中南大學(xué)路基路面工程課件9.中低級(jí)路面與基層

路基路面工程2011.03主講周建普2021/10/10星期日19.1塊料路面與基層

9.2碎、礫石路面與基層

9.3無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層

9.中低級(jí)路面與基層2021/10/10星期日29.1.1塊料路面

用塊狀石料或混凝土預(yù)制塊輔筑的路面稱為塊料路面。塊料路面的主要優(yōu)點(diǎn)：堅(jiān)固耐久、清潔少塵、養(yǎng)護(hù)修理方便。特別適用與土基不夠穩(wěn)定的橋頭高填土路段、鐵路交叉口、有地下管線的城市道路。塊料路面的主要缺點(diǎn)：手工鋪筑，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，鋪筑進(jìn)度慢，建筑費(fèi)用高，快料之間容易出現(xiàn)松動(dòng)。(1)塊料路面的構(gòu)造特點(diǎn)必須設(shè)置整平層，塊料之間需嵌填填縫料，使塊料滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。整平層是用來墊平基礎(chǔ)表面及塊料底面，以保證塊料頂面平整及緩和車輛行駛時(shí)的沖擊、振動(dòng)作用。一般2-3cm厚，材料為級(jí)配良好的中、粗砂，有時(shí)用煤渣，石屑以及水泥砂或?yàn)r青砂。填縫料主要是用來填充塊料間縫隙，嵌緊塊料，提高路面整體性。保護(hù)塊料邊角，防止路表水下滲。一般用砂，有時(shí)要用水泥砂或?yàn)r青瑪蹄脂。塊料路面基層一般采用粒料基層和半剛性基層9.1塊料路面與基層2021/10/10星期日3(2)塊料路面的強(qiáng)度構(gòu)成主要是基礎(chǔ)的承載力和塊料之間的摩擦力所構(gòu)成塊料路面厚度取決于交通、基層結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度、環(huán)境等因素，主要由半經(jīng)驗(yàn)－半理論方法確定。9.1塊料路面與基層圖9-2基層厚度與塊料厚度的關(guān)系圖9-1塊石受荷載時(shí)力的平衡p-垂直壓力；r-塊石側(cè)面摩擦力；σ-基層承載力2021/10/10星期日4（3）塊料路面的分類

根據(jù)塊料的來源不同,可分為天然塊料路面和機(jī)制塊料路面。

天然塊料路面:由石料經(jīng)修琢塊狀材料的路面。

機(jī)制塊料路面:由預(yù)制的水泥混凝土小塊鋪筑的路面。9.1塊料路面與基層9.1.2塊料基層

采用錐形塊石、片石、卵石或混凝土塊手工擺砌，并用碎石嵌縫壓實(shí)而成的基層。2021/10/10星期日59.2.1碎石路面與基層用加工扎制的碎石按嵌擠原理鋪筑壓實(shí)而成的路面，稱為碎石路面。按施工方法及所用填充結(jié)合料分為水結(jié)碎石、泥結(jié)碎石，級(jí)配碎石和干壓碎石等路面。碎石路面通常用砂、礫石、天然砂礫或塊石為基層，有時(shí)直接輔筑在路基上。碎石路面的強(qiáng)度構(gòu)成主要依靠石料的嵌擠作用以及充填結(jié)合料的粘結(jié)作用。嵌擠力大小取決于石料的內(nèi)摩擦角，粘結(jié)力大小取決于填充結(jié)合料的內(nèi)聚力及其與骨料之間的粘附力大小。(1)水結(jié)碎石路面與基層 用大小不同的扎制碎石從大到小分層鋪筑，經(jīng)灑水輾壓而成的結(jié)構(gòu)層。其強(qiáng)度由碎石之間的嵌擠作用以及輾壓時(shí)產(chǎn)生的石粉與水形成的石粉漿的粘結(jié)作用而構(gòu)成。由于石灰?guī)r和白云巖石粉的粘結(jié)力較強(qiáng)，因此是水結(jié)碎石路面與基層的常用石料。碎（礫）石路面：用加工軋制的碎（礫）石作主骨料，以石渣、石屑嵌縫，用粘土或石灰土泥漿灌縫并經(jīng)壓實(shí)形成的路面。

