抗裂水稳基层设计.pptx

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骨架密实型水泥稳定碎石基层的设计,江苏中路工程技术研究院,主要内容,1抗裂型水稳概述2抗裂型水稳混合料设计3抗裂型水稳材料质量控制4抗裂型水稳施工工艺5抗裂水稳质量控制标准,1抗裂型水稳概述,1.1抗裂型水稳的概念及特点1.2抗裂型水稳应用情况,为什么要进行抗裂水稳研究应用？

概述我国高等级公路基层普遍采用水泥稳定类的半刚性基层；半刚性基层在实际应用过程中出现不少问题，主要是水损害和裂缝，反射裂缝问题尤其严重；水泥稳定碎石基层沥青路面反射裂缝是我国高等级公路沥青路面的主要病害形式。

沥青路面反射裂缝病害,沥青路面反射裂缝病害照片,哪里出现了问题？

基层材料设计方法、指标存在缺陷，至使基层材料性能不能满足使用要求，是水泥稳定碎石基层沥青路面裂缝病害频发的最主要的原因之一。

水泥稳定碎石基层沥青路面抗裂措施减少水泥剂量、加强含水量控制设置应力吸收层：

SAMI、土工织物等提高沥青面层厚度沥青面层采用改性沥青、聚酯纤维等抗裂性能较好的材料低剂量水泥稳定碎石基层提高水稳混合料本身抗裂性能是减少水稳基层沥青路面反射裂缝的重要途径。

水泥稳定碎石基层抗裂措施,要正确认识半刚性基层的特点，从结构、构造、材料设计方法、与材料特性相匹配的施工技术等方面入手，扬长避短，才能提高半刚性基层沥青路面的质量和使用寿命。

解决措施,增加水泥稳定碎石基层本身抵抗开裂的能力抗裂型水泥稳定碎石基层,设计规范规定（JTGD502006）,6.1.2高速公路、一级公路的基层或上基层宜选用骨架密实型混合料。

二级及二级以下公路的基层可采用悬浮密实型混合料。

6.1.5.混合料试件成型宜采用振动成型方法，缺乏试验条件可采用静压法成型方法；,1.1抗裂型水稳的概念及特点,骨架密实型混合料以连续级配粗集料形成相互嵌挤的骨架，以水泥及细料填充骨架的空隙，形成一种骨架嵌挤密实结构的无机结合料。

抗裂型水稳的特点,1、级配骨架结构，强度高；2、普通硅酸盐水泥，水泥剂量低；3、采用振动成型进行最大干密度和最佳含水量选择；4、采用振动成型进行无侧向抗压强度成型；5、施工工艺类似、重视基层压实。

抗裂型水稳的级配,1.2抗裂型水稳应用情况,河北、河南、江西、江苏等省份；应用非常广泛；水稳裂缝密度低。

传统水稳：

约20m一道抗裂水稳：

100m以上一道,2抗裂型水稳混合料设计,2.12.2,抗裂水稳成型方法抗裂水稳混合料设计步骤,2.1成型方法比较,重型击实法属静力压实法压力超过材料的抗剪强度，导致集料破碎被迫移动结合料和骨料的粘结力构成了强度的主体部分粗集料少，密实悬浮结构振动压实法集料自由运动、压密内摩擦阻力和结合料与骨料的粘结力是强度主体粗骨料多，骨架密实型结构室内成型模拟现场碾压，代表性强,不同成型方法的性能比较,振动击实=1.025标准击实,振动成型的无侧限抗压强度更大，变异系数低振动成型：

骨架密实型，标准击实：

悬浮密实振动成型试件吸水率只有标准击实的1/10振动成型法在提高混合料强度的同时，对刚度的影响较小振动成型试件表现出更优的抗干缩性能振动成型设计的混合料更接近现场压实混合料的性质振动法设计的混合料可以达到强度及抗裂能力同时增加的最优效果，而静压法则只能取其一,振动成型设备及试件,振动成型参数的确定,振动成型参数差异性较大，较为混乱。

振动成型压实参数的选择应力求其压实的效果能和施工现场压路机的现场压实效果等效。

国内振动压实参数国内水泥稳定碎石振动压实参数选取表,国内振动成型参数,国内水泥稳定碎石振动成型的参数激振力范围为68007800N范围内，振动频率为28Hz35Hz，振幅在1.4mm左右，振动时间的选择差异较大。

振动成型参数确定,参照国内其他研究提出的振动成型参数结合振动压路机的压实参数确定振动成型的参数静面压力140kPa频率35Hz振幅1.4mm重点确定合适的振动成型时间,振动成型参数确定研究,振动成型参数确定三联分析确定法理论分析计算室内试验分析室内试验和现场压实情况比较分析,振动压路机参数范围,静线压力多为300N/cm左右。

