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【摘 要】半刚性基层沥青路面在中国公路建设中具有重大的历史意义,直至目前,这种路面结构形式仍被广泛采用。据统计,我国高等级公路路面基层90%以上采用半刚性基层。文中对半刚性基层路面进行分析。
【关键词】半刚性;基层路面;再认识
1.半刚性基层的优点
1.1强度高
一般来说,半刚性基层具有较高的强度,且具有强度随龄期不断增长的特性,因此半刚性基层路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。已有工程证明,半刚性基层沥青路面的承裁能力完全可由半刚性基层分担,沥青面层可起功能层的作用。
1.2稳定性好
半刚性基层材料具有较高的水稳性和抗凉稳定性,因此在水的作用及多次冻融反复作用下而不影响半刚性基层的承载能力。
1.3刚性大
水泥稳定碎石混合料基层抗压回弹模量值可高达1800MPa,因而其上沥青面层弯拉应力相应减少,从而提高了沥青面层的耐久性。
1.4建设成本低
半刚性基层由于可以就地取材,水泥、石灰、粉煤灰、石料等筑路材料当地一般都能供应,所以成本较低,可节约高速公路造价。
2.半刚性基层路面的缺点
几十年来,半刚性基层的应用及研究虽然取得了丰硕的成果,但远未达到完美的程度。
半刚性基层的缺陷如下:(1)半刚性基层的收缩裂缝及由此引起沥青路面的反射裂缝不同程度的存在;(2)半刚性基层非常致密,水从各种途径进入路面并到达基层后,不能从基层迅速排走,只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚,造成路面破坏;(3)半剛性基层材料的强度、模量会由于干湿和冻融循环,在反复荷载的作用下因疲劳而逐渐衰减;(4)半刚性基层沥青路面对重载车来说具有更大的轴载敏感性;(5)半刚性基层损坏后没有自愈能力,且无法进行缓解。
综上所述,我们要用客观的眼光看问题,不能因为半刚性基层存在问题就一棍子打死,在全厚式沥青路面没有研究成熟前,半刚性基层路面仍将是主流,所以半刚性基层挖潜是当务之急。
3.水泥稳定碎石基层施工中存在的问题
3.1压实度超百
大家都知道水泥稳定碎石基层施工中,压实度超百现象非常普遍,按照真实的压实度数据统计,超百率应在50%以上。但是,在各级检查及验收中,不允许压实度超百,这就使施工单位要么在资料中造假,求得“合格”的资料;要么在施工中减少压实遍数,降低压实度以使资料“过关”。不论施工单位采取何种方式让内业资料“合格”,都会给高速公路带来致命的后果。承包商采用造“假资料”的方法掩盖了压实度超百现象,给设计单位和科研牟位一种错误认识,致使目前对压实度超百重视不够,对压实度超百的原因缺乏分析研究,阻碍了半刚性基层的发展;如果施工单位用减少压实遍数的方法来获得“合格”的内业资料,其后果更加可怕。压实遍数不够,虽然表面上看压实度合格了,其实真正的结果是压实度不够,因为压实度与强度成正比,于是带来另一个后果是强度不够。为增加强度,因为调整级配对增加强度不明显,增加水泥剂量使成为首选。
3.2裂缝严重
尽管水泥稳定碎石基层应用多年,但是裂缝问题一直无法根除。水泥稳定碎石施工后不久便出现明显的裂缝,尤其过冬后更是裂得惨不忍睹,严重者3-5m就会有一道通透式裂缝。基层裂缝反射到面层引起高速公路的早期破坏。
半刚性基层的裂缝引起面层的反射裂缝,雨水从裂缝中通过面层和基层进入底基层,经过轮胎的挤压和泵吸的反复作用,造成路基唧泥和路面坑槽,是引起高速公路早期破坏的主要原因。
