碎(砾)石类基垫层可分为两种:级配型集料基垫层和填隙碎石基垫层。
(一)级配型集料基垫层
由各种大小不同粒级集料组成的混合料,当其颗粒组成符合技术规范的密实级配的要求时,称其为级配型集料。级配型集料可分为级配碎石、级配砾石和级配碎砾石。
级配型集料基垫层结构是按密实混合料原则修建的,其强度形成是靠集料颗粒间的摩阻或嵌锁力和细粒土的粘结力,经碾压密实联结所构成。要保证这种结构具有足够的强度,一定要使组成混合料的集料具有最佳级配和良好的颗粒形状,经充分拌和,使各级集料分布均匀,并碾压密实。否则将影响结构层的强度。这种基垫层结构的强度和稳定性还与集料的类型、集料的粒径有着密切的关系。级配碎石最好,级配碎砾石次之,级配砂砾最差。集料最大粒径含量、5mm以下颗粒含量和小于0.075mm颗粒的含量,对混合料的密实度和强度有较大影响,粒径0.5mm以下的颗粒含量是决定其液限和塑性指数的主要成分,对混合料结构层的水稳定性和冰冻稳定性有很大影响。液限和塑性指数愈高,则级配型集料的水稳性愈差。因此,选用这类材料作沥青路面的基层时,必须重视土基的含水量,偏离时应严格控制此种细料的含量。根据国内外以往的实践经验,级配型集料基层的塑性指数超过一定数值的路段,沥青面层往往出现早期的病害。因此,在实际工作中,对于级配型集料基层,主要要控制颗粒的级配组成,特别是其中的最大粒径、5mm以下、0.5mm以下和0.075mm以下的颗粒含量和塑性指数。同时在施工中要严格控制级配型集料的均匀性(它包括级配组成和含水量)和压实度。
级配型集料的用途因集料的类型不同而异,级配碎石可用于各级公路的基层和底基层,也可用作较薄沥青面层与半刚性基层之间的中间层,以减轻稳定土基层的裂缝反射到沥青面层上。未筛分碎石可直接用作底基层。级配砾石可用于二级和二级以下公路的基层及各级公路的底基层。
1.级配碎石基层
粗、细碎石集料和石屑各占一定比例的混合料,当其颗粒组成符合密实级配要求时,称为级配碎石。级配碎石可用未筛分碎石(控制最大粒径)和石屑(碎石场中粒径小于10mm的筛余细料)配合组成,也可由预先筛分成几个大小不同粒级的碎石配合组成。
(1)材料的基本要求。轧制碎石的材料可以是各种类型的坚硬岩石、圆石或矿渣。但圆石的粒径应大于碎石最大粒径的3倍以上,矿渣应已分解稳定,其质量和干密度比较均匀,干密度不小于960kg/m3。
1)最大粒径和级配。用于高速公路和一级公路基层及作半刚性路面的中间层时,最大粒径应不大于30mm,颗粒组成应符合规范级配的要求,并使级配曲线接近圆滑。用于二级和二级以下公路的基层时,最大粒径应不大于40mm,颗粒组成应符合相应规定。底基层可直接使用未筛分碎石,高速公路和一级公路的底基层,集料最大粒径宜小于40mm。二级和二级以下公路的底基层,集料最大粒径宜小于50mm,颗粒组成符合相应级配的要求。
2)塑性指数与液限。级配碎石用作基层时,其塑性指数与液限应符合要求。塑性指数偏大的情况下,塑性指数与0.5mm以下细土含量的乘积应符合规定:在年降雨量小于600mm的中干和干旱地区,地下水位对土基没有影响时,乘积不应大于120;在潮湿多雨地区,乘积不应大于100。
3)压碎值。级配型集料的压碎值依道路等级高低应不大于26%~40%。
4)集料的形状及杂质。碎石的颗粒形状应尽量接近球形或正方体,碎石中的扁平、长条颗粒的总含量应不超过20%。碎石中不应有粘土块、植物等有害杂质。
