厚層水泥穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)特性及發(fā)展趨勢

2013年第9期 (總第235期) 黑龍江交通科技HEILONGJIANG JIAOTONG KEJI No．9，2013( Sum No．235)

厚層水泥穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)特性及發(fā)展趨勢

李花磊，程偉濤

( 長安大學(xué)公路學(xué)院)

摘 要: 通過對近幾十年來國內(nèi)應(yīng)用厚層水泥穩(wěn)定碎石基層經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，結(jié)合目前其在公路建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及國外對此的使用情況，系統(tǒng)地介紹了不同施工方式條件下厚層水泥穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)性能。同時根據(jù)我國公路交通行業(yè)的未來發(fā)展趨勢，指出了厚層水泥穩(wěn)定碎石基層所面臨的困境及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞: 厚層水泥穩(wěn)定碎石; 技術(shù)特性

中圖分類號: U416. 214 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: C 文章編號:1008 －3383( 2013) 09 －0021 －01

收稿日期:2013 －04 －21

作者簡介: 李花磊( 1988 － ) ，女，長安大學(xué)公路學(xué)院碩士研究生，研究方向: 道路與鐵道工程專業(yè)。

1 厚層水泥穩(wěn)定基層的技術(shù)特點(diǎn)及使用現(xiàn)狀

近幾十年來，我國公路建設(shè)行業(yè)發(fā)展迅速，以水泥穩(wěn)定碎石基層為代表的半剛性基層瀝青路面?zhèn)涫軓V大公路建設(shè)者的青睞。據(jù)統(tǒng)計，我國已建成的高速公路中，90% 以上使用的是此種路面結(jié)構(gòu)。這主要是由我國公路交通行業(yè)的特點(diǎn)—交通量大、軸載重的特殊狀況決定的，而這種特殊的交通狀況使我們選擇了半剛性基層瀝青路面為我國公路建設(shè)的主要路面結(jié)構(gòu)。表 1 為我國三十年來所建設(shè)的具有代表性的高速公路使用半剛性基層的情況。

表 1 半剛性基層結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程

我國全面建設(shè)小康社會的目標(biāo)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展乃至道路建設(shè)提出了更高、更遠(yuǎn)的要求。在這種環(huán)境下，為了進(jìn)一步滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對道路建設(shè)的要求，厚層半剛性基層結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，并且有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。這種情況從表 1 的近幾十年的幾條具有代表性的高速公所使用路基層的厚度增長情況就可看出。針對此種情況，并結(jié)合國外的研究應(yīng)用成果，對厚層半剛性基層的技術(shù)特點(diǎn)及存在的問題進(jìn)行了研究。

所謂厚層半剛性基層是指整個基層由穩(wěn)定類基層材料組成，厚度一般在 35 cm 以上，并具有較強(qiáng)的分布荷載能力。目前的研究認(rèn)為: 在路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性得以保證的條件下，厚層半剛性基層的經(jīng)濟(jì)性有明顯地提高，這是因?yàn)橄鄬τ跒r青面層來講，半剛性基層的修筑費(fèi)用要低的多。如果基層足夠承載行車荷載，那么面層只用作功能層，其厚度也就不用要求很高。正是基于這種理論，厚層半剛性基層的使用受到重視。

( 1) 技術(shù)特點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)的半剛性基層而言，厚層半剛性基層因其施工方式的不同而存在不同的力學(xué)性能。以目前比較有代表性的三種施工方式( 間斷分層施工、一次性施工和連續(xù)分層施工) 為前提，介紹其結(jié)構(gòu)特性，并對其進(jìn)行分析比較。

①間斷分層施工方式的基層特性

此種施工方式是在傳統(tǒng)方式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。由于基層厚度的不斷增加，而原有的施工機(jī)械水平有限，這就使設(shè)計時的整體厚度基層必須分兩層進(jìn)行間斷性施工( 即下基層經(jīng)過鋪筑養(yǎng)生成型了，再進(jìn)行上基層的鋪筑) 。雖然施工人員在接觸面上采取了各種方式來增加層間粘結(jié)強(qiáng)度，但是收效甚微。這種基層的主要特點(diǎn)是層間分層明顯，其受力模式為雙層薄板受力。雖然其整體強(qiáng)度不及其他兩種施工方式的強(qiáng)度，但由于其施工技術(shù)成熟，攤鋪和碾壓質(zhì)量可以得到充分保證，同時對機(jī)械水平要求較低。所以這個施工方式得到了大部分施工單位的青睞，也是目前大部分施工單位采用的基層施工方式。在對河南某高速公路現(xiàn)場調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的間斷分層施工方式在對上基層攤鋪碾壓時，對已成型好的下基層產(chǎn)生擾動和松散破壞，在兩層層間界面處就可能存在受力薄弱層。這成為路面在使用過程的一個巨大隱患。

