基层与垫层设计与施工

基层与垫层第一节 粒料类结构层 一、 粒料类材料的力学特性（一）应力应变特性干的轧制集料回弹模量随主应力和的变化 碎、砾石材料应力应变曲线 颗粒材料的模量决定于材料的级配、形状、表面构造、密实度和含水量等 。一般密实度愈高，模量值愈大；棱角多，表面粗糙者有较高模量 。 不同的偏应力，同样的材料的模量也不同，因此处于不同层位的粒料的设 计模量因上层重量的不同而不同。（二） 粒料类材料的疲劳特性砾质材料在良好排水条件下塑性形变的发展 颗粒材料没有明显的疲劳极限，通常表现为塑性变形的累计。除了受到 颗粒级配、密实度、材料的棱角或表面的粗糙程度之外，偏应力的大小 也决定塑性形变累计的发展。二、嵌挤类碎石结构层嵌挤碎石基层是用尺寸较均匀的轧制碎石作基本材料，并以石渣和石屑 嵌缝，或者以粘土或灰土灌缝，经压实，按嵌挤原理铺压而成。 （一）力学特性按嵌挤原则产生强度，抗剪强度主要决定于剪切面上的法向应力和材料内摩阻角 。由下列三项因素构成：（1）粒料表面的相互滑动摩擦；（2）因剪切时体积膨 胀而需克服的阻力；（3）因粒料重新排列而受到的阻力。 （二）分类1.不含胶结料的碎石层干压碎石、水结碎石，铺撒嵌缝石屑时，统称填隙碎石，手工铺砌 100200mm粒径的大块石再以小碎石嵌缝叫手摆碎石。2.含有胶结料的碎石层泥结碎石、泥灰结碎石通常用于中、低级路面的基层，泥结或泥灰结碎石还可用于砂石路面的面层（三）材料要求编编号碎石名称粒径范围围(mm)用途1 2 3粗碎石 中碎石 细细碎石7550 5035 3525骨料4 5石渣 石屑2515 155嵌缝缝料6米石05封面料1.石料 碎石应具有较高的强度（III级以上）、韧性和抗磨耗能力；应具有棱角且近于立方 体, 长条扁平的石料不超过10%；应干净，不含泥土杂物。碎石的最大尺寸应根据 石料品质及碎石层的厚度来确定，坚硬石料不得超过碎石层压实厚度的0.8倍。 2.粘土与石灰泥结碎石层所用粘土，应具有较高的粘性，塑性指数以1215为宜。粘土内不得 含腐殖质或其它杂物。粘土用量一般不超过混合料总重的1518%。石灰与土的 用量不应大于混合料总重的20%，其中石灰剂量为土重的812%。 2.含胶结料的碎石层施工灌浆法施工工序准备工作撒铺石料并摊平浇灌泥浆预碾碎石撒铺嵌缝料碾压撒铺石屑（米石）洒水碾压成型初期养护1.不含胶结料的碎石层施工准备工作撒铺石料并摊平碾压碎石（洒水）预碾碎石撒铺嵌缝料碾压（洒水）撒铺石屑（米石）洒水碾压成型初期养护水结碎石建议使用石灰石或白云石（四）施工工艺三、级配类砾（碎）石结构层由各种集料（砾石、碎石、工业废渣）和土，按密实级配原理修筑而成的路面结 构层，强度由摩阻力和粘结力构成。 （一）力学特性（二）分类1.级配砾（碎）石 优质级配碎石，国外广泛用于柔性路面的基层普通级配（砾）碎石，用于中、低级柔性路面的基层或砂 石路面的磨耗层 2.原状砾（碎）石土用于中、低等级道路的基层、砂石路面的面层，较细的砂土混合物用于砂石路面的稳定类保护层3.原状砂砾用于路面的垫层，较细的用于砂石路面的松散类保护层（三）材料要求与施工工艺1.级配碎石1）符合最佳级配（一般采用变K法的最大密实度曲线）；2）压碎值不大于26； 3）针片状含量不超过20；4）小于0.5mm的细料应无塑性且液限应小于25 ； 集中厂拌法施工工序（适用于高速、一级公路的优质级配碎石）准备下承层施工放样石料运输石料厂拌现场机械摊铺(松铺系数1.251.35)洒水振动碾压成型路拌法施工工序（适用于二级以下公路的普通级配碎石）准备下承层施工放样未筛分碎石运输和摊铺（平地机）运输和撒布石屑、整形洒水振动碾压成型2.级配砾石宜于选择河床洁净砂砾，要求颗粒尺寸在540mm之间，其中25 40mm 含量不少于50%，为防止冻胀和湿软，应注意控制小于0.5mm细 料的含量和塑性指数。