(2)混合料级配组成设计。在修筑级配碎石基层之前,需对各有关料场进行调查和试验,深入了解备料场材料的开采数量和技术状况。混合料级配组成设计就是确定组成混合料中各级矿料的比例。其掺配比例的确定方法,主要有数解法和图解法两大类。具体设计步骤可参考沥青混合料材料的组成设计。
图8-1 级配碎石工艺流程图
(3)路拌法施工(见图8-1):
1)备料。确定的未筛分碎石和石屑的掺配比例或不同粒级碎石和石屑的掺配比例,及各路段基层的宽度、厚度和预定的干压实密度,计算各段所需的未筛分碎石和石屑的数量或不同粒级碎石和石屑的数量,并计算每车料的堆放距离。
料场中未筛分碎石的含水量应较最佳含水量(约4%)大1%左右,以减少集料在运输过程中的离析现象。当未筛分碎石和石屑在料场按设计比例混合时,应同时洒水加湿,使混合料的含水量超过最佳含水量(约5%)1%左右,以减轻施工现场的拌和工作量和运输过程中的离析现象。
2)运输和摊铺集料。运输集料时,要求每车料的数量基本相同。在同一料场供料的路段内,应由远到近将料卸在下承层上。卸料的距离应严格掌握或由专人负责,不得卸置成一条“埂”。当预定级配碎石采用未筛分碎石和石屑分别运到路段上再进行拌和,则石屑不应预先运送到路上,以免雨淋受潮。
运料时应注意:为避免运到路上的集料因水分蒸发而变干,集料在下承层上的堆放时间不应过长,一般运送集料较摊铺集料提前数天。在雨季施工时,宜当天运输、摊铺、压实,以免下雨时料堆下面积水。
应事先通过试验确定集料的松铺系数。人工摊铺混合料时,松铺系数为1.40~1.50;平地机摊铺混合料时,松铺系数1.25~1.35。
摊铺机械一般采用平地机,应将集料均匀地摊铺在预定的宽度上,表面力求平整,并且有规定的路拱。路肩用料应同时摊铺。摊铺集料时应注意:当采用不同粒级的碎石和石屑时,应分层摊铺,大碎石铺在最下面,中碎石铺在大碎石上,小碎石铺在中碎石上,洒水使碎石湿润后,再摊铺石屑。采用未筛分碎石和石屑时,应在未筛分碎石摊铺平整后,在其较潮湿的情况下,按设计比例向上运送石屑,用平地机并辅以人工将石屑均匀地摊铺在碎石层上。也可用石屑撤布机将石屑均匀地撤在碎石层上。
混合料摊铺后,应检查其松铺厚度是否符合预计要求,必要时应进行减料或补料工作。
3)拌和及整型。为保证级配碎石的密实级配,拌和均匀是非常重要的。应采用稳定土拌和机来拌和级配碎石,在无稳定土拌和机的情况下,也可采用平地机或多铧犁与缺口圆盘耙相配合进行拌和。
用稳定土拌和机拌和时,拌和深度应达到级配碎石层底,如发现有“夹层”,应在进行最后一遍拌和之前先用多铧犁紧贴底面翻拌一遍。一般应拌和两遍以上。
用平地机拌和的方法是,用平地机将铺好石屑的碎石料翻拌,使石屑均匀分布到碎石料中,拌和时第一遍由路中心开始,将碎石混合料向中间翻,第二遍应是相反,从两边开始,将混合料向外翻。拌和过程中用洒水车洒足所需的水分。平地机拌和的作业长度,每段以300~500m为宜。
如级配碎石混合料在料场已经过混合,可视摊铺后混合料的具体情况(有无粗细颗粒离析),用平地机进行补充拌和。
拌和结束时,混合料的含水量应该均匀,并较最佳含水量大1%左右,没有粗细颗粒离析现象。
混合料拌和均匀后用平地机按规定的路拱进行整平和整型,其方法同稳定土基层施工。在整型过程中,应注意消除粗细集料的离析现象,并禁止任何车辆通行。
4)碾压。整型后,当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时,立即用12t以上三轮压路机、振动压路机或轮胎压路机进行碾压。碾压时应坚持“四先四后”的原则,后轮应重叠1/2轮宽,后轮必须超过两段的接缝处。碾压应一直进行到要求的密实度为止(压实度要求:基层和中间层为98%,底基层为96%)。一般需碾压6~8遍。应使表面无明显轮迹,并在路面两侧多压2~3遍。
