天然級(jí)配砂礫作為農(nóng)村公路路面基層材料的探索

張俊榜

（玉林市公路管理處，廣西 玉林 537000）

1 農(nóng)村公路砂礫路面基層概述

我國(guó)地域階梯分布，地質(zhì)情況多樣復(fù)雜，存在著豐富的天然級(jí)配砂礫資源。天然級(jí)配砂礫屬于礫類巖石，該類巖石一般具有較好的穩(wěn)定性、較低的塑性指數(shù)、較大的干密度和較高的強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于各類工程中。由于我國(guó)農(nóng)村區(qū)域范圍廣闊，加上近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，使得公路里程迅速增加，而公路質(zhì)量要求并不高，所以天然級(jí)配砂礫自然成為農(nóng)村公路優(yōu)先選用的路基理想填料。在就地取材的前提下，農(nóng)村公路巨大的里程數(shù)量能使儲(chǔ)量豐富的天然級(jí)配砂礫得到充分利用，為我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)帶來發(fā)展。

但是，天然級(jí)配砂礫質(zhì)量不均勻，材料性能復(fù)雜，應(yīng)用到農(nóng)村公路路面基層的狀況也不穩(wěn)定。同時(shí)，施工質(zhì)量的控制也極大地影響農(nóng)村公路路面基層質(zhì)量。反映天然級(jí)配砂礫的材料性能主要是材料級(jí)配和材料強(qiáng)度，而天然級(jí)配砂礫基層質(zhì)量有幾個(gè)重要問題控制，分別是材料的顆粒級(jí)配和最大粒徑、施工碾壓壓實(shí)度。天然級(jí)配砂礫路面基層質(zhì)量問題具體有以下幾點(diǎn)：砂礫級(jí)配差，砂粒含量大，攤鋪違背技術(shù)規(guī)程，造成級(jí)配不均勻，壓不成板狀，含水量掌握不好，機(jī)械功能不足等。

2 天然級(jí)配砂礫的材料性能

2.1 天然級(jí)配砂礫的作用機(jī)理

砂礫屬于沉積巖中的陸源碎屑巖，天然級(jí)配砂礫由不同粒徑的砂礫組成。天然級(jí)配砂礫在基層壓實(shí)過程中，細(xì)顆粒填入到粗顆粒的空隙中，使基層密實(shí)度增加。在大噸位壓路機(jī)的振動(dòng)碾壓下，天然級(jí)配砂礫的粗細(xì)顆粒彼此緊密鑲嵌，提高基層材料的強(qiáng)度，減小空隙率，增加使用過程中的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。破碎后的砂礫石能增強(qiáng)混合料中顆粒間的相互嵌擠和鎖結(jié)作用。大量的碾壓試驗(yàn)證明，級(jí)配不良的天然級(jí)配砂礫難以碾壓密實(shí)，而級(jí)配良好的天然級(jí)配砂礫則容易碾壓密實(shí)；前者碾壓的基層強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差，后者的基層強(qiáng)度和穩(wěn)定性較好。

2.2 級(jí)配

天然砂礫的級(jí)配決定著碾壓的密實(shí)度，碾壓的密實(shí)度又直接影響結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

目前，在國(guó)內(nèi)公路建設(shè)中，對(duì)天然砂礫石或級(jí)配砂礫石采用的通常做法是：將砂礫石按一定的級(jí)配組成，然后摻加少量的粘結(jié)料（如水泥或二灰），以此組成的混合料作為道路基層，以天然級(jí)配砂礫石作為道路的底基層。在道路工程應(yīng)用中，單個(gè)顆粒的強(qiáng)度大。由于砂礫石缺乏粘性，容易產(chǎn)生水破壞、滲透破壞、冰凍破壞、松散破壞現(xiàn)象。為此，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上結(jié)合砂礫石混合料水破壞的因素，針對(duì)砂礫石混合料容易出現(xiàn)松散破壞的情況，提出了解決松散破壞的對(duì)策。認(rèn)為合理的級(jí)配有助于保證混合料的冰、水穩(wěn)定性。

2.3 強(qiáng)度

砂礫屬于無黏性顆粒材料，強(qiáng)度的形成主要來源于顆粒之間的嵌緊密實(shí)。所以，天然級(jí)配砂礫的強(qiáng)度首先決定于砂礫本身的強(qiáng)度和顆粒組成，其次還取決于施工過程中控制的含水量和壓實(shí)度。

天然級(jí)配砂礫基層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度在結(jié)構(gòu)上面還有如下特點(diǎn)：砂礫顆粒之間的聯(lián)接強(qiáng)度一般都要比砂礫顆粒本身的強(qiáng)度小得多，并且，在外力作用下，無粘性的松散材料往往會(huì)在顆粒之間產(chǎn)生滑動(dòng)和位移，導(dǎo)致失去承載能力而破壞。所以，對(duì)于天然級(jí)配砂礫公路路面基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，其中砂礫本身顆粒的強(qiáng)度固然重要，但是起決定作用的是顆粒之間的摩擦聯(lián)接強(qiáng)度，也就是天然級(jí)配砂礫的抗剪強(qiáng)度。砂礫的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角表征的是內(nèi)摩擦力所決定的沙礫顆粒之間的聯(lián)接強(qiáng)度，即決定了天然級(jí)配砂礫基層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。而抗剪強(qiáng)度的主要影響因素有以下幾個(gè)：一是天然級(jí)配砂礫顆粒表面的相互滑動(dòng)摩擦；二是砂礫因剪切時(shí)體積膨脹而克服的阻力；三是因粒料重新排列而受到的阻力。

