混凝土路面基层处理分析

混凝土路面基层处理分析

种成程

陕西路桥集团有限公司陕西西安710065

摘要：我国目前还是使用传统的建筑材料，如：水泥稳定碎石等，这种传统的建筑材料也存在一定的弊端，为路面以后的使用埋下隐患，因此，需要使用新型的、性能更好的建筑材料，新的建筑材料如：红土砾石和砂性土掺水泥等这种新的材料，使道路质量更耐用。

关键词：混凝土；路面基层；建筑工程

一、概述

红土砾石是含有大量不同粒径，硬度较大的天然砾质粘土，它是在湿热带气候里一种由铁质硅铝复合而成的球形结核，表层含较丰富的铁质而呈红色，故称红土砾石。红土砾石是西非一种最主要、最丰富的筑路材料。水泥稳定红土砾石作为公路的基层、垫层等材料在科特迪瓦已应用了近20年，这种传统技术从1966年起至今已越来越成熟并逐渐趋于完善。它在技术上和经济效益上都具有较大的优势。

二、红土砾石在国外建筑施工中的应用

红土砾料是一种在非洲热带地区广泛分布的粘性土与碎砾石的天然混合料，形成于旱雨二季交替循环的气候条件下。从试验分析表明：红土砾料浸水95%OPM压实度时的CBR基本上大于30%，按照热带国家路面尺寸实用指南中土的承载力分级，属S5级，是一种承载力良好的筑路材料。工程实践表明，红土砾料在公路工程中的用途广泛：采用红土砾料填筑的路基，其强度高、水稳定性较好；PST层（路基上部，相当于国内的路床)可采用红土砾料填筑，若红土砾料的天然含水量较大或IP较高，可掺加生石灰（如没有也可用熟石灰)进行改良；除高速公路外的其他等级公路，底基层可采用天然红土砾料或水泥（石灰)处理红土砾料；除高速公路外的其他等级公路，基层可采用水泥或石灰处理红土砾料；此外红土砾料还可用于填砂路基的包边防护以及土质排水沟与边沟的铺面。

红土砾石层的工程应用：

（一）红土砾石层作为天然地基持力层在工程系统中最重要的就是做到自然系统与工程系统之间的自然耦合。在工程地质决策中要有一定的行为准则：充分利用为上，合理避开为中，适当处理为下。例如：非洲西部国家多哥共和国，新建海滨公路、环城公路、多哥共和国34号国道修复与加固工程：LOMÉ-VOGAN-ANFOIN（61公里）项目（以下简称34号国道项目）全长60.5公里，路面工程底基层设计为20cm厚3.5%水泥稳定土。土：按水泥稳定土底基层施工的要求和用量，依经济合理的原则，取KPOME或AKOUMAPE试验合格料场的白砂土或者红土砾石作为底基层材料。（试验室考虑红土砾石和红砂土按一定比例加水泥掺配）

（二)红土砾石层作为回填土的地基处理目前在工程中工作条件不断复杂，并且对形变的要求也越来越高，社会对结构物荷载的要求也不断增高。原来那些看似良好的地基在某种条件下需要人工的一些处理才能够继续使用。在这里就可以看到红土砾石的好处了，由于其本身的硬度，在工程中合理的利用红土砾石在一定的程度上能够使地基变得更坚固，可以提高地基的抗剪强度，降低压缩性等。我们应该加大这方面的研究和应用，从而充分利用资源，提高资源的利用效率。

（三）红土砾石层作为桩基础持力层在施工的过程中，如果要求的地基的承载能力比较高时，应采取什么措施呢?由于天然的地基相对较低，可以采用筑基的方式来妥善解决这个问题。目前，由于市场竞争压力增大，一些企业在地基的设计方面存在着很多不足之处，甚至一些企业有什么样的设备就说这种设备的施工方案最好，而实际效果则是天壤之别，不仅影响施工，还会造成设计员总是设计同一种桩型地基，而且对将来公司的健康发展埋下隐患，所以我们应该避免这样的事情发生。对于上部软弱层厚度相对较大但上部的荷载相对较小的建筑物，可以采用沉管灌注桩，可以用红土砾石作为持力层。这些措施在一定程度上保证了工程的质量，但是在施工过程中要时刻注意施工的质量，加大质量监督力度，确保在施工的过程中不出现断桩和桩身缩径等违规现象。