基层裂缝一般以横裂为主,随着时间的推移,这类裂缝都会通裂,当横缝较密集时(例如每5m一道),还会伴随出现纵向裂缝,这与成板理论有关:一般基层的宽度在11m左右,当出现每5m一道的横裂缝后,这块基层板就变成了横向的狭长板,长宽比失当,在这个狭长板的中间附近就会继续开裂出纵缝,以维持这块板的长宽比例。许多人对于出现纵缝深表忧虑,认为路基有质量问题或基层有严重的施工质量问题,当然出现纵裂要警惕路基问题,但一定比列的纵向裂缝只是由于横缝导致的长宽比例失当诱发新的裂缝之故。
3.2.1水泥
早强水泥是施工单位愿意采用的,因为规范是按7天无侧限强度来描述基层施工质量的,但对于基层的品质而言,早强水泥在前期提供了过高过快的强度发展指标,使基层过早的塑化,同样的由于基层施工的宽度、厚度、长度都达到了一个很极端的状态,内部应力过大,这也是导致开裂的因素之一;水泥的用量增加除了使强度增加而贡献裂缝之外,过多的水泥也会增加化学收缩、自生收缩发生的趋势;水泥的初终凝时间更为重要,但这也有两面性:初终凝时间不够,会直接影响的基层的施工质量,毕竟基层施工需要一定的工作时间才能完成摊铺碾压,但时间过长,水分散逸,水化热不能充分进行,未充分水化的水泥则成了开裂的诱因。
目前,尚未见更多水泥对裂缝影响的的研究资料、报告,现行规范中提及了水泥用量的研究结果(水泥用量超过6%时开裂明显)被大家所认同,但事实上也不尽然,广东惠(州)河(源)高速公路基层施工中对水泥使用量的统计结果表明,当水泥的用量达到5%以上时,基层开裂出现高峰,这当然与不同水泥的品质有关系。另一个值得提及的问题是:现行规范又要求施工中的水泥用量不得低于其设计用量的下置信,这为坚持多是用水泥的人士提供了依据,广东某工地的基层施工中,由于监理方坚持按下置信度控制水泥的最低用量,在Cv值较大的情况下,为了保证下置信值,水泥用量一度在6.5%-7.0%之间,造成基层裂缝严重,这是必须引起关注的。
3.2.2石屑
石屑在基层配合比设计中占有重要位置,但一般用在基层的石屑的质量令人担忧,0.075mm以下的比例很难保证在5%-7%以下;含泥量也偏大,这与石场的加工工艺有关,雨天采石加工也是个问题。正在施工的广东汕(头)梅(州)高速公路某标段在基层施工中,采用几乎没有0.075mm以下的石屑,施工中发现混合料的板结性不好,发糟,没粘性,碾压成型的基层表面松散,但基层施工一个月后笔者进行裂缝调查发现该项目的基层裂缝很少,局部地区有隔10m一道的横裂缝;另一个实例是在京珠南高速公路施工中,某标段采用0-30mm碎石加砂掺配成满足规范要求的混合料施工基层,施工后一个月后开始出现横裂缝,后来有一段基层采用0-30mm碎石加石屑施工,养生期间已开始出现近10m间隔一道的横裂缝,半月后,裂缝达到4.5延m一道,筛分结果得知0.075mm以下的粉料达到了8.7%。
4.半刚性基层路面缺陷分析
从世界范围上看半刚性基层并没有“绝迹”,南非、前苏联等,甚至欧洲发达国家的中低交通路面都一直在使用半刚性基层,并没有发生类似我国的高速公路早期破坏现象,所以把目前我国高速公路的早期破坏现象完全归咎于半刚性基层是不客观的。目前半刚性基层的突出问题是裂缝,其他的问题大都是由于裂缝衍生出来的。例如,“半刚性基层非常致密,水从各种途径进入路面并到达基层后,不能从基层迅速排走”,就是说,如果没有裂缝,就不存在水进入基层的问题了,“半刚性基层损坏后没有自愈能力”,说明如果没有裂缝也不存在需要自愈的问题了。我们必须抓住问题的本质,在解决裂缝上下功夫,只要解决了裂缝问题,半刚性基层仍具有强大的生命力,完全可以与柔性基层、全厚式沥青路面抗衡,仍将继续为我国的高速公路发展作出贡献。■
【参考文献】
[1]王龙,解晓光,于立泽.成型方法对半刚性基层材料配合比设计的影响[J].公路交通科技,2013(02).
