《路面基层》PPT课件.ppt

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1、第七章,路面基层,主要内容,第一节 概述 第二节 碎石与级配碎石基层 第三节 无机结合料稳定材料基层 第四节 沥青稳定碎石基层 第五节 水泥混凝土基层 第六节 其他类型基层,第一节 概述,基层作用：承上启下 基层类型：刚度差异分为三类： 柔性基层、半刚性基层和刚性基层。 柔性基层包括碎石类材料和沥青稳定碎石； 半刚性基层指的是以石灰、粉煤灰或水泥等无机结合料稳定或综合稳定土； 刚性基层则是指碾压混凝土、贫混凝土和水泥混凝土。 基层类型：结合料类型分为三类： 无结合料的碎石类材料（如：级配碎石）； 无机结合料的半刚性材料（如：水泥稳定碎石、二灰稳定碎石、石灰土等）； 采用沥青（有机）结合料的沥青

2、稳定碎石等,第一节 概述,基层类型，欧洲路面结构进行了调查,美国/加拿大,澳大利亚/新西兰,南非,法国/英国/德国/西班牙/意大利/比利时/波兰/捷克斯洛伐克/俄罗斯/挪/瑞典/丹麦/芬兰/冰岛,日本/印度/巴基斯坦南亚以及中东国家,第一节 概述,欧洲路面结构的调查 在高速公路上或交通量较大的道路，很多国家明确限制采用半刚性基层，且半刚性材料趋向做底基层。 全厚式沥青路面和厚沥青层的柔性结构成为高速公路、大交通量、重载交通的主要结构； 薄沥青层厚级配碎石基层结构适合于中、轻交通道路。 结论：基层类型值得研究和分析！,第一节 概述,国内路面结构的调查-90%以上采用半刚性基层,开 展 柔 性 基

3、 层 的 研 究,第一节 概述,国内路面结构调查主要结论 半刚性基层是主要的路面结构基层形式； 柔性基层级配碎石基层可以减少、延缓沥青面层裂缝。 级配碎石基层路面结构抗车辙性能不比半刚性结构差。 为提高结构寿命，柔性基层的沥青层厚度不宜太薄。 基层类型：刚性基层、半刚性基层、柔性基层（沥青稳定碎石、级配碎石）等,第二节 碎石与级配碎石基层,核心内容 碎（砾）石的类型 碎（砾）石基层的力学特性 普通碎石基层 级配碎（砾）石基层 优质级配碎石基层,1、碎（砾）石的类型,主要概念 碎石指符合工程要求的石料，经开采并按一定尺寸加工而成的有棱角的粒料。 砾石指石料经水流长期搬运而成的无棱角粒料。 级配碎

4、石指按一定级配要求设计的由碎石组成的材料。 级配砾石指按一定级配要求设计的由砾石组成的材料。,碎（砾）石路面类型 水结碎（砾）石材料 碎石（砾石）材料 填隙干压碎石材料（包括大块 碎石基层） 高级级配碎石材料 泥结碎（砾）石 土碎（砾）石混合料 泥灰结碎（砾）石 级配碎（砾）石 松散碎砾石材料既可用于路面基层，也可通过适当处理用于面层形成碎砾石路面,1、碎（砾）石的类型,1、碎（砾）石的类型,碎石生产过程,1、碎（砾）石的类型,反击式破碎机原理,生产高质量碎石,1、碎（砾）石的类型,颚式破碎机原理,1、碎（砾）石的类型,颚式破碎轧制的碎石样本,颚式破碎轧制的碎石,1、碎（砾）石的类型,反击式破

5、碎的轧制碎石样本,反击式破碎的轧制碎石,1、碎（砾）石的类型,砾石样本,砾石,2、碎（砾）石基层的力学特性,碎、砾石基层的强度构成 按嵌挤原则或密实原则形成强度，由C和表征的内摩擦力所决定的颗粒之间的联结强度即构成材料的结构强度； 矿料颗粒之间的联结强度一般要比矿料颗粒本身强度小很多，内摩擦角一般因剪切体积膨胀受阻而比单纯颗粒的表面滑动的摩阻角要大，内摩擦力受碎石料的强度、表面特征以及混合料的压实度影响。,2、碎（砾）石基层的力学特性,纯碎石材料 纯碎石材料按嵌挤原则产生强度，它的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。 纯碎石粒料摩阻角的大小主要取决于石料的强度、形状、尺寸、均勻

6、性、表面粗糙度以及施工时的压实程度。 当石料强度高、形状接近正立方体、有棱角、尺寸均匀、表面粗糙、压实度高时，则内摩阻力就大。,2、碎（砾）石基层的力学特性,土碎（砾）石混合料 土碎（砾）石混合料的强度和稳定性取决于内摩阻力和粘结力的大小。 含土量小，按嵌挤原则形成强度（不易压实，透水性好，不易冰冻）; 含土量较多时，按密实原则形成强度（密实度低，易冰冻、透水性差、水稳性差） 含适量土按嵌挤、粘结原则（易压实，透水性差）,土砾石混合料密实度和CBR值随细料含量的变化,第 十 章 碎、砾石路面P266-279,上级 上页 下页,土体含量和粗粒粒径对CBR和的影响 对于CBR和都存在有一个最佳的细