3 天然級(jí)配砂礫基層施工質(zhì)量控制中的重點(diǎn)問題與防治

在天然級(jí)配砂礫公路路面基層施工中，有兩個(gè)問題直接影響到施工的質(zhì)量：一個(gè)是材料本身的顆粒級(jí)配情況，另一個(gè)是施工時(shí)的碾壓技術(shù)、方法。

3.1 材料顆粒級(jí)配

天然級(jí)配砂礫因?yàn)椴皇侨斯桨韬图?jí)配，而是天然級(jí)配，所以料源質(zhì)量不穩(wěn)定，有可能出現(xiàn)較差的情況。顆粒級(jí)配較差的天然級(jí)配砂礫反應(yīng)為以下現(xiàn)象：礫石顆粒過多過大，即含有過多的直徑大于10厘米的超大巨粒卵石或砂礫。“級(jí)配”就意味著大小顆粒相匹配，小一級(jí)的顆粒填充大一級(jí)顆粒的空隙，使顆粒間嵌擠緊密、空隙率小、密度高、穩(wěn)定性好，如果過大或過小的顆粒過多，空隙率將增大、嵌擠力小、穩(wěn)定性差、密度低，所以使用級(jí)配良好的天然級(jí)配砂礫能較好地提高公路基層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

在施工過程中，由于施工因素也可能改變天然級(jí)配砂礫的顆粒級(jí)配情況。比如，由于卸車和機(jī)械攤鋪，使粗細(xì)料離析。反映的現(xiàn)象為粗細(xì)集料中，攤鋪后，造成梅花，即砂礫集中。粗細(xì)料離析的級(jí)配砂礫，梅花部分空隙率大，不密實(shí)，嵌擠力小；砂窩部分松散，不穩(wěn)定，路面鋪筑在這樣的底層上，易造成變形損壞。為避免施工因素對(duì)公路基層結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成的影響，大量的試驗(yàn)表明，可以采取如下的方式解決：在攤鋪過程中應(yīng)將粗細(xì)料摻拌均勻，無粗細(xì)料分離現(xiàn)象；在碾壓過程中如發(fā)現(xiàn)有梅花、砂窩，切不可用砂或礫石覆蓋，應(yīng)將梅花、砂窩分別挖出，摻入砂或礫石翻拌，達(dá)到級(jí)配均勻、密實(shí)。

3.2 施工碾壓

砂礫公路路面基層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度主要來自于對(duì)松散砂礫的碾壓，當(dāng)碾壓質(zhì)量不合格、施工時(shí)砂礫攤鋪虛厚超過規(guī)定厚度、碾壓砂礫層的機(jī)械碾壓功能過小、砂礫層的碾壓遍數(shù)不夠等情況下，會(huì)導(dǎo)致砂礫層表面嚴(yán)重輪跡、起皮、壓不成板狀及砂礫層表面松散，有規(guī)律裂紋；或者砂礫層表面無異常，但經(jīng)試驗(yàn)不夠密度；甚至砂礫層不能形成具有一定強(qiáng)度的、密實(shí)的板狀結(jié)構(gòu)。而上述這樣的結(jié)構(gòu)層分散荷載的能力較差。為避免上述碾壓施工帶來的質(zhì)量問題，經(jīng)試驗(yàn)表明，可采取如下措施解決：按規(guī)定壓實(shí)厚度10～20mm攤鋪壓實(shí)，超過規(guī)定厚度時(shí)，分兩層攤鋪碾壓；將碾壓功能小的機(jī)械換為符合碾壓厚度的機(jī)械或改用振動(dòng)碾；對(duì)碾壓不夠的砂礫層，增加碾壓遍數(shù)以增加碾壓密度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)天然級(jí)配砂礫的材料性能和施工質(zhì)量控制的探討和研究，認(rèn)為天然級(jí)配砂礫是一種較好的筑路材料，其中良好級(jí)配的砂礫及施工質(zhì)量控制使得其可以使用在農(nóng)村公路中作為公路路面基層材料。

經(jīng)過大量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和工地試驗(yàn)表明，級(jí)配良好的天然級(jí)配砂礫中，大于5mm的砂礫石含量大約占60%～80%。在實(shí)際工程中要嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)，在試驗(yàn)結(jié)果中選擇設(shè)計(jì)的合理參數(shù)，并要求采用合理科學(xué)的施工碾壓方法，以保證達(dá)到四級(jí)公路路面基層結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求。

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