[2]胡力群.半刚性基层材料结构类型与组成设计研究[D].长安大学,2004.
【关键词】半刚性;基层路面;再认识
1.半刚性基层的优点
1.1强度高
一般来说,半刚性基层具有较高的强度,且具有强度随龄期不断增长的特性,因此半刚性基层路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。已有工程证明,半刚性基层沥青路面的承裁能力完全可由半刚性基层分担,沥青面层可起功能层的作用。
1.2稳定性好
半刚性基层材料具有较高的水稳性和抗凉稳定性,因此在水的作用及多次冻融反复作用下而不影响半刚性基层的承载能力。
1.3刚性大
水泥稳定碎石混合料基层抗压回弹模量值可高达1800MPa,因而其上沥青面层弯拉应力相应减少,从而提高了沥青面层的耐久性。
1.4建设成本低
半刚性基层由于可以就地取材,水泥、石灰、粉煤灰、石料等筑路材料当地一般都能供应,所以成本较低,可节约高速公路造价。
2.半刚性基层路面的缺点
几十年来,半刚性基层的应用及研究虽然取得了丰硕的成果,但远未达到完美的程度。
半刚性基层的缺陷如下:(1)半刚性基层的收缩裂缝及由此引起沥青路面的反射裂缝不同程度的存在;(2)半刚性基层非常致密,水从各种途径进入路面并到达基层后,不能从基层迅速排走,只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚,造成路面破坏;(3)半剛性基层材料的强度、模量会由于干湿和冻融循环,在反复荷载的作用下因疲劳而逐渐衰减;(4)半刚性基层沥青路面对重载车来说具有更大的轴载敏感性;(5)半刚性基层损坏后没有自愈能力,且无法进行缓解。
综上所述,我们要用客观的眼光看问题,不能因为半刚性基层存在问题就一棍子打死,在全厚式沥青路面没有研究成熟前,半刚性基层路面仍将是主流,所以半刚性基层挖潜是当务之急。
3.水泥稳定碎石基层施工中存在的问题
3.1压实度超百
大家都知道水泥稳定碎石基层施工中,压实度超百现象非常普遍,按照真实的压实度数据统计,超百率应在50%以上。但是,在各级检查及验收中,不允许压实度超百,这就使施工单位要么在资料中造假,求得“合格”的资料;要么在施工中减少压实遍数,降低压实度以使资料“过关”。不论施工单位采取何种方式让内业资料“合格”,都会给高速公路带来致命的后果。承包商采用造“假资料”的方法掩盖了压实度超百现象,给设计单位和科研牟位一种错误认识,致使目前对压实度超百重视不够,对压实度超百的原因缺乏分析研究,阻碍了半刚性基层的发展;如果施工单位用减少压实遍数的方法来获得“合格”的内业资料,其后果更加可怕。压实遍数不够,虽然表面上看压实度合格了,其实真正的结果是压实度不够,因为压实度与强度成正比,于是带来另一个后果是强度不够。为增加强度,因为调整级配对增加强度不明显,增加水泥剂量使成为首选。
3.2裂缝严重
尽管水泥稳定碎石基层应用多年,但是裂缝问题一直无法根除。水泥稳定碎石施工后不久便出现明显的裂缝,尤其过冬后更是裂得惨不忍睹,严重者3-5m就会有一道通透式裂缝。基层裂缝反射到面层引起高速公路的早期破坏。
半刚性基层的裂缝引起面层的反射裂缝,雨水从裂缝中通过面层和基层进入底基层,经过轮胎的挤压和泵吸的反复作用,造成路基唧泥和路面坑槽,是引起高速公路早期破坏的主要原因。
基层裂缝一般以横裂为主,随着时间的推移,这类裂缝都会通裂,当横缝较密集时(例如每5m一道),还会伴随出现纵向裂缝,这与成板理论有关:一般基层的宽度在11m左右,当出现每5m一道的横裂缝后,这块基层板就变成了横向的狭长板,长宽比失当,在这个狭长板的中间附近就会继续开裂出纵缝,以维持这块板的长宽比例。许多人对于出现纵缝深表忧虑,认为路基有质量问题或基层有严重的施工质量问题,当然出现纵裂要警惕路基问题,但一定比列的纵向裂缝只是由于横缝导致的长宽比例失当诱发新的裂缝之故。