7、料含量 ； 和CBR随粗料粒径的增大而增大，最佳细粒含量随粒径增大而减小； 最大CBR的细粒含量小于最大的含量 ;,最佳细粒含量时，碎石的CBR砾石的CBR ；最佳料含量越多，混合料的强度和稳定性越低 ;细料含量偏大时，混合料的强度随塑性的粒径和细料的含量 .,CBR即加州承载比，是评定土基及路面材料承载能力的指标。 加州承载比CBR California bearing ratio是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用标准碎石的承载能力为标准，以相对值的百分数表示CBR值。这种方法后来也用于评定土基的强度。由于CBR的

8、试验方法简单，设备造价低廉，在许多国家得到广泛应用。采用CBR法确定沥青路面厚度，有配套的图表，应用十分方便，受到工程技术人员的欢迎。 测定加州承载比(CBR)的仪具：由机架、加荷装置、测力装置、贯入压头、百分表等组成。,2、碎（砾）石基层的力学特性,土碎（砾）石混合料三种物理状态,2、碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的强度指标,土碎石混合料密实度和CBR值随细料含量的变化,2、碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的强度指标,混合料密实度和CBR值随细料和最大粒径的变化 （按AASHTO标准密实度为100%的试验）,2、碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的强度指标,塑性

9、指数对砾石（最大粒径2.54cm）饱水三轴强度的影响,2、碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的应力应变特性 抗压回弹模量（通过三轴试验测定） Er=k1 k2（MPa） 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； 当细料含量不多时，含水量影响小。,2、碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的应力应变特性,碎、砾石材料应力应变关系,干的轧制集料回弹模量随主应力和的变化,偏应力：三轴试验中作用于试样上的轴向应力与试样周围的压应力之差,回弹模量：路基，路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的

10、比值,不同的应力水平下具有不同的塑性变形特征：在应力水平较低的情况下，塑性变形量较小，且在一定的荷载作用次数以后变形不再发展；应力较大时，则形变随作用次数迅速发展，并最终导致破坏。,2、碎（砾）石基层的力学特性,松散碎(砾)石料的形变累积特性,使用要求及特点 水结碎石路面、泥（灰）结碎石路面以及密级配的碎（砾）石路面等通常由碎石或砾石为主要路面材料铺筑的能适应中低等交通量的路面。 碎(砾)石路面结构强度形成特点表现为矿料颗粒之间的联结强度一般都要比矿料颗粒本身的强度小，在外力作用下，材料首先将在颗粒之间产生滑动和位移，使其失去承载能力而遭致破坏。 晴天时扬尘很大。,3、普通碎石基层,3、普通碎

11、石基层,影响因素 结构强度和稳定性不仅与碎石集料的形状及表面特性有关，而受细料含量与性质影响很大。 优点：投资不高，随交通量的增加分期改善； 缺点：平整度差，易扬尘， 泥结碎石路面雨天还易泥泞。,3、普通碎石基层,1）水结碎石路面-1016cm 2）泥结碎石路面- 820cm 3）泥灰结碎石路面-石灰剂量为812% 4）填隙干压碎石基层 -816cm 5）级配碎（砾）石基层,3、普通碎石基层,普通碎石基层的类别,4、优质级配碎石基层,无结合料处治粒料（unbound material）在国外是一种应用极为普遍的筑路材料，广泛用于柔性路面的基层和底基层，用于基层的常为较优质的碎石层。 美国、澳大

12、利亚及南非还把最佳级配的优质碎石用于半刚性基层与沥青面层之间，作为减少沥青路面反射裂缝的措施。 我国也在多项大型工程中应用了这类材料和结构作为柔性基层，取得了较好的效果。,4、优质级配碎石基层,优质级配碎石基层强度主要来源于碎石本身强度及碎石颗粒之间的嵌挤力和内摩阻角。 级配是影响级配碎石强度与刚度的重要因素。,4、优质级配碎石基层,级配碎石弹性模量随应力状态而变化的非线性特性。 重型击实和振动成型方法对级配碎石的试验表明，振动成型可使级配碎石获得更高CBR值和回弹模量值。,路面结构为520cm沥青面层+1015cm碎石上基层+4050cm半刚性基层+土基。 路面结构为520cm沥青面层+20