三、材料试验

（一）选料

为铺筑公路的基层，对红土砾石进行了大量的调查研究、试验和分析。沿线红土砾石料虽然丰富，但可供开采的厚度一般仅在0.2~1.0m之间，如果就其天然状态不加选择地进行水泥稳定则达不到公路基层所要求的承载能力。这不仅因为有些相距很近的料场，由于铁质硅铝复合而成的球形结核演变程度不同而导致砾石质量、颗粒组成以及物理力学特性差异很大，而且在用推土机等土方机械进行开采时要恰如其分地去掉表面覆盖层并避免开凿到下层风化粘土，以便在水泥稳定时达到最佳的效果，所以对用于基层铺筑的红土砾石必须进行精选，按照法国和科特迪瓦的规范要求，精选天然红土砾石及其有机物含量绝对不能超过0.5%，细料塑性指数低于或等于20，小于0.08mm成份的百分比应低于或等于20.。96小时浸润后，CBR大于或等于30。

（二）材料性质

天然重砾石红土是含有大量不同粒径砾石的砾质黏土，它们是在湿热带气候里一种由铁质硅铝复合而成的球形结核，表面含有丰富的铁质元素而呈现红褐色（含有丰富的铁，经长期风化作用，在表面聚集了含量较高的氧化铁、氧化亚铁等物质)。

（三）材料的主要技术指标

依据材料试验及参考相关技术文件，确定作为基层使用的天然重砾石红土的材料技术指标如下：有机质含量矣0.5%；塑性指数IP<200.08mm通过量0%；CBR（加水泥前)为30；CBR（加水泥后)>160。

（四）配合比设计

选取3组满足上述要求的材料，掺加不同剂量的水泥，然后做混合料CBR值试验。分别按照3%、4%、5%的水泥掺用量进行试验，试验结果为：3%水泥用量CBR平均值为136.4%水泥用量，4%水泥用量CBR平均值为204.7，5%水泥用量CBR平均值为326.3。从试验结果可知，当水泥用量为3%时，混合料的CBR值不能满足规范要求；当水泥用量为5%时，混合料的CBR值远大于规范要求，而且现场实践证明，水泥剂量过大，不但增加了施工成本，基层裂缝也大量增加，养生难度加大，造成隐患。经过比选，水泥掺用量为4%是既经济又合理的配合比例。通过进行重型击实试验，确定了混合料的最佳含水量及最大干密度。最佳含水量为6.8%；最大干密度为2.21g/cm3；最佳含水量及最大干密度依据材料变化会略有变化。

（五）应用范围

水泥稳定红土砾石一般都用于日通车量为50辆中等交通量的道路基层及较大交通量的道路基层，也适用于日通车量10000辆的四车道或六车道的高速公路，或城市干道的底基层，亦可考虑用作要求弯沉值大于50一100的补强层。沪嘉高速公路即是以水泥稳定红土砾石作为补强层的公路工程，全长600km，其年累计重车通过量至少应在1万车次以上，即法国公路的TZ级公路。

（六）塑性指数

红土砾石的塑性指数，按科国的规范必须小于20，我们对科国规范采用了小于4mm的土粒来作塑性指数，从符合要求的红土砾石中，得到塑性指数大致在9.9~17.5之间，平均为15左右。

表一：红土砾料技术要求（底基层)

注：m为0.425mm筛孔的通过率，塑性模量（m×IP)为m与IP的乘积。当采用石灰处理时，还应满足：IP>10，m>15%。

（七）红土砾石的水稳性

据法国《国外道路工程手册》介绍，“普鲁文斯粘土和达喀尔标准砖红土的塑指相同时，前者的膨胀率要比后者高50%。粒度相同时，砖红土的收缩率始终比非砖红土小。”我们所做的红土砾石试件的CBR试验结果也一样，塑指为8~12的试件浸水后的膨胀率是微不足道的。脱模的非砖红土试件浸水后很快就崩塌。而红土砾石试件浸水1一5小时才崩塌，这一方面由于红土砾石颗粒中的粘土颗粒已属改性胶团，其次是粘土颗粒在整个红土砾石中所占的比例也是很小的，因此在最不利的水文条件下（饱水4天后)它的承载能力尚能达到CBR120~180%，说明它有优良的水稳性。

四、水泥稳定红砾石土产生裂纹问题

水泥稳定土基层结构具有强度高、强度增长快、水稳性好、整体性强、碾压成型后不怕水，是多雨地区合乎理想的结构。但也有不足之处，易产生较规则的纵横收缩和干燥收缩。在目前一般认为是不可避免的。我们在施工实践中所发现的裂纹不算多，以出现时间不同分为两种情况：一种是早期出现的裂纹，是水泥强度增长引起强烈收缩所致。开始我们发现裂纹多数在养生七天以后，考虑要洒粘层油而停止洒水，一经太阳暴晒就有出现裂纹可能，后期在养生期间偶因缺水经太阳晒就发现裂纹，养生对强度和产生裂纹均有影响，当然产生裂纹不仅仅是养生。由许多因素构成，如，细料成分集中，水泥含量多，施工含水量偏大等因素。