9.2碎、礫石路面與基層2021/10/10星期日6(2)泥結(jié)碎石路面與基層碎石作骨料，粘土作填充料和結(jié)合料，經(jīng)鋪筑壓實(shí)而成的一種結(jié)構(gòu)層。其強(qiáng)度不僅有賴于碎石的相互嵌擠作用，同時(shí)也有賴與粘土的粘結(jié)作用，因含有一定數(shù)量的粘土，水穩(wěn)性較差，不宜作瀝青路面的基層。(3)泥灰結(jié)碎石路面與基層以碎石為骨料，石灰土作填充結(jié)合料經(jīng)壓實(shí)而形成的結(jié)構(gòu)層。因摻入了石灰，提高了水穩(wěn)定性，用作基層與泥結(jié)碎石相比，適應(yīng)性更好。(4)填隙干壓碎石基層以碎石作骨料，形成嵌擠作用，用石屑填滿孔隙，增加密實(shí)度，采用干壓方式，這種結(jié)構(gòu)填隙碎石?？勺髀访婊鶎踊虻谆鶎?。

9.2.2級(jí)配礫（碎）石路面與基層用粒徑大小不同的粗細(xì)礫（碎）石集料和砂（或石屑）各占一定比例的混合料，其顆粒組成符合密實(shí)級(jí)配要求，其中包括一部分塑性指教較高的粘土填充孔隙并起粘結(jié)作用，經(jīng)壓實(shí)后形成密實(shí)結(jié)構(gòu)。9.2碎、礫石路面與基層2021/10/10星期日7（1）分類級(jí)配礫石路面與基層；

級(jí)配碎石路面與基層；原狀礫（碎）石路面與基層；天然砂粒石基（墊）層：天然砂粒經(jīng)攤鋪壓實(shí)而成的路面結(jié)構(gòu)層，不完全符合級(jí)配要求，但可就地取材，施工簡(jiǎn)易，造價(jià)低廉。磨耗層與保護(hù)層：為提高碎（礫）石路面的平整度，抵抗車輪和自然因素的磨損和破壞作用，用堅(jiān)硬耐磨的級(jí)配粒料加鋪在碎（礫）石路面上的結(jié)構(gòu)層。磨耗層：是路面的表面部分，作用是抵抗車輪荷載和自然因素對(duì)路面的破壞作用，提高路面平整度，改善行車條件。厚度≤4cm。保護(hù)層：鋪筑在磨耗層上面，用來減少車輪對(duì)磨耗層的直接磨損和自然因素對(duì)磨耗層的直接影響。厚度≤1cm。9.2碎、礫石路面與基層2021/10/10星期日8（2）材料要求與施工流程級(jí)配碎石①符合最佳級(jí)配；②壓碎值不大于26；③針片狀含量不超過20％；④小于0.5mm的細(xì)料應(yīng)無塑性且液限應(yīng)小于25

。圖9-3集中廠拌法施工工序（適用于高速、一級(jí)公路的優(yōu)質(zhì)級(jí)配碎石）準(zhǔn)備下承層施工放樣石料運(yùn)輸石料廠拌現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械攤鋪(松鋪系數(shù)1.25～1.35)灑水振動(dòng)碾壓成型圖9-4路拌法施工工序（適用于二級(jí)以下公路的普通級(jí)配碎石）準(zhǔn)備下承層施工放樣未篩分碎石運(yùn)輸和攤鋪（平地機(jī)）運(yùn)輸和撒布石屑、整形灑水振動(dòng)碾壓成型9.2碎、礫石路面與基層2021/10/10星期日9級(jí)配礫石宜于選擇河床潔凈砂礫，要求顆粒尺寸在5～40mm之間，其中25～40mm含量不少于50%，為防止凍脹和濕軟，應(yīng)注意控制小于0.5mm細(xì)料的含量和塑性指數(shù)。在中濕和潮濕路段，用作瀝青路面的基層時(shí)，應(yīng)在級(jí)配礫石中摻石灰。圖9-5級(jí)配礫石拌合法施工工藝準(zhǔn)備下承層施工放樣整形碾壓運(yùn)輸和攤鋪摻配集料運(yùn)輸和攤鋪主要集料灑水拌合必要時(shí)灑水原狀礫（碎）石土原狀礫（碎）石的性質(zhì)取決于混合料中石、土的比例和石塊的級(jí)配分布，石、土比例小于7：3的不宜用作基層，一般應(yīng)通過顆粒分析后決定其是否用于粒料類結(jié)構(gòu)層還是用于穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層。級(jí)配不良，很難通過調(diào)整級(jí)配達(dá)到級(jí)配粒料類標(biāo)準(zhǔn)的只能用于路基填料。9.2碎、礫石路面與基層2021/10/10星期日109.3無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層