在中湿和潮湿路段，用作沥青路面的基层时，应在 级配砾石中掺石灰 级配砾石拌合法施工工艺准备下承层施工放样整形碾压运输和摊铺掺配集料运输和摊铺主要集料洒水拌合必要时洒水3.原状砾（碎）石土原状砾（碎）石的性质取决于混合料中石、土的比例和石块的级配分布， 石、土比例小于7：3的不宜用作基层，一般应通过颗粒分析后决定其是否 用于粒料类结构层还是用于稳定类结构层。级配不良，很难通过调整级配 达到级配粒料类标准的只能用于路基。第二节 无机结合料稳定类结构层一、无机结合料稳定类材料的力学特性 （一）应力应变特性 力学参数（MPa)28天90天180天28天180天90天180天R4.495.576.330.710.88Ep2093309738720.540.80sp0.4130.6340.8130.510.78Esp53392612870.410.72水泥稳定碎石的力学特性指标与龄期的关系 石灰粉煤灰稳定碎石的力学特性指标与龄期关系 力学参数（ MPa)28天90天180天28天180天90天180天R3.105.758.360.370.69 Ep1086199328590.380.70 sp0.2190.5360.9130.410.59 Esp35996017200.370.56结合料稳定材料的应力-应变特性与原材料的性质、结合料的性质和剂量及密 实度、含水量、龄期、温度等有关。 （二）疲劳特性 二灰砂砾(小梁)应力强度比疲劳寿命曲线 散点概 率分布 曲线回归的对数疲 劳曲线在一定的应力条件下，整体性材料的疲劳寿命取决于材料的强度和刚度。强 度愈大刚度愈小，其疲劳寿命就愈长。（三）干缩特性 无机结合料稳定材料的干缩特性(最大干缩应变和平均干缩系数 )的大小与结合料的类型、剂量、被稳定材料的类别、粒料含量 、小于0.5mm的细颗粒的含量、试件含水量和龄期等有关 。（四）温缩特性 温度收缩的大小与结合料类型和剂量、被稳定材料的类别、 粒料含量、龄期等有关。二、石灰稳定类（一）石灰稳定土强度形成原理 1.离子交换作用 2.结晶作用 3.火山灰作用 4.碳酸化作用（二）影响强度的因素 1.土质2.灰质 塑性指数717的粘性土稳定效果最好； 塑性指数过大的重粘土不宜破碎和拌合，效果变差； 塑性植树小于4的土不宜用石灰稳定； 有机质含量大于10和硫酸盐类含量大于0.8的土不宜用石灰稳定。石灰细度石灰应是消石灰粉或磨细生石灰粉；石灰有效活性成分尽量缩短石灰的存放时间，满足有效钙美含量要求 3.石灰剂量 石灰剂量较低(小于34)时，石灰主要起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水量减小 ，使土的密实度、强度得到改善。随着剂量的增加，强度和稳定性均提高，但剂量 超过一定范围时，强度反而降低。生产实践中常用的最佳剂量范围，对于粘性土及 粉性土为814；对砂性土则为916。 4.含水量 5.密实度 6.石灰土的龄期 7.养生条件 水促使石灰土发生物理化学变化，形成强度；便于土的粉碎、拌和与压实，并且有 利于养生。加入石灰后，土的最佳含水量增加。石灰土的强度随密实度的增加而增长。实践证明，石灰土的密实度每增减1%，强度 约增减4%左右。而密实的石灰土，其抗冻性、水稳定性也好，缩裂现象也少 。石灰土强度具有随龄期增长的特点。一般石灰土初期强度低，前期(12个月)增长速 率较后期为快。1个月抗压强度达到30 ，3个月达到60，设计龄期为6个月。温度温度高时，物理化学反应、硬化、强度增长快，反之强度增长慢 ； 湿度一定潮湿条件下养生强度的形成比在一般空气中养生要好 。（三）石灰土的应用 1.低剂量（34 %）用于地基处理，高剂量用于二级以下公路基层或底基层. 2.稳定细粒土不宜直接用作沥青路面的基层; 3.冰冻地区的潮湿路段或其他地区的过湿路段，不宜采用石灰土做基层； 4.不宜用作水泥路面的基层。