接地面压力约为140kPa。

振动频率取值范围是：

25Hz40Hz，最常用的振幅为3035Hz。

激振力：

最佳振动时间的确定,理论计算分析振动模型：

弹跳模型（按照德国劳森浩森公司的计算公式）振动成型机振动时间为120S时压实功：

=220.725+286328286548.7kJ振动成型机振动时间为180S时压实功：

=220.725+429492429712.7kJ现场压实功：

=284912.76kJ结论：

振动成型机振动120S时的压实功与现场压实功相当，振动180S时远大于现场压实功。

最佳振动时间的确定,室内试验分析为了深入进行振动时间的合理选择研究，课题组分别选取振动压实的时间为1min、2min、3min和min。

1min不能成型试件，4min后期试件成为刚性体，易损伤设备。

最佳振动时间的确定,最佳振动时间的确定,0120s，最大干密度随振动时间增加增加；120s180s时，最大干密度达到峰值；之后干密度随振动时间的增加而逐渐减小。

初步确定最佳振动时间为120s180s之间。

最佳振动时间的确定,室内试验和现场压实的比较分析通过实际工程比较：

室内振动成型机振动2min试件干密度与现场基本相当，振动3min试件干密度远大于现场混合料干密度。

最佳振动时间的确定,最佳振动成型时间的确定通过三联分析确定法进行综合分析研究表明水泥稳定碎石基层混合料采用2min的振动成型时间是合理的水泥稳定碎石基层振动成型参数静面压力140kPa频率35Hz振幅1.4mm振动时间1.52min,级配4.75mm通过率水泥剂量35%,强度影响因素,4.75mm通过率的确定,4.75mm通过率最大干密度,相同的水泥用量下，4.75mm通过率为30%的最大干密度最大。

对于同样的级配，水泥剂量越大，最大干密度越大。

4.75mm通过率抗压强度,无侧限抗压强度随着4.75mm通过率的增加而增加。

在相同的水泥剂量下，劈裂强度随着4.75mm的通过率增加而减小。

综合无侧限抗压强度和劈裂强度的结果，4.75mm通过率为30%可以得到较优的强度组合。

4.75mm通过率劈裂强度,水泥剂量即便水泥剂量在3%时，振动成型的水泥稳定碎石混合料7天无侧限抗压强度仍然在6MPa以上，远高于水泥稳定碎石基层强度的要求。

这就为我们在应用水泥稳定碎石基层中进一步降低水泥剂量提供了依据。

收缩性能试验研究,干缩试验,温缩试验,干缩试验,在最佳含水量或稍低于最佳含水量的情况下，水泥稳定碎石混合料的干缩系数最小。

施工中含水量控制对减少水泥稳定碎石混合料干缩的重要性。

干缩系数对比,抗裂嵌挤型水泥稳定碎石混合料的干缩系数为传统型水泥稳定碎石混合料的75%左右,温缩系数比较,在相同的水泥用量下，骨架嵌挤型水泥稳定碎石混合料的温缩系数比传统的悬浮密实型水泥稳定碎石要明显的小。

水泥剂量3.5%，前者是后者的83%水泥剂量4.0%，前者是后者的85%水泥剂量4.5%，前者是后者的86%,2.3混合料设计步骤,

（1）确定矿料级配

（2）不同水泥剂量分组振动压实试验（3）不同水泥剂量强度试验（4）确定最大干密度、最佳含水量、水泥剂量,

（1）确定矿料级配,按颗粒组成进行计算，确定各种碎石的组成比例。

要求组成混合料的级配应符合表1的规定，且4.75mm、2.36mm的通过量应接近级配范围的下限。

表1抗裂型水泥稳定碎石混合料中合成碎石的颗粒组成,

（2）不同水泥剂量分组振动压实试验,一般水泥剂量按2.5%4.5%范围，分别取45种比例制备混合料,用振动压实法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。

如无振动成型设备，可采用重型击实试验，其最大干密度取值应在重型击实试验基层乘以转换系数，转换系数一般为1.021.03，如目标配比设计已进行对比试验，应采用目标配比确定的转换系数取值。

（3）不同水泥剂量强度试验,根据确定的最佳含水量，拌制水泥稳定碎石混合料，按要求压实度制备混合料试件，在标准条件下养护6天，浸水一天后取出，做无侧限抗压强度。

（4）确定最大干密度、最佳含水量、水泥剂量,水泥稳定碎石7天浸水无侧限抗压强度代表值应不小于设计值，设计值由施工图设计确定。

为保证基层达到强度满足要求、抗裂能力最佳的效果，应尽量限制水泥、细集料、粉料用量。

3抗裂型水稳材料的选择,3.1水泥:

普通硅酸盐水泥3.2碎石：

碎石的最大粒径为31.5mm，宜按粒径9.5mm31.5mm、4.75mm9.5mm、2.36mm4.75mm和02.36mm四种规格备料。

碎石压碎值应不大于28%；粗集料针片状含量应不大于18%（宜不大于15）；4号料中0.075mm通过率应不大于20（宜不大于18）；碎石中小于0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数小于9。