9.3.1概述（1）在粉碎的或原來松散的土中摻入適量的無機(jī)結(jié)合料（水泥、石灰、工業(yè)廢渣等）和水，經(jīng)拌和得到的混合料在壓實(shí)和養(yǎng)生后，其抗壓強(qiáng)度符合規(guī)定要求，稱為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料。（2）無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料具有穩(wěn)定性好，抗凍性能強(qiáng)，結(jié)構(gòu)本身自成板體等特點(diǎn)，但其不耐磨，因此廣泛用于鋪筑路面結(jié)構(gòu)的基層和底基層。（3）按土中單個(gè)顆粒（指碎石、礫石、土顆粒）的粒徑大小和組成，分為粗粒土、中粒土、細(xì)粒土。不同的土與不同的無機(jī)結(jié)合料拌和得到不同的穩(wěn)定材料，如石灰土、水泥土、二灰土、水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定砂礫等。（4）無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層的重要特點(diǎn)是：強(qiáng)度和模量隨齡期的延長(zhǎng)而不斷增長(zhǎng)，逐漸具有一定的剛性性質(zhì)。一般規(guī)定水泥穩(wěn)定材料設(shè)計(jì)齡期為3個(gè)月，石灰和石灰粉煤灰穩(wěn)定類材料設(shè)計(jì)齡期為6個(gè)月。2021/10/10星期日119.3.2無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的物理力學(xué)特性力學(xué)參數(shù)（MPa)28天90天180天28天／180天90天／180天抗壓強(qiáng)度（R）4.495.576.330.710.88抗壓回彈模量（Ep)2093309738720.540.80劈裂強(qiáng)度（sp）0.4130.6340.8130.510.78劈裂模量（Esp）53392612870.410.72水泥穩(wěn)定碎石的力學(xué)特性指標(biāo)與齡期的關(guān)系表9-1石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石的力學(xué)特性指標(biāo)與齡期關(guān)系表9-2力學(xué)參數(shù)（MPa)28天90天180天28天／180天90天／180天抗壓強(qiáng)度（R）3.105.758.360.370.69抗壓回彈模量（Ep)1086199328590.380.70劈裂強(qiáng)度（sp）0.2190.5360.9130.410.59劈裂模量（Esp）35996017200.370.56結(jié)合料穩(wěn)定材料的應(yīng)力-應(yīng)變特性與原材料的性質(zhì)、結(jié)合料的性質(zhì)和劑量及密實(shí)度、含水量、齡期、溫度等有關(guān)。

（1）應(yīng)力—應(yīng)變特性9.3無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日12（2）疲勞特性

圖9-6二灰砂礫(小梁)應(yīng)力強(qiáng)度比疲勞壽命曲線散點(diǎn)概率分布曲線回歸的對(duì)數(shù)疲勞曲線在一定的應(yīng)力條件下，整體性材料的疲勞壽命取決于材料的強(qiáng)度和剛度。強(qiáng)度愈大剛度愈小，其疲勞壽命就愈長(zhǎng)。9.3.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日13（3）干縮特性無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的干縮特性(最大干縮應(yīng)變和平均干縮系數(shù))的大小與結(jié)合料的類型、劑量、被穩(wěn)定材料的類別、粒料含量、小于0.5mm的細(xì)顆粒的含量、試件含水量和齡期等有關(guān)。（4）溫縮特性溫度收縮的大小與結(jié)合料類型和劑量、被穩(wěn)定材料的類別、粒料含量、齡期等有關(guān)。9.3.3石灰穩(wěn)定類基層在粉碎的或原狀松散的土中摻入適量的石灰和水，經(jīng)拌和，在最佳含水量下攤鋪、壓實(shí)及養(yǎng)生而成的路面基層，稱為石灰穩(wěn)定類基層。 如：石灰+細(xì)粒土——石灰土（1）石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度形成原理土中加入適量石灰，在最佳含水量下按勻壓實(shí)，石灰與土發(fā)生一系列物理、化學(xué)作用，使土的性質(zhì)發(fā)生改變。主要有四個(gè)方面：

①離子交換作用；②結(jié)晶作用；③火山灰作用；④碳酸化作用。9.3.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日14（2）石灰穩(wěn)定土強(qiáng)度的影響因素