13、40cm半刚性基层+20cm碎石底基层+土基。,第三节 无机结合料稳定材料基层,核心内容 无机结合料材料的物理力学特性 石灰稳定类基层 水泥稳定类基层 工业废渣稳定基层,无机结合料稳定材料定义 在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的水泥、或石灰、或工业废渣等无机结合料及水，拌和得到混合料经压实和养生后，其抗压强度符合规定要求的材料。 由于无机结合料稳定材料的刚度处于柔性材料(如沥青混合料)和刚性材料(如水泥混凝土)之间，所以也称为半刚性材料，由其铺筑的结构层称为半刚性层。 无机结合料稳定材料的特点 板体性好，具有一定的抗拉强度；稳定性好，抗冻性强；强度和刚度随着龄期而增长；经济性好；干缩温缩大，

14、耐磨性差，抗疲劳性也稍差。,无机结合料稳定材料及其特点,第三节 无机结合料稳定材料基层,1）原材料 土（广义）：细粒土、粗粒土、巨粒土 无机结合料：水泥、石灰、工业废渣等 2）无机结合料稳定种类： 细粒土：二灰土、水泥土、石灰土、水泥石灰土、三灰土 粗粒土：二灰碎石土、二灰稳定碎石（二灰碎石）、水泥碎石土、 水泥稳定碎石、二灰砂、水泥砂 无土：二灰、二渣、水泥矿渣等,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的种类,1）强度和模量随龄期增长而变化，不同种类材料的强度变化规律也不同； 2）有较好的板体性，具有一定的抗拉性能； 3）用抗压强度与抗压回弹模量、劈裂强度与劈裂回弹模量、抗弯拉

15、强度与抗弯拉弹性模量、干缩与温缩等来衡量材料的性能； 4）应力应变特性与原材料和结合料的性质与用量、混合料的含水量及密实度以及龄期、温度等有关。,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的应力应变特性,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的应力应变特性,无机结合料稳定材料的强度与时间和温度有关。所以要按不同龄期（7d、28d、90d、120d、180d等）和不同的温度(20和15 )来测定试件的强度，抗压和劈裂测定用圆柱体试件。,1、无机结合料材料的物理力学特性,弯拉强度试验示意图,1、无机结合料材料的物理力学特性,主要试验方法,设计龄期：不同无机结合料稳定材料的强

16、度和模量随龄期增长的速度不同，因此，在路面结构设计时的参数设计龄期，对于水泥稳定类材料的劈裂及模量的龄期-90天，对于石灰或者二灰稳定类的龄期-180天，水泥粉煤灰稳定类-120天，材料组成设计-7天的抗压强度。 设计指标：由于半刚性基层材料的抗拉强度远小于其抗压强度，因此抗拉强度（劈裂强度）是路面结构设计的主要指标，抗压强度是材料组成设计的主要指标。,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的设计龄期,所谓疲劳是指在荷载反复作用下，材料的极限强度会随着作用次数的增加而降低的现象；一般有劈裂疲劳和小梁疲劳试验。 我国无机结合料稳定材料的疲劳一般采用劈裂疲劳； 无机结合料的疲劳寿命一

17、般取决于重复应力与重复荷载作用前的一次性极限应力的比值，试验证明，用双对数方程或单对数方程表示较合理，为： 或,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的疲劳特性,1、无机结合料材料的物理力学特性,图中所示为小梁弯拉疲劳试验，半刚性材料可以进行小梁弯拉疲劳试验，但是一般认为其变异性较大。,室内小梁弯拉疲劳试验设备照片 （三分点加载）,无机结合料稳定材料的疲劳特性,1、无机结合料材料的物理力学特性, 无机结合料稳定材料的疲劳特性,劈裂试验示意图,同时由于劈裂试验更能反映材料在路面结构中的受力状态，因此实际常采用劈裂疲劳试验。典型的劈裂试验，是在圆柱体试件的直径方向上放入上下两根垫条，

18、施加相对的线性荷载，使之沿试件直径向破坏，测得试件的抗拉强度,1）通过不同应力比(应变水平)疲劳试验可测绘出疲劳曲线； 2）在一定的应力（应变水平）水平条件下，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，疲劳寿命就愈长；跟试验温度的变化关系不大 。 3）重复应力与极限应力之比f/s 50%时，原则上可至无穷加荷次数，但材料本身变异性大，实际试验中因材料的不均匀性，疲劳寿命要小得多。,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的疲劳特性,二灰砂砾（小梁）应力强度比疲劳寿命曲线,1、无机结合料材料的物理力学特性,水泥砂砾（小梁）应力与强度比疲劳寿命曲线,1、无机结合料材料的物

19、理力学特性,1）无机结合料稳定材料拌和压实后，由于水分挥发及其内部的水化作用引起干燥收缩，以及混合料受降温影响引起的温度收缩等。由此引起其体积收缩变化，表现出结构的收缩应力及开裂破坏。 2）一般衡量材料的体积变化较难，因此，实际中往往采取一维单向变化测定来反映材料的收缩性能，通过收缩应变及收缩系数来表征材料的收缩性能大小。,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的干缩和温缩,干缩试验 试件：100mm100mm400mm梁式试件，标准养护条件下 养护7天； 条件：温度为25，湿度50左右； 检测：第1天为6小时一次，第25天为12小时一次，之后24小时一次，直到含水量基本不变为止

