城市道路路面石灰土結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)合理性的分析

康聯(lián)國

（中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，蘭州730000）

1 引言

近年來，隨著國家城市化的推進(jìn)，城市道路作為城市發(fā)展的“排頭兵”和“先行者”，其施工建設(shè)尤為重要。在進(jìn)行城市道路路面結(jié)構(gòu)基層、底基層設(shè)計(jì)時(shí)，對材料各項(xiàng)性能提出了一定的要求，而石灰土結(jié)構(gòu)層能在一定程度上滿足這些要求，因此，被經(jīng)常使用。合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層，對充分發(fā)揮石灰土的作用，提高工程質(zhì)量，降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，延長道路使用年限，都起著至關(guān)重要的作用。

2 依據(jù)巖土工程勘察資料合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層

2.1 依據(jù)材料來源設(shè)計(jì)

石灰土是由石灰、細(xì)粒土和水按一定的比例拌和、攤鋪、碾壓而形成，滿足一定強(qiáng)度要求的道路混合料。石灰和水一般分布廣泛，比較常見。直徑在2.36 mm以內(nèi)顆粒含量≤90%，且最大顆粒粒徑小于9.5 mm的土料通常歸類為細(xì)粒土。只有細(xì)粒土才可以作為石灰土原材料，中、粗粒土不能使用。比如，黏性土、粉性土、砂性土等塑性指數(shù)不同的細(xì)粒土可以作為石灰土原材料。對于細(xì)粒土的應(yīng)用，通常要求項(xiàng)目所在區(qū)域滿足方便獲取條件。我國地域遼闊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，細(xì)粒土分布也因地域而異。比如，陜北黃土高原、甘肅隴東等地區(qū)的道路結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先考慮石灰土結(jié)構(gòu)層；而甘肅河西走廊戈壁灘砂礫分布更為廣泛，更適宜采用石灰穩(wěn)定砂礫結(jié)構(gòu)層，而非石灰土結(jié)構(gòu)層[2]。

2.2 依據(jù)土類性能設(shè)計(jì)

巖土工程勘察資料中，通過大量的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)定了道路地層結(jié)構(gòu)類別。這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映了該地區(qū)土料多項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)值，通常包括易溶鹽含量、塑性指數(shù)、有機(jī)質(zhì)含量、不均勻系數(shù)、顆粒組成。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，最適宜用于石灰土結(jié)構(gòu)層的細(xì)粒土有3類，分別是含有機(jī)物≥10%的細(xì)粒土；塑性指數(shù)不小于4的砂性土；塑性指數(shù)在15～10范圍的黏土和亞黏土。等級(jí)較低的自重性濕陷性黃土用于石灰土結(jié)構(gòu)層也能取得很好的效果。細(xì)粒土塑性指數(shù)＜10時(shí)，拌和容易，碾壓性能好，黏性強(qiáng)，但強(qiáng)度相對低，難以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且容易產(chǎn)生起皮、縮裂裂縫等病害。塑性指數(shù)超過20的細(xì)粒土形成石灰土后，干裂可能性很大，但以上2類土用作水泥石灰穩(wěn)定土結(jié)構(gòu)層時(shí)，則效果更佳。因此，并不是所有細(xì)粒土都適合做石灰土結(jié)構(gòu)層。

某城市道路巖土工程勘察報(bào)告中，通過分析21組土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定路基土屬于粉土，塑性指數(shù)在7.1 ～8.7 ，平均塑性指數(shù)7.9 。因而，考慮到土質(zhì)為塑性指數(shù)低于10的粉土，制備成的石灰土強(qiáng)度較低，不適宜采用石灰土結(jié)構(gòu)層。如果條件受到限制，只能采用石灰土結(jié)構(gòu)層時(shí)，要通過摻入水泥、粉煤灰及其他措施來改善石灰土性能。

此外，在一些地區(qū)，城市道路潮濕段以及冰凍區(qū)的城市道路潮濕段，不允許采用石灰土結(jié)構(gòu)層做基層，因條件限制，只能用石灰土做結(jié)構(gòu)層時(shí)，必須采用防止水分浸入的措施。巖土工程勘察資料對城市道路路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)有重要的參考作用。進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察資料，充分分析道路沿線所處區(qū)域的地質(zhì)地貌、地層結(jié)構(gòu)、土石類別等，因地制宜，合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層，或?yàn)楦纳剖彝列阅芴峁┯行Ъ夹g(shù)手段或措施[3]。

3 依據(jù)設(shè)計(jì)要求合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層的層位

與半剛性結(jié)構(gòu)層相比，石灰土結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度相對較低，因而，CJJ 37—2012《城鎮(zhèn)道路設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》）[1]指出石灰土適宜用于城市支路基層結(jié)構(gòu)和各道路等級(jí)底基層結(jié)構(gòu)?；鶎踊虻谆鶎邮锹访娼Y(jié)構(gòu)層主要或次要承重層，除主要承受來自面層傳遞的車輛荷載外，還發(fā)揮著向墊層或土基傳遞分布荷載的作用，因而要求它應(yīng)有較好的平整度、足夠的水穩(wěn)定性、足夠的剛度和強(qiáng)度。石灰土在路面結(jié)構(gòu)層中所處層位不同，所承擔(dān)的作用也不同，質(zhì)量和強(qiáng)度要求也不同。因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)結(jié)合道路等級(jí)及交通量等設(shè)計(jì)要求，合理設(shè)計(jì)石灰土在路面結(jié)構(gòu)層中的層位。

