劃分

        某公路原路面結構由下至上為:15 cm石灰土+15 cm二灰碎石+8 cm瀝青混凝土+4 cm瀝青罩面,受長期車載、環(huán)境水害、周期凍融等多重因素作用,道路龜裂、網(wǎng)裂、變形病害嚴重,擬加鋪18 cm水泥穩(wěn)定級配碎石+9 cm瀝青混凝土補強。

        試驗段起訖樁號為K310+600~K311+000,全長400 m,均分為4段,各段碾壓時間及微裂程度控制參數(shù)見表5。

        表5 試驗路段劃分

        3.2 水泥穩(wěn)定碎石基層微裂技術施工過程

        水穩(wěn)碎石微裂設備為G6224M—I型振動壓路機,自重220 kN,激振力380 kN,振動頻率28 Hz;為防止振動碾壓設備激振力過于集中,致使基層開裂過長、過寬,微裂施工階段,須保持設備最大覆蓋面積施工,確保基層振動碾壓均勻性[6]。

        根據(jù)試驗路段路基寬、碾壓設備震動碾壓輪寬,確定壓路機按照從左到右順序,分3次碾壓覆蓋路基,壓路機行進速度控制在3~5 km/h。

        3.3 基于落球式彎沉儀的微裂技術過程控制

        基層攤鋪、碾壓施作完畢并通過驗收后,灑水養(yǎng)生2 d實施微裂施工,微裂施工控制參數(shù)見表5。微裂施工階段,采用落球式彎沉儀測定基層彎沉值變化,測點布置見圖1;各試驗段每車道縱向測區(qū)布置為20 m/個,橫向布設2個測點,間距2 m。

        圖1 測點設置

        以微裂施工前各試驗路段基層模量為基準,按表5參數(shù)對試驗段實施微裂施工;施工階段,每完成一次之內(nèi)的碾壓,測定一次基層模量數(shù)值,計算模量減少百分比率,直至基層模量接近設計微裂程度;基層碾壓遍數(shù)與模量測定結果見表6。

        表6 試驗路微裂前后模量測量結果

        4 結果分析

        水穩(wěn)碎石基層微裂實施節(jié)點為基層養(yǎng)生2 d,微裂設備為振動壓路機,不同微裂程度基層開裂情況如下:

        (1)微裂程度為32%時,不可見水穩(wěn)基層微裂縫;微裂程度為44%時,少數(shù)可見水穩(wěn)基層微裂縫;微裂程度為56%時,微裂縫多數(shù)可見,微裂縫分布微細、分散,呈網(wǎng)格結構[7]。

        (2)綜合微裂作用機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)可見狀態(tài),確保微裂作用有效分散基層早期收縮應力,防止出現(xiàn)長、寬干縮裂縫,同時在基層材料自愈合特性作用下裂縫可封閉愈合,確?;鶎訌姸?、整體性、承載性能符合設計要求;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)試驗結果,測定試驗段基層微裂前后、養(yǎng)護7 d齡期基層回彈模量數(shù)據(jù),分析試驗路段基層自愈合特性,結果見表7。

        表7 試驗路7 d抗壓回彈模量檢測結果

        (4)由表7可知,室內(nèi)試驗7 d愈合百分率與試驗段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)試驗研究結果可為現(xiàn)場施工提供參考。

        基于微裂技術作用機理可知,微裂基礎可分散基層早期干縮應力,防止基層干縮應力集中產(chǎn)生長、寬裂縫,達到預防、延緩瀝青路面反射裂縫發(fā)育的作用。因此,可通過調(diào)查道路路面反射裂縫情況,反映微裂技術治理效果[9]。該工程試驗段通車1年后,進行路面反射裂縫調(diào)查,結果見表8。

        由表8可知,1、2號試驗路段裂縫條數(shù)明顯少于3、4號試驗路段,表明該文室內(nèi)試驗及試驗段確定的施工參數(shù)可用于指導路段施工。綜合室內(nèi)試驗結果、試驗段室外檢測及試驗段通車1年后路面裂縫統(tǒng)計結果,確定微裂技術實施節(jié)點為水穩(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

        5 結論

        該文運用室內(nèi)試驗、現(xiàn)場試驗及通車1年后跟蹤調(diào)查的方式,研究了公路項目水泥穩(wěn)定碎石基層微裂技術,結論如下:

        (1)水泥穩(wěn)定碎石微裂技術室內(nèi)試驗結果表明,水泥穩(wěn)定碎石愈合百分率隨微裂技術實施節(jié)點推移而降低,微裂技術實施節(jié)點不宜超過水穩(wěn)碎石基層養(yǎng)生2 d齡期,綜合微裂技術作用機理,微裂技術實施節(jié)點宜選在基層養(yǎng)生2 d齡期;經(jīng)微裂處理基層無側限抗壓強度下降百分比率不宜超過40%[10]。

        (2)室內(nèi)試驗7 d抗壓回彈模量愈合百分率與現(xiàn)場試驗7 d抗壓回彈模量愈合百分率偏差最大不超過1.7%,表明水泥穩(wěn)定碎石微裂技術室內(nèi)試驗結果可為微裂施工提供可靠參考。

        (3)綜合室內(nèi)試驗、試驗段施工現(xiàn)場檢測、試驗路段通車1年開裂病害調(diào)查結果,微裂技術施工宜在水穩(wěn)基層養(yǎng)護2 d齡期進行,微裂程度控制以基層回彈模量下降40%為最佳。

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