（四）石灰土的配合比 结构层位土类 塑性指数12塑性指数12砂砾土、碎石土 基层513101637 底基层511814石灰土的最佳含水量以击实试验确定，最低的石灰剂量通过7d无侧 限抗压强度试验确定 （五）石灰土的施工工艺 1生石灰应在使用前710天进行充分消解成熟石灰粉，熟石灰粉应尽快使用；2.路拌法或厂拌法拌合，细粒土拌合后闷料12小时，拌压时间不超过2d；3.现场配合比比实验室配合比提高石灰剂量和含水量1；4.覆盖保湿养生不少于7d。各种土类的合理石灰剂量三、水泥稳定类（一）强度形成原理 1.水泥的水化作用； 2. 离子交换作用； 3.化学激发作用； 4.碳酸化作用 。（二）影响强度的因素 1.土质1）稳定级配良好的碎(砾)石和砂砾，效果最好，不但强度高，而且水泥用量少； 2）其次是砂性土，再次之是粉性土和粘性土； 3）重粘土难于粉碎和拌和，不宜单独用水泥来稳定，一般要求土的塑性指数不大于 17 2.水泥的成分和剂量 1）硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差； 2）不宜用快硬水泥、早强水泥、禁用受潮变质的水泥，不需要使用高标号水泥； 3）高剂量成本高、干缩大，48较为合理； 4）稳定粒料的水泥剂量低于稳定细粒土的剂量。 3.含水量 水泥正常水化所需的水量约为水泥重的20%，对于砂性土，完全水化达到 最高强度的含水量较最佳密度的含水量为小；而对于粘性土则相反。 4.施工工艺过程1）水泥土从开始加水拌和到完成压实的延迟时间要尽可能最短，一般要在 6h以内； 2）尽量使用低标号水泥，有时可以使用缓凝剂； 3）需湿法养生 ； 4）养生温度愈高，强度增长的愈快。 （三）水泥稳定类材料的应用 1.水泥稳定砂砾或级配碎石用于各级公路路面基层，尤其适用于水泥路面；2.水泥稳定细粒土不宜用于二级以上公路的基层。（四）水泥稳定类的配合比 结构层位土类 中、粗粒土塑性指数12其他细粒土 基层37511816 底基层2648612配合比设计方法与石灰稳定类相同，水泥稳定粒料的级配应满足相 应规范的要求。（五）水泥稳定类的施工工艺 1.水泥稳定粒料应采用中心拌和厂拌和 ，平地机或混合料摊铺机摊铺；2. 碾压要在拌合后34h内完成，拌碾时间不应超过6h ；3.现场配合比比实验室配合比提高水泥剂量和含水量0.514.洒水覆盖养生至少3d，养生期结束、应立即浇洒透层油 。四、工业废渣稳定类（二）石灰粉+煤灰稳定碎石的配合比（一）不同工业废渣稳定材料分类及强度形成原理 1.石灰粉+煤灰稳定粒料/细粒土类；2.石灰+水淬高炉矿渣/钢渣/电石渣稳定粒料类；3.石灰稳定煤渣类；4.水泥稳定破碎矿渣类；5.石灰/水泥稳定媒矸石类。1.材料1）使用消石灰，石灰的质量宜符合III级以上技术指标； 2）粉煤灰的烧失量要小于20%，活性成分(SiO2、Al2O3)总含量一般要求超过70% ； 3）颗粒最大粒径高速、一级公路不大于31.5mm，二级以下公路不大于40mm ； 4）石灰工业废渣混合料中粒料重量宜占80%以上，并有良好的级配 。2.配合比设计 1）混合料的设计方法和步骤参照石灰稳定土进行； 2）混合料的设计强度与石灰土相近； 3）为提高早期强度可掺加少于石灰剂量30的水泥； 4）石灰与粉煤灰的比为1：21：4，石灰粉煤灰与粒料的比为20：8015：85 （三）施工工艺1）生石灰应在使用前710天进行充分消解成熟石灰粉，熟石灰粉应尽快使 用；2）应采用中心拌和厂拌和 ，平地机或混合料摊铺机摊铺；3）现场配合比比实验室配合比提高石灰剂量和含水量1；4）采用振动碾压工艺，提高含水量和加大振动功率可以实现混合料的液化 ，提高压实效果；4）覆盖保湿养生不少于7d，养生期结束、应立即浇洒透层油。 五、无机结合料稳定类基层缩裂防治措施 （一）满足强度的情况下，限制结合料用量；（二）提高混合料中粒料的含量；（三）严格控制压实标准；（四）严格控制压实含水量（不宜过高）；（五）注意初期潮湿养生，尽量在高温季节施工；（六）及时铺筑上层覆盖；（七）设置隔离层或格栅。