20、；,1、无机结合料材料的物理力学特性,温缩试验 试件：100mm100mm400mm梁式试件，标准养护条件 养护28天； 温度范围：+55-25，每 10为一个温度区段 时间设定：降温时间10min（即1/min），恒温120min；,数据采集系统,WGD高低温交变环境箱,1、无机结合料材料的物理力学特性,1）无机结合料稳定材料的温缩影响因素 无机结合料稳定材料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 2）不同材料的温缩比较 石灰土砂砾（16.710-6）悬浮二灰粒料（15.310-6）密实式二灰粒料（11.410-6）和水泥砂砾（57水泥剂量为101510-6

21、） 3）温缩的发生时节及控制 时节：冬季低温 控制：选择材料种类与配比,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的收缩特性,经过一定龄期的养生，半刚性材料的变形以温度收缩为主。,半刚性基层修建初期，半刚性材料同时受到干燥收缩和温度收缩的综合作用。,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的收缩特性,1、无机结合料材料的物理力学特性,无机结合料稳定材料的收缩特性,稳定细粒土的干缩和温缩性均较稳定粗粒土的干缩和温缩性大很多，因此稳定细粒土基层可能会产生相对更加严重的收缩裂缝，并反射到沥青面层上形成反射裂缝； 裂缝产生后，雨水的浸入会加剧沥青路面的病害； 稳定细粒土基层对施工

22、环境和工序的要求更加严格，会导致施工污染或者施工质量差等不利情况。,（1）注意无机结合料稳定材料类型选择； 稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土及二灰土不宜用作高等级道路沥青路面的基层，原因在于：,1、无机结合料材料的物理力学特性,施工注意事项,1、无机结合料材料的物理力学特性,施工注意事项 （2）注意施工季节； （3）注意材料组成设计； （4）注意施工含水量、压实度、强度等控制在规定的范围； （5）注意养生与保湿； （6）注意减少施工车辆的养生期间的作用。,1、无机结合料材料的物理力学特性,1、无机结合料材料的物理力学特性,定义：在粉碎的土或原状松散的土（包括各种粗、细粒土）中，掺入适量的

23、石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面（底）基层称为石灰稳定类（底）基层。用石灰稳定细粒土得到的混合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基层（底基层）。 石灰稳定不但具有较高的抗压强度，而且也具一定的抗弯强度，且强度随龄期逐渐增加。因此，一般可用于低等级公路的基层或底基层。 石灰稳定土因其水稳定性较差，不应做高速公路或一级公路的基层，必要时可以用作底基层。在冰冻地区的潮湿路段以及其他地区的过分潮湿路段，也不宜采用石灰土做基层,2、石灰稳定类基层,1 ）离子交换作用 土具有胶体性质，表面带负电荷，并吸附钠离子、钾离子和氢离子，石灰中的钙离子

24、会与其发生离子交换作用，形成钙土，减小了土颗粒表面水膜厚度，分子引力增加。,2）碳酸化作用,生成的碳酸钙是坚硬的晶体，具有较高的强度和水稳性，它对土的胶结作用使土得到了加固。 石灰土表面钙化后，形成硬壳层，进一步阻碍了二氧化碳的进入，碳化过程十分缓慢，是形成石灰土后期强度的主要原因。,2、石灰稳定类基层,石灰稳定材料的强度形成机理,4 ）火山灰作用,3 ）结晶作用,经过结晶作用，消石灰逐渐由胶体转化为晶体，晶体间能够相互结合，与土形成共晶体，从而使得土粒胶结成整体。,土中充分的硅、钙离子是火山灰作用的前提，同时必须增加土的碱性； 火山灰作用生成物具有水硬性性质，是构成石灰土早期强度的主要原因。

25、,2、石灰稳定类基层,石灰稳定材料的强度形成机理,四种作用中，主要是离子交换作用与火山灰作用，是构成石灰土早期强度的主要因素，后期强度则更多源于碳酸化作用和结晶作用。 由于石灰与土发生了一系列的相互作用，从而使土的性质发生根本的改变。在初期，主要表现为土的结团、塑性降低、最佳含水量增加和最大密实度减小等。后期主要表现为结晶结构的形成，从而提高其板体性、强度和稳定性。,2、石灰稳定类基层,石灰稳定材料的强度形成机理,1）土质 各种成因土都可用石灰稳定，但塑性指数低于10以下的低塑性土（这与水泥稳定土刚好相反）不适宜稳定，更适宜于稳定粘性土，尤其是塑性指数在1220的粘性土。 原因：粘性颗粒的活性

