天然级配砂砾作为农村公路路面基层材料的探索

2013-08-15张俊榜

中国建筑金属结构 2013年4期

张俊榜

（玉林市公路管理处，广西玉林 537000）

1 农村公路砂砾路面基层概述

我国地域阶梯分布，地质情况多样复杂，存在着丰富的天然级配砂砾资源。天然级配砂砾属于砾类岩石，该类岩石一般具有较好的稳定性、较低的塑性指数、较大的干密度和较高的强度，广泛应用于各类工程中。由于我国农村区域范围广阔，加上近年来经济发展迅速，使得公路里程迅速增加，而公路质量要求并不高，所以天然级配砂砾自然成为农村公路优先选用的路基理想填料。在就地取材的前提下，农村公路巨大的里程数量能使储量丰富的天然级配砂砾得到充分利用，为我国农村经济带来发展。

但是，天然级配砂砾质量不均匀，材料性能复杂，应用到农村公路路面基层的状况也不稳定。同时，施工质量的控制也极大地影响农村公路路面基层质量。反映天然级配砂砾的材料性能主要是材料级配和材料强度，而天然级配砂砾基层质量有几个重要问题控制，分别是材料的颗粒级配和最大粒径、施工碾压压实度。天然级配砂砾路面基层质量问题具体有以下几点：砂砾级配差，砂粒含量大，摊铺违背技术规程，造成级配不均匀，压不成板状，含水量掌握不好，机械功能不足等。

2 天然级配砂砾的材料性能

2.1 天然级配砂砾的作用机理

砂砾属于沉积岩中的陆源碎屑岩，天然级配砂砾由不同粒径的砂砾组成。天然级配砂砾在基层压实过程中，细颗粒填入到粗颗粒的空隙中，使基层密实度增加。在大吨位压路机的振动碾压下，天然级配砂砾的粗细颗粒彼此紧密镶嵌，提高基层材料的强度，减小空隙率，增加使用过程中的强度和稳定性。破碎后的砂砾石能增强混合料中颗粒间的相互嵌挤和锁结作用。大量的碾压试验证明，级配不良的天然级配砂砾难以碾压密实，而级配良好的天然级配砂砾则容易碾压密实；前者碾压的基层强度和稳定性较差，后者的基层强度和稳定性较好。

2.2 级配

天然砂砾的级配决定着碾压的密实度，碾压的密实度又直接影响结构层的强度和稳定性。

目前，在国内公路建设中，对天然砂砾石或级配砂砾石采用的通常做法是：将砂砾石按一定的级配组成，然后掺加少量的粘结料（如水泥或二灰），以此组成的混合料作为道路基层，以天然级配砂砾石作为道路的底基层。在道路工程应用中，单个颗粒的强度大。由于砂砾石缺乏粘性，容易产生水破坏、渗透破坏、冰冻破坏、松散破坏现象。为此，在实验基础上结合砂砾石混合料水破坏的因素，针对砂砾石混合料容易出现松散破坏的情况，提出了解决松散破坏的对策。认为合理的级配有助于保证混合料的冰、水稳定性。

2.3 强度

砂砾属于无黏性颗粒材料，强度的形成主要来源于颗粒之间的嵌紧密实。所以，天然级配砂砾的强度首先决定于砂砾本身的强度和颗粒组成，其次还取决于施工过程中控制的含水量和压实度。

天然级配砂砾基层结构的强度在结构上面还有如下特点：砂砾颗粒之间的联接强度一般都要比砂砾颗粒本身的强度小得多，并且，在外力作用下，无粘性的松散材料往往会在颗粒之间产生滑动和位移，导致失去承载能力而破坏。所以，对于天然级配砂砾公路路面基层结构强度，其中砂砾本身颗粒的强度固然重要，但是起决定作用的是颗粒之间的摩擦联接强度，也就是天然级配砂砾的抗剪强度。砂砾的粘结力和内摩擦角表征的是内摩擦力所决定的沙砾颗粒之间的联接强度，即决定了天然级配砂砾基层的结构强度。而抗剪强度的主要影响因素有以下几个：一是天然级配砂砾颗粒表面的相互滑动摩擦；二是砂砾因剪切时体积膨胀而克服的阻力；三是因粒料重新排列而受到的阻力。

3 天然级配砂砾基层施工质量控制中的重点问题与防治

在天然级配砂砾公路路面基层施工中，有两个问题直接影响到施工的质量：一个是材料本身的颗粒级配情况，另一个是施工时的碾压技术、方法。

3.1 材料颗粒级配

天然级配砂砾因为不是人工掺拌和级配，而是天然级配，所以料源质量不稳定，有可能出现较差的情况。颗粒级配较差的天然级配砂砾反应为以下现象：砾石颗粒过多过大，即含有过多的直径大于10厘米的超大巨粒卵石或砂砾。“级配”就意味着大小颗粒相匹配，小一级的颗粒填充大一级颗粒的空隙，使颗粒间嵌挤紧密、空隙率小、密度高、稳定性好，如果过大或过小的颗粒过多，空隙率将增大、嵌挤力小、稳定性差、密度低，所以使用级配良好的天然级配砂砾能较好地提高公路基层结构的质量。

在施工过程中，由于施工因素也可能改变天然级配砂砾的颗粒级配情况。比如，由于卸车和机械摊铺，使粗细料离析。反映的现象为粗细集料中，摊铺后，造成梅花，即砂砾集中。粗细料离析的级配砂砾，梅花部分空隙率大，不密实，嵌挤力小；砂窝部分松散，不稳定，路面铺筑在这样的底层上，易造成变形损坏。为避免施工因素对公路基层结构质量造成的影响，大量的试验表明，可以采取如下的方式解决：在摊铺过程中应将粗细料掺拌均匀，无粗细料分离现象；在碾压过程中如发现有梅花、砂窝，切不可用砂或砾石覆盖，应将梅花、砂窝分别挖出，掺入砂或砾石翻拌，达到级配均匀、密实。

3.2 施工碾压

砂砾公路路面基层结构的强度主要来自于对松散砂砾的碾压，当碾压质量不合格、施工时砂砾摊铺虚厚超过规定厚度、碾压砂砾层的机械碾压功能过小、砂砾层的碾压遍数不够等情况下，会导致砂砾层表面严重轮迹、起皮、压不成板状及砂砾层表面松散，有规律裂纹；或者砂砾层表面无异常，但经试验不够密度；甚至砂砾层不能形成具有一定强度的、密实的板状结构。而上述这样的结构层分散荷载的能力较差。为避免上述碾压施工带来的质量问题，经试验表明，可采取如下措施解决：按规定压实厚度10～20mm摊铺压实，超过规定厚度时，分两层摊铺碾压；将碾压功能小的机械换为符合碾压厚度的机械或改用振动碾；对碾压不够的砂砾层，增加碾压遍数以增加碾压密度。