4 依據(jù)施工可行性要求合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層厚度

在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者通常會(huì)采用彈性層連續(xù)體系理論進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)厚度驗(yàn)算，往往容易忽視施工可行性。合理確定石灰土結(jié)構(gòu)層的厚度有利于提高道路碾壓施工質(zhì)量，從而保證工程整體質(zhì)量。

《設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定石灰土結(jié)構(gòu)層的最小壓實(shí)厚度為15 cm，18～20 cm的適宜厚度，沒有提出施工技術(shù)要求。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)表明，石灰土結(jié)構(gòu)層厚度大于20 cm時(shí)，要分層攤鋪和碾壓，下層比上層適當(dāng)加厚，單層壓實(shí)厚度最小為10 cm。單層壓實(shí)厚度在15～20 cm時(shí)，18～20 t三輪壓路機(jī)或振動(dòng)壓路機(jī)碾壓效果最佳；單層壓實(shí)厚度≤15 cm時(shí)，12～15 t的三輪壓路機(jī)碾壓效果最佳。如采用三輪壓路機(jī)配合振動(dòng)羊足碾組合碾壓時(shí)，單層壓實(shí)厚度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)適當(dāng)增加。設(shè)計(jì)者常將采用的石灰土結(jié)構(gòu)層厚度為20 cm、25 cm、30 cm。通常情況下，采用厚30 cm的結(jié)構(gòu)層時(shí)，以每層后15 cm進(jìn)行分層碾壓；采用厚25 cm的結(jié)構(gòu)層時(shí)，分別以層厚15 cm、10 cm進(jìn)行分層碾壓；采用厚20 cm的結(jié)構(gòu)層時(shí)，1次碾壓完成。

但是，公路運(yùn)行一段時(shí)間后，結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生裂縫的面積從大到小依次為25 cm結(jié)構(gòu)層、30 cm結(jié)構(gòu)層、20 cm結(jié)構(gòu)層。這是因?yàn)榉謱邮┕r(shí)，上層很薄，上下結(jié)構(gòu)層脫節(jié)，形成薄弱點(diǎn)，經(jīng)過行車荷載作用，很快產(chǎn)生破壞。因此，在實(shí)際施工過程中，結(jié)構(gòu)層厚25 cm時(shí)，多采用一次碾壓成型，受常規(guī)攤鋪機(jī)械、碾壓機(jī)械、以及施工技術(shù)水平的影響，工程質(zhì)量很難得到保證。但是，隨著機(jī)械化發(fā)展進(jìn)步，這點(diǎn)會(huì)逐步得到改善[4]。

因此，建議在設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用厚度20 cm、30 cm結(jié)構(gòu)層，而后才是采用厚25 cm的結(jié)構(gòu)層，從而最大限度地減少裂縫，提高石灰土結(jié)構(gòu)層施工質(zhì)量。

5 依據(jù)試驗(yàn)檢測要求合理設(shè)計(jì)石灰土結(jié)構(gòu)層

5.1 設(shè)計(jì)強(qiáng)度和壓實(shí)度

在工程圖設(shè)計(jì)階段，選擇石灰土結(jié)構(gòu)層時(shí)，設(shè)計(jì)者大多結(jié)合交通等級(jí)、結(jié)構(gòu)層位置、車輛荷載等因素確定其選擇設(shè)計(jì)強(qiáng)度和壓實(shí)度指標(biāo)，以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。石灰土的強(qiáng)度是經(jīng)過機(jī)械壓實(shí)、離子交換、水化結(jié)晶、碳酸化以及火山灰等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用形成的，因而其影響因素很多，如原材料質(zhì)量、含水量、干密度、拌和過程、攤鋪、養(yǎng)護(hù)等。研究人員發(fā)現(xiàn)，并不是石灰土結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度越高越好，石灰土強(qiáng)度過高時(shí)，結(jié)構(gòu)層的干縮裂縫和冷縮開裂產(chǎn)生的可能性也較大。

壓實(shí)度實(shí)際上是反映結(jié)構(gòu)物理壓實(shí)后的密度狀況，理論上，壓實(shí)度越高密度越大，整體性越好。但是壓實(shí)度設(shè)計(jì)指標(biāo)要求過高時(shí)，現(xiàn)場施工機(jī)械無法實(shí)現(xiàn)。

因此，應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，合理的選擇設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度值，準(zhǔn)確選擇壓實(shí)度指標(biāo)，以提供工程質(zhì)量和降低工程造價(jià)。

5.2 石灰摻量

石灰摻量應(yīng)是在現(xiàn)場施工階段，通過石灰土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)行確定。通常，根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度和壓實(shí)度設(shè)計(jì)指標(biāo)，經(jīng)過擊實(shí)、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，求得最佳含水量和最大干密度，從而確定施工石灰摻量。

6 結(jié)語

在工程設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者應(yīng)依據(jù)各類技術(shù)規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，從巖土工程勘察與設(shè)計(jì)階段的要求、施工可行性要求、試驗(yàn)檢測要求等多角度，全面綜合考慮，合理設(shè)計(jì)城市道路路面石灰土結(jié)構(gòu)層，有效提高工程質(zhì)量。