26、强、比表面积大、表面能大，掺入石灰稳定材料后，形成的四种作用比较活跃，因此石灰土强度随土塑性指数的增加而增大。重粘土虽然粘土颗粒含量高，但是不易粉碎和拌和，稳定效果反而不好。,2、石灰稳定类基层,石灰稳定材料的强度影响因素,2）石灰质量 石灰应采用消石灰粉或生石灰粉，对高速公路或一级公路宜用磨细的生石灰粉。石灰质量应符合III级以上的技术指标，并要尽量缩短石灰的存放时间。,2、石灰稳定类基层,石灰剂量是石灰质量占全部土颗粒的干质量的百分率，即： 石灰剂量石灰质量干土质量。 石灰剂量对石灰稳定土的强度影响非常显著。在石灰剂量较低时（小于34），起稳定作用，土的塑性、膨胀、吸水量减小，使土的密实度

27、、强度、和易性等得到改善；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后，强度反而降低。 常用最佳剂量范围：对于粘性土及粉性土为814；对砂性土则为916。最终根据结构层技术要求进行混合料组成设计。,2、石灰稳定类基层,3）石灰剂量,0.1mol/L乙二胺四乙酸二钠 EDTA滴定法,4）含水量 最佳含水量及略小于最佳含水量时最易压实达到较高的压实度。 石灰稳定类材料的最佳含水量需要通过标准击实试验进行确定，经验公式为：石灰土的最佳含水量素土的最佳含水量拌和过程中的蒸发量（约在1.5%左右）石灰反应所需的水（0.2石灰剂量）。 5）密实度 石灰稳定土的强度随密实度的增加而增长。实践证明

28、，石灰稳定土的密实度每增减1%，强度约增减4%左右。而密实的石灰稳定土，其抗冻性、水稳定性好，缩裂现象也少。,2、石灰稳定类基层,6）龄期 石灰稳定土的强度随龄期增长，一般初期强度较低，前期(12个月)的增长速率较后期快 。其强度与龄期的关系可表示为： R1一个月龄期的抗压强度； Rtt个月龄期的抗压强度； 系数，约0.10.5。 7）养生条件（温度与湿度） 温度高，物理化学反应快，强度增长快；反之强度增长慢，在负温条件下甚至不增长。因此，要求施工期的最低温度应在5以上，并在第一次重冰冻(-35)到来之前1个月1个半月完成。 在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。,2、石灰稳定

29、类基层,1）严格控制压实含水量：石灰稳定土含水量过多产生的干缩裂缝显著，压实时含水量应略小于最佳含水量。 2）严格控制压实标准：压实度小时产生的干缩比压实度大时严重，应尽可能达到最大压实度。 3）严格养生条件：干缩发生在成型初期，要重视初期的保湿养护，保证石灰稳定土表面处于潮湿状况。 4）禁防干晒：石灰稳定土施工结束后可及早铺筑面层，使石灰稳定土基层含水量不发生大的变化，从而减轻干缩裂缝。,石灰稳定类材料的缩裂防治,2、石灰稳定类基层,5）施工季节：温缩的最不利季节是材料处于最佳含水量附近，而且温度在0-10时，因此施工要在当地气温进入0前一个月结束，以防在不利季节产生严重温缩。 6）控制剂量

30、：在满足强度要求情况下，尽可能选择较低剂量的无机结合料；在石灰稳定土中掺加6070%的集料也可提高其强度、稳定性和抗裂性。 7）反射裂缝的防治：（1）设置联结层；（2）铺筑碎石隔离过渡层；（3）提高沥青下面层抗裂性能,2、石灰稳定类基层,石灰稳定类材料的缩裂防治,石灰稳定类材料的混合料设计,1）混合料的设计步骤,根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定最佳的石灰剂量和混合料的最佳含水量。,2、石灰稳定类基层,在规定温度(202)下保湿养生6d （湿度为95%） 浸水1d，进行无侧限抗压强度试验。试件的尺寸为：5cm5cm(高直径)的圆柱体。要求试验测定的强度符合：,工地实际采取的石灰剂量应较实

31、验室内试验确定的剂量多0.51.0。,2）石灰稳定土的强度及压实要求,2、石灰稳定类基层,2、石灰稳定类基层,3）石灰稳定土的施工,2、石灰稳定类基层,3）石灰稳定土的施工,石灰土冻坏,在粉碎或原状松散土中，掺入适量水泥和水，按技术要求进行拌和、摊铺，在最佳含水量时进行压实和养护成型，其抗压强度符合要求，该类基层称为水泥稳定类基层。 水泥可用来稳定绝大多数的土类 （高塑性粘土和有机质较多的土除外），改善其物理力学性质。 水泥稳定类一般可用于路面结构的基层和底基层，但水泥土禁止作为高速公路或一级公路路面的基层，只能用做底基层。,1、水泥稳定类材料的定义,3、水泥稳定类基层,水泥稳定类基层具有良好