土質(zhì)：塑性指數(shù)7～17的粘性土穩(wěn)定效果最好；塑性指數(shù)過大的重粘土不宜破碎和拌合，效果變差；塑性植樹小于4的土不宜用石灰穩(wěn)定；有機(jī)質(zhì)含量大于10％和硫酸鹽類含量大于0.8％的土不宜用石灰穩(wěn)定?；屹|(zhì)：石灰細(xì)度——應(yīng)是磨細(xì)生石灰粉；石灰有效活性成分——盡量縮短石灰的存放時(shí)間，滿足有效鈣美含量要求。石灰劑量：石灰劑量較低(小于3～4％)時(shí)，石灰主要起穩(wěn)定作用，土的塑性、膨脹、吸水量減小，使土的密實(shí)度、強(qiáng)度得到改善。隨著劑量的增加，強(qiáng)度和穩(wěn)定性均提高，但劑量超過一定范圍時(shí)，強(qiáng)度反而降低。生產(chǎn)實(shí)踐中常用的最佳劑量范圍，對(duì)于粘性土及粉性土為8～14％；對(duì)砂性土則為9～16％。

含水量：水促使石灰土發(fā)生物理化學(xué)變化，形成強(qiáng)度；便于土的粉碎、拌和與壓實(shí)，并且有利于養(yǎng)生。加入石灰后，土的最佳含水量增加。密實(shí)度：石灰土的強(qiáng)度隨密實(shí)度的增加而增長(zhǎng)。實(shí)踐證明，石灰土的密實(shí)度每增減1%，強(qiáng)度約增減4%左右。而密實(shí)的石灰土，其抗凍性、水穩(wěn)定性也好，縮裂現(xiàn)象也少。9.3.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日15石灰土的齡期：石灰土強(qiáng)度具有隨齡期增長(zhǎng)的特點(diǎn)。一般石灰土初期強(qiáng)度低，前期(1～2個(gè)月)增長(zhǎng)速率較后期為快。1個(gè)月抗壓強(qiáng)度達(dá)到30％，3個(gè)月達(dá)到60％，設(shè)計(jì)齡期為6個(gè)月。養(yǎng)生條件：溫度條件，溫度高時(shí)，物理化學(xué)反應(yīng)、硬化、強(qiáng)度增長(zhǎng)快，反之強(qiáng)度增長(zhǎng)慢；濕度條件，一定潮濕條件下養(yǎng)生強(qiáng)度的形成比在一般空氣中養(yǎng)生要好。（3）石灰土的應(yīng)用低劑量（3～4%）用于地基處理，高劑量用于二級(jí)以下公路基層或底基層；穩(wěn)定細(xì)粒土不宜直接用作瀝青路面的基層;冰凍地區(qū)的潮濕路段或其他地區(qū)的過濕路段，不宜采用石灰土做基層；不宜用作水泥路面的基層。（4）石灰土的配合比各種土類的合理石灰劑量可參考表9-3中數(shù)值，最低的石灰劑量通過7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確定,石灰土的最佳含水量通過擊實(shí)試驗(yàn)確定。9.3.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日16（5）石灰土的施工生石灰應(yīng)在使用前7～10天進(jìn)行充分消解成熟石灰粉，熟石灰粉應(yīng)盡快使用；路拌法或廠拌法拌合，細(xì)粒土拌合后悶料12小時(shí)，拌壓時(shí)間不超過2d；現(xiàn)場(chǎng)配合比比實(shí)驗(yàn)室配合比提高1％的石灰劑量和含水量；覆蓋保濕養(yǎng)生不少于7d。各種土類的合理石灰劑量表9-3結(jié)構(gòu)層位土類中、粗粒土塑性指數(shù)<12其他細(xì)粒土基層5～1310～163～7底基層5～118～14—9.3.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日179.3.4水泥穩(wěn)定類基層