4抗裂型水稳施工工艺,4.1试铺4.2拌和4.3运输4.4摊铺4.5碾压4.6施工控制4.7养生及交通管制,4.1试铺,试铺段要决定的主要内容如下：

验证用于施工混合料的配合比调整拌和时间，保证混合料均匀性确定铺筑的松铺厚度和松铺系数（约1.201.30）确定标准施工方法确定每一作业段的合适长度（一般建议50m80m）严密组织拌和、运输、碾压等工序，缩短延迟时间,4.2拌和,在充分估计施工富余强度时要从缩小施工偏差入手，不得以提高水泥用量的方式提高路面基层强度高温作业时，早晚与中午的含水量要有区别，要按温度变化及时调整。

拌和机要配备带活门漏斗的料仓，成品混合料先装入料仓内，由漏斗出料装车运输，装车时车辆应前后移动，分三次装料，避免混合料离析。

大吨位自卸汽车加盖毡布摊铺现场待卸车不少于5辆,4.3运输,防治混合料离析摊铺机机械调整到位摊铺速度均匀松铺厚度、高程、横坡指标控制加强上下基层粘结，形成整体,4.4摊铺,4.5碾压,重视抗裂水稳碾压压路机典型配置：

20T以上单钢轮振动压路机3台，同时配备26T以上胶轮压路机2台最大干密度取值标准，采用振动成型确定最大干密度进行质量控制；压实标准达到98以上；抗裂水稳基本不渗水，渗水系数作为实测指标。

4.6施工控制,抗裂型水稳的施工除了应建立质量管理体系、监理体系及进行完善施工组织设计外，应特别重视以下几个环节。

（1）稳定料源

（2）严格控制级配（3）定期检查机械设备,

（1）稳定料源,抗裂型水稳的级配范围较窄，比普通的水稳混合料对材料的质量要求严格，生产中必须要有稳定的料源，每一批进料都要及时筛分，及时调整用料比，这样抗裂型水稳的级配才能得到保证。

（2）严格控制级配,为保证粗集料间形成相互嵌挤的骨架结构，必须严格控制4.75mm、2.36mm、0.075mm的通过率在规定的范围内。

（3）定期检查机械设备,对拌和机要定期标定，对施工机械要定期进行检修、保养，及时排除设备故障。

4.7养生及交通管制,养生方法：

用复合土工塑料薄膜覆盖、土工布等养生，在7天内应保持基层处于湿润状态。

在养生期间应封闭交通,5、质量管理及检查验收,1、水泥剂量控制：

滴定试验，总量控制；2、水稳混合料强度试验：

无侧向抗压强度试验；3、水稳级配稳定性检测；4、水稳基层压实度、含水量检测；5、水稳基层完整性检测：

取芯判断。

注：

（1）水泥稳定碎石基层7d龄期必须能取出完整的钻件，如果取不出完整钻件，则应找出不合格界限，进行返工

（2）其它质量要求按公路工程基层施工技术规范（JTJ034-2000）执行。

抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层混合料关键指标分析,级配、最大干密度强度压实度典型碾压方案渗水系数,抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层混合料关键指标分析,级配抗裂水稳混合料4.75mm通过率一般均控制在30%左右,抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层混合料关键指标分析,最大干密度比较振动成型和重型击实成型试件的最大干密度，对于不同的工程，不同的材料，前者是后者的1.031.05倍。

采用优化的骨架密实型级配，并采用振动法设计的混合料使用现有的施工设备，以振动法确定的最大干密度作为标准密度，基层压实度标准可定位于98%以上。

抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层混合料关键指标分析,强度成型方式对混合料强度有显著影响，振动成型试件抗压强度远大于静压成型试件抗压强度。

用静压法确定的混合料强度控制现场施工易导致水泥剂量过大。

采用振动法，在静压法确定的水泥剂量的基础上降低水泥剂量11.5%是合理的，不仅降低了工程造价，满足强度设计要求，更重要的是显著提高了水泥稳定碎石基层的抗裂能力。

抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层混合料关键指标分析,典型碾压方案总结各试验段抗裂水稳的碾压方案，推荐抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层的典型碾压组合,抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层混合料关键指标分析,压实度抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层现场压实度的控制，推荐采用振动成型试件的最大干密度为标准进行评价指标要求：

现场干密度不小于振动成型试件最大干密度的98%。

通过多个工程的应用，表明采用重型压实工艺后，现场的压实度完全是能满足上述要求的。

说明采用振动法确定的混合料干密度控制现场压实度更为合理，更能得到性能优良的水泥稳定碎石基层。

抗裂嵌挤型水泥稳定碎石基层混合料关键指标分析,渗水系数抗裂型水泥稳定碎石基层混合料0.075mm通过率控制在3%左右是比较合适的基层的渗水系数基本能满足不渗水的要求,谢谢！