32、的整体性、足够的力学强度、抗水性和耐冻性。其初期强度较高，且随龄期增长而增长，应用范围很广。 水泥稳定土包括水泥稳定碎石、砂砾、土等多种材料，是水泥稳定类基层的总称，水泥土是水泥稳定细粒土（粘土、粉土、黄土等）的总称。,3、水泥稳定类基层,2、水泥稳定类材料的特点和种类,各类砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定。用水泥稳定级配良好的碎(砾)石和砂砾的效果最好，强度高、水泥用量少；其次是砂性土；再次之是粉性土和粘性土。一般要求土的塑性指数不大于17。,1）土质,通常情况下，硅酸盐水泥的稳定效果好，而铝酸盐水泥较差 ；水泥分散度增加，其活性程度和硬化能力也有所增大。 水泥土的强度随水泥剂量的增加

33、而增长，水泥用量过多，经济上不合理，且容易开裂。试验和研究证明，水泥剂量为35较为合理。,2）水泥的成分和剂量,3、水泥稳定类基层,3、影响水泥稳定土强度的因素,从开始加水拌和到碾压完成一般控制在6小时之内，最好在3小时之内。水泥稳定土需湿法养生，保证水泥充分水化形成强度；养生温度愈高，强度增长的愈快。,4）施工工艺及养生,3）含水量,水泥正常水化所需水量约为水泥重的20% 。对砂性土，完全水化达最高强度的含水量较最佳密度含水量小；而粘性土则相反。,3、水泥稳定类基层,4、水泥稳定类材料的混合料设计,根据强度标准，通过试验选取合适的土，确定最佳的水泥剂量和混合料的最佳含水量。,无侧限抗压强度试

34、验： 在规定温度(202)下保湿养生6d （湿度为95），浸水1d，进行无侧限抗压强度试验。试件尺寸为：150mm150mm的圆柱体。,3、水泥稳定类基层,3、水泥稳定类基层,4、水泥稳定类材料的混合料设计,3、水泥稳定类基层,水泥稳定碎石拌合楼,施工录像,5、水泥稳定碎石施工,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,水泥稳定碎石摊铺,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,控制摊铺厚度,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,3、水泥稳定类基层,5、

35、水泥稳定碎石的施工,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,水泥稳定碎石基层压实,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,水泥稳定碎石基层养生,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工,水泥稳定碎石基层覆盖养生,撒布透层油,3、水泥稳定类基层,5、水泥稳定碎石的施工 撒布透层油,道路工程中应用的工业废渣主要是指工业生产过程中所产生的具有一定水硬性特点的无机工业废料，如：粉煤灰（fly ash ）、煤渣、钢渣、高炉渣、铜矿渣及各种下脚料。 工业废渣一般可在有水的条件下与石灰等碱性材料共同作用，产生火山灰反应，稳定各种粒径不同的土。 工程应用中

36、一般采用石灰稳定工业废渣或与工业废渣共同稳定土，其中最常用的工业废渣为粉煤灰，形成石灰粉煤灰稳定路面基层，简称为二灰稳定类基层。,1、工业废渣材料,4、工业废渣稳定类基层,用铜矿石下脚料铺筑的（底）基层,4、工业废渣稳定类基层,石灰粉煤灰(简称二灰)类基层是用石灰和粉煤灰按一定配比，加水拌和、摊铺、碾压及养生而形成的基层。在二灰中掺入一定量的土（细-粗粒），经加水拌和、摊铺、碾压及养生成型的基层，称二灰稳定类基层。其抗压强度也应符合规定要求。,二灰稳定类基层的配比：石灰与粉煤灰的比，常用1：21：4；石灰粉煤灰与细粒土的比为30：7050：50；石灰粉煤灰与粒料的比常采用20：8015：85。

37、 为了防止裂缝，采用石灰与粉煤灰的比为1：31：4，集料含量为8085%左右为最佳，既可抗干缩又可抗温缩。 二灰稳定类基层的特点：收缩性能好；早期强度低，后期强度比较高（施工时，应尽量安排在温暖高温季节，以利于形成早期强度）；易造成施工污染。,2、二灰稳定类基层,4、工业废渣稳定类基层,1）灰质 质量应符合级以上质量指标。 2）粉煤灰成分 粉煤灰的活性成分（二氧化硅三氧化二铝）含量大于70，烧失量小于20（控制其中有机质含量）。有害物质如硫酸钙等含量不宜过大。S的含量 3）粒料 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；高速公路和一级公路集料的压碎值应30%，二级公路和二级以

38、下公路集料的压碎值应35%。颗粒最大粒径高速公路和一级公路不大于31.5mm(方孔筛)，二级公路和二级以下公路不大于40mm(圆孔筛)。,4、工业废渣稳定类基层,3、二灰稳定路面基层的材料要求,使用合格粉煤灰和高硫酸钙含量粉煤灰的二灰碎石强度对比,4、工业废渣稳定类基层,4、二灰稳定路面基层的材料要求,4、工业废渣稳定类基层,粉煤灰的硫含量-特别重视,视频,4、工业废渣稳定类基层,粉煤灰的硫含量-特别重视 火力电厂纷纷采取烟气脱硫技术以削减SO2排放。干法脱硫技术更环保、更经济； 石灰或石灰石作为脱硫吸收剂十分普遍，经济； 粉煤灰中主要是亚硫酸盐，检测方法就很重要。 GB/T15911991用