（1）概述水泥穩(wěn)定類基層:在粉碎的或原狀松散的土中摻入適量的水泥和水，在最佳含水量下拌和攤鋪、壓實(shí)的養(yǎng)護(hù)成型的路面基層。 如：水泥+細(xì)粒土——水泥穩(wěn)定土水泥穩(wěn)定土可作路面基層和底基層，但禁止作高速公路和一級(jí)公路的基層，只能作底基層。水泥穩(wěn)定粒料可作各級(jí)公路的基層和底基層，尤其適用于水泥路面。（2）水泥穩(wěn)定類材料強(qiáng)度形成原理水泥和土、水之間發(fā)生多種非常重要的作用，使土的性能發(fā)生明顯變化?；瘜W(xué)作用：如水泥顆粒的水化，硬化作用，有機(jī)物的聚合作用，水泥的水化產(chǎn)物與粘土礦物之間的化學(xué)作用等。物理化學(xué)作用：如粘土顆粒與水泥及水泥水化產(chǎn)物間的吸附作用。微粒的凝聚作用，水及水化產(chǎn)物的擴(kuò)散、滲透作用，水化產(chǎn)物的溶解、結(jié)晶作用等。物理作用：如土塊的機(jī)械粉碎作用，混合料的拌和、壓實(shí)作用等。9.3.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日18（3）水泥穩(wěn)定類材料強(qiáng)度的影響因素土質(zhì)：穩(wěn)定級(jí)配良好的碎(礫)石和砂礫，效果最好，不但強(qiáng)度高，而且水泥用量少；其次是砂性土，再次之是粉性土和粘性土；重粘土難于粉碎和拌和，不宜單獨(dú)用水泥來穩(wěn)定，一般要求土的塑性指數(shù)不大于17。水泥的成分和劑量：硅酸鹽水泥的穩(wěn)定效果好，而鋁酸鹽水泥較差；不宜用快硬水泥、早強(qiáng)水泥、禁用受潮變質(zhì)的水泥，不需要使用高標(biāo)號(hào)水泥；高劑量成本高、干縮大，4~8％較為合理，穩(wěn)定粒料的水泥劑量低于穩(wěn)定細(xì)粒土的劑量。含水量：水泥正常水化所需的水量約為水泥重的20%，對(duì)于砂性土，完全水化達(dá)到最高強(qiáng)度的含水量較最佳密度的含水量為小；而對(duì)于粘性土則相反。施工工藝過程：水泥土從開始加水拌和到完成壓實(shí)的延遲時(shí)間要盡可能最短，一般要在6h以內(nèi)；盡量使用低標(biāo)號(hào)水泥，有時(shí)可以使用緩凝劑；需濕法養(yǎng)生；養(yǎng)生溫度愈高，強(qiáng)度增長(zhǎng)的愈快。9.3.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日19（4）水泥穩(wěn)定類的配合比配合比設(shè)計(jì)方法與石灰穩(wěn)定類相同，水泥穩(wěn)定粒料的級(jí)配應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的要求，各種土類的合理水泥劑量可參考表9-4中數(shù)值（5）水泥穩(wěn)定類的施工水泥穩(wěn)定粒料應(yīng)采用中心拌和廠拌和，平地機(jī)或混合料攤鋪機(jī)攤鋪；

碾壓要在拌合后3～4h內(nèi)完成，拌碾時(shí)間不應(yīng)超過6h；現(xiàn)場(chǎng)配合比比實(shí)驗(yàn)室配合比提高水泥劑量和含水量0.5～1％；灑水覆蓋養(yǎng)生至少3d，養(yǎng)生期結(jié)束、應(yīng)立即澆灑透層瀝青。結(jié)構(gòu)層位土類中、粗粒土塑性指數(shù)<12其他細(xì)粒土基層3～75～118～16底基層3～74～86～12各種土類的合理水泥劑量表9-49.3.無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層2021/10/10星期日209.3.5綜合穩(wěn)定類基層

綜合穩(wěn)定類基層:在粉碎的或原狀松散的土中摻入適量的水泥，石灰和其他穩(wěn)定劑，經(jīng)加水拌和，攤鋪，輾壓及養(yǎng)生后成型的路面基層。如二灰土。9.3無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層9.3.6工業(yè)廢渣穩(wěn)定類基層利用工業(yè)廢渣鋪筑路面，不但提高了路面使用品質(zhì)，而且降低了工程造價(jià)，具有重要經(jīng)濟(jì)意義。常用的工業(yè)廢渣有：火力發(fā)電廠的粉煤灰和煤渣，鋼鐵廠的高爐渣和鋼渣，化肥廠的電石渣，煤礦的煤矸石。（1）不同工業(yè)廢渣穩(wěn)定材料分類①石灰粉+煤灰穩(wěn)定粒料/細(xì)粒土類；②石灰+水淬高爐礦渣/鋼渣/電石渣穩(wěn)定粒料類；③石灰穩(wěn)定煤渣類；④水泥穩(wěn)定破碎礦渣類；⑤石灰/