对于含土的级配碎石层,都应进行滚浆碾压,一直压到碎石层中无多余细土泛到表面为止。滚到表面的浆(或事后变干的薄层土)应予清除干净。
严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车,禁止开放交通。
(4)中心站集中厂拌法施工。级配碎石用作半刚性路面的中间层时,应采用集中厂拌法拌制混合料,并用摊铺机摊铺。集中厂拌法施工时应注意:混合料的掺配比例一定要正确;在正式拌制级配碎石混合料前,必须先调试所用的厂拌设备,使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求;在采用未筛分碎石和石屑时,如未筛分碎石和石屑的颗粒组成发生明显变化时,应重新调整掺配比例。
2.级配砾石基层
粗细砾石集料和砂各占一定比例的混合料,当其颗粒组成符合密实级配要求时,称为级配砾石。天然砂砾掺加部分未筛分碎石组成的混合料称为级配碎砾石,其强度和稳定性介于级配碎石和级配砾石之间。(www.xing528.com)
(1)原材料的基本要求。天然砂砾符合规定的级配要求与塑性指数的要求时,可直接用作基层;否则,需筛除超尺寸颗粒或掺加砂砾料。
1)最大粒径与级配。作基层和底基层时,最大粒径分别不应超过40mm和50mm;颗粒组成应符合规范级配要求。
2)塑性指数与压碎值。类似级配碎石。
3)承载比。由于级配砾石的颗粒形状、组成和塑性指数等变异性较大,其强度变化也大。故材料要求承载比指标应不小于160%。
(2)路拌法施工。级配砾石基(垫)层施工方法与要求同上。
(二)填隙碎石基垫层
用单一尺寸的粗碎石作主骨料,形成嵌锁作用,用石屑填满碎石间的空隙,增加密实度和稳定性,这种结构称为填隙碎石。填隙碎石是一种典型的嵌锁型基层,其强度主要依靠碎石颗粒之间的嵌锁和摩阻作用所形成的内摩阻力,而颗粒之间的粘聚力是次要的。这种结构通过碾压,使粗碎石位移靠紧,相互嵌挤锁结(咬扣)而形成一层,并具有足够的强度。因此,要保证填隙碎石基层的强度,应选择石料强度大、有棱角、近正方体、颗粒尺寸均匀、表面粗糙的碎石,要保证充分压实,形成良好的嵌锁作用;粗碎石间的空隙一定要填满,以达到足够的密实度。同时要注意填隙料不要在表面单独成层,主骨料棱角应露出表面,有利于层间的结合。
填隙碎石又可称为干压或水结碎石,可用于各级公路的底基层和二级以下公路的基层。
1.材料的技术要求
(1)碎石的最大粒径和颗粒组成。填隙碎石作基层时,碎石的最大粒径不应超过60mm,用作底基层时,碎石的最大粒径不应超过80mm,其颗粒组成也应符合规定。
(2)集料压碎值。粗碎石可用具有一定强度的各种岩石或漂石轧制,也可用稳定的矿渣轧制。粗碎石用作基层时,集料压碎值不大于26%;用作底基层时,集料压碎值不大于30%。
(3)粗碎石中扁平、长条及软弱颗粒的含量不应超过15%。
(4)填隙料。轧制碎石时得到的5mm以下的细筛余料(石屑)是最好的填隙料,其颗粒组成和塑性指数应符合规定。填隙料的标称最大粒径以10mm为宜(其最大粒径可达15mm)。所用填隙料应是干燥的。
2.施工方法
准备下承层与施工放样同其他基层施工,流程见图8-2。