3.2.1水泥
早强水泥是施工单位愿意采用的,因为规范是按7天无侧限强度来描述基层施工质量的,但对于基层的品质而言,早强水泥在前期提供了过高过快的强度发展指标,使基层过早的塑化,同样的由于基层施工的宽度、厚度、长度都达到了一个很极端的状态,内部应力过大,这也是导致开裂的因素之一;水泥的用量增加除了使强度增加而贡献裂缝之外,过多的水泥也会增加化学收缩、自生收缩发生的趋势;水泥的初终凝时间更为重要,但这也有两面性:初终凝时间不够,会直接影响的基层的施工质量,毕竟基层施工需要一定的工作时间才能完成摊铺碾压,但时间过长,水分散逸,水化热不能充分进行,未充分水化的水泥则成了开裂的诱因。
目前,尚未见更多水泥对裂缝影响的的研究资料、报告,现行规范中提及了水泥用量的研究结果(水泥用量超过6%时开裂明显)被大家所认同,但事实上也不尽然,广东惠(州)河(源)高速公路基层施工中对水泥使用量的统计结果表明,当水泥的用量达到5%以上时,基层开裂出现高峰,这当然与不同水泥的品质有关系。另一个值得提及的问题是:现行规范又要求施工中的水泥用量不得低于其设计用量的下置信,这为坚持多是用水泥的人士提供了依据,广东某工地的基层施工中,由于监理方坚持按下置信度控制水泥的最低用量,在Cv值较大的情况下,为了保证下置信值,水泥用量一度在6.5%-7.0%之间,造成基层裂缝严重,这是必须引起关注的。
3.2.2石屑
石屑在基层配合比设计中占有重要位置,但一般用在基层的石屑的质量令人担忧,0.075mm以下的比例很难保证在5%-7%以下;含泥量也偏大,这与石场的加工工艺有关,雨天采石加工也是个问题。正在施工的广东汕(头)梅(州)高速公路某标段在基层施工中,采用几乎没有0.075mm以下的石屑,施工中发现混合料的板结性不好,发糟,没粘性,碾压成型的基层表面松散,但基层施工一个月后笔者进行裂缝调查发现该项目的基层裂缝很少,局部地区有隔10m一道的横裂缝;另一个实例是在京珠南高速公路施工中,某标段采用0-30mm碎石加砂掺配成满足规范要求的混合料施工基层,施工后一个月后开始出现横裂缝,后来有一段基层采用0-30mm碎石加石屑施工,养生期间已开始出现近10m间隔一道的横裂缝,半月后,裂缝达到4.5延m一道,筛分结果得知0.075mm以下的粉料达到了8.7%。
4.半刚性基层路面缺陷分析
从世界范围上看半刚性基层并没有“绝迹”,南非、前苏联等,甚至欧洲发达国家的中低交通路面都一直在使用半刚性基层,并没有发生类似我国的高速公路早期破坏现象,所以把目前我国高速公路的早期破坏现象完全归咎于半刚性基层是不客观的。目前半刚性基层的突出问题是裂缝,其他的问题大都是由于裂缝衍生出来的。例如,“半刚性基层非常致密,水从各种途径进入路面并到达基层后,不能从基层迅速排走”,就是说,如果没有裂缝,就不存在水进入基层的问题了,“半刚性基层损坏后没有自愈能力”,说明如果没有裂缝也不存在需要自愈的问题了。我们必须抓住问题的本质,在解决裂缝上下功夫,只要解决了裂缝问题,半刚性基层仍具有强大的生命力,完全可以与柔性基层、全厚式沥青路面抗衡,仍将继续为我国的高速公路发展作出贡献。■
【参考文献】
[1]王龙,解晓光,于立泽.成型方法对半刚性基层材料配合比设计的影响[J].公路交通科技,2013(02).
[2]胡力群.半刚性基层材料结构类型与组成设计研究[D].长安大学,2004.