五、解决水泥稳定红砾石土基层强度问题的措施

（一）按照强度要求决定掺水泥百分比。红砾石土掺碎石的水泥用量为4%（占混合料总重量百分比)，纯红砾石土水泥用量为5%。必须注意混合料备料数量及水泥用量的准确和混合料及水泥的摊铺均匀。搅拌和均匀，含水量的适合；掌握施工工序紧密衔接，控制在6小时内碾压成型达到要求压实度；做好7天期内养生工作。本抗压试验用路面强度材料试验仪和测力环（测力环量程0～100kN)在实践中通过试验发现影响强度因素的尚有以下几个方面：1.与红砾石土材料的关系：红砾石土是非洲天然混合料，含铁质，一般颗粒较坚硬，这里的材料塑性指数高，几乎无选择余地。我们在选用时注意颗粒级配与坚硬程度及细料的含量。但从实践中发现有良好的级配是合乎理想的，但不是主要的（当然混合料中相同的粒径占多数将不密实影响强度是不行的)。

（二)红土砾石层压缩性低，强度高，承载力较大，可作为良好地基建筑场地，但由于厚度悬殊，基岩面起伏不平，因此，要考虑不均匀沉降问题。红土砾石层的粘粒含量较高，可作为良好的建筑材料，如用于制砖等。根据室内土工试验数据查表所得该层土的地基承载力一般偏低，因此在实际工程应用中，计算承载力时应以现场原位测试为准。因该类桩基造价比较高，桩基础设计时须根据上部荷载、工程地质条件等综合考虑，多方案比较后方可采用。同一工程中桩的规格、型号也不应太多，以免造成施工困难，特别是注意避免造成施工错误。利用红土砾石层作为桩基持力层时，这种地基处理大多是隐蔽工程，很难直接检测其施工质量，因此在施工中和施工后加强管理和检验。

（三）帮路肩及整理垫层：在翻修地段用油皮，新建地段用红砾石土，按测量的基层边线帮路肩。在两侧边桩处留缺口，以利于找桩和下雨泄水。检查原垫层的纵横坡及红砾石土的厚度。把弹簧软弱地段挖除和重填，低洼或坑洞仔细填补和整平。要求在土基上填一层厚10cm红砾石土，压实度97%。全线垫层压实度共测207个点，平均压实度达97.9%，其中压实度在97%以上的149个点占72%，95～96%的36个点占17%，小于95%的22个点占11%。对垫层压实度不足地段，在基层施工前多数进行补碾压，但未再测压实度。另有特殊情况的作个别特殊处理。垫层整理合乎要求后，基层施工前测定垫层水平标高，以控制基层厚度。

（四）底基层（基层）的碾压碾压程序、碾压速度、碾压遍数由试验段提供，一般按下列程序进行施工。a.碾压在摊铺后立即进行，一般50m左右为1个碾压段。b.碾压程序为：先轻后重，由边向中，由低至高，碾压时后轮重叠1/2轮宽。碾压速度和碾压遍数按试验路段提供的数据。c.压实遵循试验段确定的程序和工序，先用SD150压路机由边向中稳压1～2遍，其速度一般为1.5～2.0km/h。d.由两台LSS220型振动压路机振压，后轮重叠1/2轮宽，一般各碾压2～3遍即可。e.最后由YZ18F型压路机进行终压，碾压速度为2.5～3km/h，重叠1/2轮宽，一般碾压两遍即可。f.碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应挖除换填，并及时查找原因，改进施工工艺。g.碾压过程中，水稳碎石的表面始终保持湿润，如水分蒸发过快，应及时补洒少量的水，严禁洒大水碾压。h.碾压过程中的质量控制：试验人员在现场检测混合料含水量及配合比，发现问题，反馈信息，及时纠正。现场技术人员在压实过程中，跟踪检测摊铺厚度，摊铺宽度等各项指标，确保成型后的基层各项几何尺寸符合要求，同时对摊铺后的离析现象在碾压前处理。i.设专人跟踪检测标高，确保标高符合规范要求。当发现标高超出规范要求时，要及时查找原因，立即进行补救处理，同时制定出相应的预防措施。

六、总结

水泥稳定天然重砾石红土基层由天然重砾石红土、水泥以及水组成，天然重砾石红土：水泥：水的质量比为1：0.04：0.068；水泥通过外掺法加入，水泥为标号42.5MPa的普通硅酸盐水泥；天然重砾石红土中有机质含量≤0.5wt％、IP＜20、0.08mm通过量≤20wt％、加水泥前CBR≥30、加水泥后CBR≥160。本发明提供的水泥稳定天然重砾石红土基层施工配合比，对我国公路建设，尤其是在筑路材料资源比较匮乏的地区的公路建设，具有一定的推广应用价值。

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