(1)备料。根据填隙碎石层的压实厚度确定粗碎石的最大粒径。一层压实厚度约为粗碎石最大粒径的1.5~2.0倍。然后依据各路段基层或底基层的宽度、厚度及松铺系数,计算各路段需要的粗碎石数量,并由运料车的车厢容积计算每车的堆放距离。填隙料的用量约为粗碎石重量的30%~40%。
图8-2 填隙碎石施工的工艺流程
粗碎石的松铺系数:当粗碎石最大粒径与压实层厚之比为0.5左右时,取1.3;当粗碎石最大粒径与压实层厚之比较大时,取1.2左右。
(2)运输和摊铺粗碎石。装料时应控制每车料的数量基本相等。卸料距离应严格控制或由专人负责,避免有的路段过多或不够,并注意每隔一定距离留一缺口。应用平地机或其他合适的机具将粗碎石均匀地摊铺在预定的宽度上,表面力求平整,并有规定的路拱。同时摊铺路肩用料。摊铺后应检查材料层的松铺厚度,如局部不符合时,应作减料或补料工作。
(3)撒铺填料和碾压。这一道工序非常重要,特别是湿压,它是保证填隙碎石强度和稳定性的关键工序。
干法施工的填隙碎石特别适宜于干旱缺水地区施工。其步骤如下:
1)初压。用8t两轮压路机碾压3~4遍,使碎石稳定就位。碾压顺序,直线段应由边到中、曲线段应由内侧路肩向外侧路肩进行。每次后轮重叠1/3轮宽。在第一遍湿压后,应再次找平。初压终了时,表面应平整,并具有要求的路拱和纵坡。
2)撒铺第一次填隙料。用石屑撤布机或类似的设备将干填隙料均匀地撒铺在已压稳的粗碎石层上,松厚约2.5~3.0cm。必要时,用人工或滚动式钢丝扫进行扫匀。
3)碾压。用振动压路机慢速碾压,要求将填隙料全部振入粗碎石的空隙中。路面两侧应多压2~3遍。
4)撤铺第二次填隙料。松厚约2.0~2.5cm,并扫匀。
5)第二次振动压实。在碾压过程中,出现局部填隙料不足时,应作人工找补。并将局部多余的填隙料用竹帚扫到不足之处或扫出路外。
6)经过两次振动压实后,若表面仍有未填满的空隙,则还需补撒填隙料,并用振动压路机继续碾压,直到全部空隙补填满为止。同时将局部多余的填隙料扫除,不应在粗碎石表面局部地方有自成一层的填隙料,表面必须能见到粗碎石,如上面为薄沥青面层,还应使粗碎石的棱角外露3~5mm,以保证沥青面层与基层的粘结良好。压实后应检查压实度,要求基层的固体体积率不小于85%,底基层的固体体积率不小于83%。
7)当设计厚度超过一层铺筑厚度,需再铺一层时,应将已压成的填隙碎石层表面的填隙料扫除一些,使表面粗碎石外露5~10mm,然后再摊铺第二层粗碎石,并重复以上步骤。
8)填隙碎石表面的空隙全部填满后,在表面先洒少量水,约3kg/m2,然后用12~15t三轮压路机再碾压1~2遍。在碾压过程中,不应有任何蠕动现象。
湿法施工与干法施工的近似,不同之处是:
1)粗碎石面层表面空隙全部填满后,立即用洒水车洒水,直到饱和。但应注意勿使多余水浸泡下承层。
2)用12~15t三轮压路机跟在洒水车后进行碾压。在碾压过程中,将湿填隙料继续扫入所出现的空隙中。需要时,再添加新的填隙料。洒水和碾压一直进行到细集料和水形成粉砂浆为止。粉砂浆应有足够的数量,以填充全部空隙,并在压路机轮前形成微波纹状。
3)干燥。碾压完成的路段要留待一定时间,让水分蒸发。结构层变干后,表面多余的细料,以及任何自成一薄层的细料覆盖层,都应扫除干净。
4)设计厚度超过一层铺筑厚度,需在上再铺一层时,待结构层变干后,应将已压成的填隙碎石层表面的填隙料扫除一些,使表面粗碎石外露5~10mm。然后在其上摊铺第二层粗碎石,并重复上述各个步骤。
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