②一次性施工方式的基層特性

隨著工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，大功率的攤鋪機(jī)和壓路機(jī)近幾年出現(xiàn)在公路施工現(xiàn)場。這也使得一次性施工方式成為了可能。通過最近幾年各地的試驗(yàn)路研究發(fā)現(xiàn): 一次性基層施工方式真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計整體性基層的目的，具有良好的結(jié)構(gòu)性能，降低了對土基強(qiáng)度的要求; 同時，它可以大大地縮短施工工期，降低施工單位的生產(chǎn)成本?？梢灶A(yù)見此種施工方式是未來基層施工發(fā)展的必然趨勢。但是其目前在施工技術(shù)控制方面的技術(shù)還有待完善。例如目前使用的級配設(shè)計方法是否適用于厚層水泥穩(wěn)定碎石混合料的設(shè)計，如何確定最佳的碾壓組合方式。壓實(shí)度是水泥穩(wěn)定碎石施工時控制工程質(zhì)量的有效手段，但在試驗(yàn)時出現(xiàn)灌砂法檢測壓實(shí)度“合格”的現(xiàn)象，取芯時部分芯樣空隙大，離析嚴(yán)重，底部有松散的問題，這說明壓實(shí)度檢測手段存在缺陷，這方面也值得深入研究。而限制這種施工方式廣泛推廣的另一個原因是施工機(jī)械的缺少。對于成本巨大的施工機(jī)械，許多施工單位寧可犧牲效率也不愿做如此巨大的投入。

③連續(xù)分層施工方式的基層特性

連續(xù)分層施工指下基層鋪筑壓實(shí)完成后( 并對下基層表面進(jìn)行拉毛處理以實(shí)現(xiàn)上下基層之間更好的結(jié)合) ，經(jīng)檢測合格后立即進(jìn)行上基層的鋪筑壓實(shí)工作。這種方式改善了第一種方式存在的受力薄弱層，同時也不會對已成型好的下基層造成擾動和松散破壞。但這種施工方式對材料供應(yīng)和快速檢測方法提出了更高的要求。如果材料供應(yīng)不及時或者檢測耗時較長，則隨著上下兩層鋪筑時間間隔的增加，其層間界面處的粘結(jié)情況會大打折扣，失去了“連續(xù)施工”的意義。對于連續(xù)分層施工方式的鉆芯取樣情況可以看出，其分層情況不明顯，且層間結(jié)合情況較好。在現(xiàn)有施工機(jī)械水平下，這種施工方式是一種效率較高，基層性能較好，可以大幅縮短工期的方式，值得在全國推廣。

( 2) 三種施工方式的比較

第一種施工方式雖然施工工藝簡單，但由于層間界面存在明顯的薄弱層，使得基層的整體性能大為降低; 而第二種施工方式因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了基層的整體性，所以大有應(yīng)用前景。但是由于目前還有很多技術(shù)問題難以解決，且滿足此種施工方式的工程機(jī)械購買費(fèi)用大，所以目前難以推廣( 特別是對于一些小型施工單位而言) 。而第三種施工方式取前兩種工藝的長處，基層的整體性能較強(qiáng)，可以滿足強(qiáng)度要求。目前的施工機(jī)械也完全可以滿足施工工藝的要求，因而比較適合大范圍推廣。

2 國外半剛性基層的使用情況

從世界幾個主要國家對于半剛性材料的使用情況可以看出，由于這種材料本身存在收縮大、抗變形差等先天性缺陷，同時作為基層使用時存在一定的隱蔽性和維修成本大等因素，因此使用時受到嚴(yán)格的限制。此外，由于國外的交通事業(yè)發(fā)展較早，一系列的公路養(yǎng)護(hù)管理以及對超載車輛的治理等制度建立的相對完善，所以對于基層的強(qiáng)度要求不高，車輛荷載主要由較厚的瀝青面層來承擔(dān)。雖然由于面層厚度的增加會導(dǎo)致初期投入的增加，但是其綜合效益卻是最佳的。

3 厚層半剛性基層使用所面臨的問題

從目前國內(nèi)外的對比中可以發(fā)現(xiàn)，我國對于半剛性基層使用的青睞和國外發(fā)達(dá)國家對它的謹(jǐn)慎使用形成了顯著的對比。

我國加入 WTO 已十年有余，與世界其他國家的外貿(mào)交易發(fā)展迅速，進(jìn)一步促進(jìn)了“地球村”的形成。而這個“村子”的人們卻對同一種材料持有不同的看法，這不得不使我們對于自己的做法進(jìn)行思考。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，厚層半剛性基層的廣泛使用主要得益于其強(qiáng)度大和建設(shè)成本低。而對其缺點(diǎn)( 干縮開裂致使瀝青面層開裂) 往往采取“亡羊補(bǔ)牢”的方法，即出現(xiàn)問題進(jìn)行修補(bǔ)，而這樣的修補(bǔ)本身就具有滯后性。同時由于位于面層之下基層具有隱蔽性，這就增加了其修復(fù)難度。

因此，在半剛性基層的病害得到有效解決之前，對于其使用應(yīng)該持謹(jǐn)慎態(tài)度。在確定瀝青路面設(shè)計方案時，對厚層半剛性基層瀝青路面和厚層瀝青路面的周期效益—成本進(jìn)行分析，必要時可以聘請國外專家進(jìn)行交流，以期確定出綜合效益最佳的路面設(shè)計方案。

4 結(jié) 論

通過對目前國內(nèi)流行的三種厚層半剛性基層施工方式下的基層技術(shù)特性進(jìn)行介紹，發(fā)現(xiàn)連續(xù)分層施工既可以滿足技術(shù)要求，又可滿足工程建設(shè)單位施工要求，并具有較大的推廣價值。同時對外國的半剛性材料的使用情況進(jìn)行了介紹，并與國內(nèi)的使用情況進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)了我國在半剛性基層的使用中還存在很多問題，需要進(jìn)一步研究。

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