39、于水泥和混凝土中的粉煤灰中明确规定：用于水泥和混凝土中的粉煤灰的三氧化硫含量不得大于3%，但不准确。,4、工业废渣稳定类基层,粉煤灰的硫含量-特别重视,4、工业废渣稳定类基层,4、二灰稳定路面基层的材料要求,4、工业废渣稳定类基层,4、二灰稳定路面基层的材料要求,5、二灰稳定类材料的混合料组成设计,根据强度标准，通过试验选取合适的二灰和集料，确定最佳的配合比和混合料的最佳含水量。,无侧限抗压强度试验： 在规定温度(202)下保湿养生6d （湿度为95），浸水1d，进行无侧限抗压强度试验。试件尺寸为：150mm150mm的圆柱体。,4、工业废渣稳定类基层,4、工业废渣稳定类基层,6、二灰及水泥粉

40、煤灰稳定类材料的强度要求,硫酸钙含量过高引起的 二灰碎石基层病害,4、工业废渣稳定类基层,优良二灰碎石基层表面,4、工业废渣稳定类基层,第四节 沥青稳定碎石基层,核心内容 沥青稳定碎石基层的类型 沥青稳定碎石的力学特征 材料组成设计,1、沥青稳定碎石基层的类型,沥青稳定碎石混合料类型 密级配沥青稳定碎石 （Asphalt Treated Base，ATB ）； 设计空隙率36%，用作基层； 半开式沥青稳定碎石 （Asphalt Macadam，AM ） ； 设计空隙率612%，用作低等级公路面层； 开级配沥青稳定碎石 （Asphalt Treated Permeable Base，ATPB ）

41、 设计空隙率20%，用于路面排水的基层排水。,2、沥青稳定碎石的力学特征,与沥青混凝土相比，其主要功能上的区别有： 因公称最大粒径较大，有更好的抗剪和抗变形能力，特别适用于高温重载有抗车辙性能要求的路面； 一般使用非改性沥青，且沥青用量稍低，抗拉强度和抗拉疲劳性能较差； 铺筑在半刚性基层材料层上时，具有更好的抗反射裂缝适应和调整能力。,2、沥青稳定碎石的力学特征,与级配碎石的主要区别有： 材料组成不同，增加了沥青，与沥青面层联接整体性好； 强度构成不同，除嵌挤形成的内摩擦角外，还有沥青提供的粘结力，模量较高； 力学性能不同，除具有更好的抗压抗剪能力外，还具有一定抗拉能力。 排水性能不同，因空隙

42、率小，排水效率低于级配碎石。,3、材料组成设计,ATB矿料级配范围要求,示意图,3、材料组成设计,沥青稳定碎石马歇尔试验技术标准,第五节 水泥混凝土基层,核心内容 摊铺式贫混凝土基层 碾压式贫混凝土基层,1、贫混凝土基层,贫混凝土基层的分类 1、碾压式贫混凝土基层 水泥用量在120公斤左右； 且其28天抗压强度为12.0MPa,Vc值8-12S 2、摊铺式贫混凝土基层 混合料坍落度要求为4-6cm； 28天抗压强度在12MPa左右； 水泥用量在140公斤每立方米,1、摊铺式贫混凝土基层,要求 贫混凝土用于基层，要求具有足够的强度、适宜的刚度、好的抗裂性和抗冲刷性能。因此，宜选用强度高、收缩小，

43、水化热低的水泥。 贫混凝土与普通混凝土一样，可掺用适宜的减水剂来改善其施工性能，由于贫混凝土水泥用量有限，掺入减水剂虽可减少单位水泥用量，提高砼强度，但主要以改善混凝土的和易性为目的，对不同外加剂的选择，通过室内试验，确认高效减水剂（塑化剂）更适于贫混凝土。,1、摊铺式贫混凝土基层,强度设计 确定贫混凝土的配制强度,贫混凝土基层的设计强度标准值（MPa）,满足耐久性要求的贫混凝土最大水灰（胶）比,1、摊铺式贫混凝土基层,施工 可采用三辊轴，但施工进度慢； 亦可采用滑模施工，但施工费用高 摊铺式贫混凝土基层拌和 在电脑控制台上，输入基准配合比和集料的含水量、外加剂的含水量，加水脉冲当量，集料从钢

44、贮仓经电子称计量，通过皮带机送入料斗， 水泥用泵泵入料斗，同时加水及外加剂， 由于摊铺式贫混凝土水泥用量较少，其搅拌时间比普通混凝土稍长，须拌35秒后方可出料。,1、摊铺式贫混凝土基层,摊铺式贫混凝土基层运输 摊铺式贫混凝土的允许运输时间根据摊铺式贫混凝土凝结硬化过程及坍落度的变化和工序时间要求而定，运输时应注意车速，以防混合料离析。 摊铺式贫混凝土基层摊铺 三轴式摊铺机振捣+人工整平。 对坍落度在1-3cm的摊铺贫混凝土，应用三轴式摊铺机摊铺、振捣及整平。由于三轴机的有效振动深度可达15cm，可不须加排振振捣，三轴机施工后的摊铺式贫混凝土无须饰面。 局部找平： 当发现有局部不平，应处理保证基

45、层平整度要求。,1、摊铺式贫混凝土基层,摊铺式贫混凝土基层养护 摊铺式贫混凝土成型后无须饰面，可立即养生，养生方法：可采用塑料薄膜养护，当无塑料薄膜时，可洒水养护，浇筑一天后开始洒水，如遇热天，可在8小时后开始洒水养护。 摊铺式贫混凝土基层的开裂 养护14天后，揭开养护薄膜，发现13条横向裂缝，一个月后共发现52条横向裂缝，至面层铺筑前裂缝条数仍为52条 。 裂缝间距小于10m的，占28%，裂缝间距大于10m的，占72%，裂缝间距大于15m的，占38% 贫混凝土基层产生的裂缝间距大于10米的占大多数。,2、碾压混凝土基层,强度设计 碾压式贫混凝土，可掺用适宜的减水剂来减少单位用水量，延长凝结时

46、间，高效减水剂对砼稠度的经时变化大时，一般不宜采用，而宜选用缓凝型减水剂。 单位用水量：在一定范围内，随着混凝土用水量的增加，其28天抗压强度也提高，干贫混凝土的适合单位用水量可在110-130kg之间进行选择。 砂率：一般在30%-36%之间选取，可根据砂的细度模数及碎石的空隙率来选用。 压实率：压实率对干贫混凝土强度影响较大，施工控制可以96%的压实率为控制指标。,2、碾压混凝土基层,压实度对强度的影响,2、碾压混凝土基层,压实度对强度的影响 碾压贫混凝土试件的成型方法为：根据振动法确定的最大干密度计算出满足压实度要求的每个150150550mm试模所需材料用量，将混合料分两层装入试模中，

47、并用直径25mm的弹头棒插捣，每层25下，于试模顶面放置荷重为48.1 g/cm2的钢制或铁制的压板，放在振动台上振动到混合料与试模顶面齐平同时出浆为止，修整表面。,压实率对贫混凝土抗压强度的影响,2、碾压混凝土基层,压实度对强度的影响,2、碾压混凝土基层,龄期与抗压强度的关系,2、碾压混凝土基层,龄期与干缩率的关系,2、碾压混凝土基层,碾压混凝土基层施工-拌和 拌和楼需要计量准确 碾压混凝土基层施工-运输 允许运输时间根据贫混凝土凝结硬化过程及坍落度的变化和工序时间要求而定，运输时应注意车速，以防混合料离析。,2、碾压混凝土基层,碾压混凝土基层施工-摊铺 松铺系数在1.1左右,2、碾压混凝土

48、基层,碾压混凝土基层施工-碾压 压路机振动只须开弱振即可达96%的压实度要求。 经现场试验 ，压路机最佳的工作方式为： 静碾2遍-弱振2遍-静碾2遍。,2、碾压混凝土基层,碾压混凝土基层施工-检测。 碾压混凝土基层施工-养护 干贫混凝土碾压成型后即可用塑料薄膜覆盖养护。 有条件时可洒水养护。 碾压混凝土基层-一般没有,第六节 其他类型基层,核心内容 1、低剂量水泥稳定碎石和 水泥乳化沥青综合稳定碎石基层 就地冷再生基层 施工工艺,1、低剂量水泥稳定碎石和 水泥乳化沥青综合稳定碎石基层,使用原因 半刚性基层材料的干缩和温缩问题。 典型的半刚性基层上加铺薄层沥青混凝土的路面结构，在使用23年后，沥

49、青路面表面易出现规律性的横缝（典型间距525m）。 裂缝贯穿沥青面层和半刚性基层，其原因是半刚性基层开裂且继续向沥青层发展，称为“反射裂缝”。,温度变化的重复拉应力,荷载作用的重复剪切应力,1、低剂量水泥稳定碎石和 水泥乳化沥青综合稳定碎石基层,路面状况 反射裂缝,纵向裂缝,横向裂缝,1、低剂量水泥稳定碎石和 水泥乳化沥青综合稳定碎石基层,主要措施 增大粗集料用量，采用振动成型及相应的压实控制，以利于形成骨架； 减少细集料用量，以控制体积膨胀，设计骨架密实且偏向于骨架空隙的材料组成结构，减少对粗集料骨架的干扰； 减少水的用量，添加粉煤灰改善施工和易性，减少干缩。 常规的水泥稳定碎石要球,1、低剂量水泥稳定碎石和 水泥乳化沥青综合稳定碎石基层,（1）低剂量水泥稳定碎石 普通水稳碎石的常用剂量范围在36%， 低剂量水