2024年4月28日发(作者:魅族m9图片)
第9卷第3期
2 0 1 1年6月
水利与建筑工程学报
Journal of Water Resources and Architectural
Vo1.9 No.3
Jun.,201 1
风化破碎类花岗岩应用于路面基层性能试验研究
寇梦婕 ,张 晔2
(1.陕西华山路桥工程有限公司,陕西西安710016;2.陕西建工集团机械施工有限公司,陕西西安710032)
摘要:为合理分析风化破碎类花岗岩应用于高速公路路面基层的路用性能,根据郑州至石人山高速
公路工程建设实际,通过原状风化料的筛分、击实试验以及三种水泥配比的击实试验、无侧限抗压试验、
劈裂试验,得出水泥稳定类花岗岩风化料能够满足高等级公路底基层的强度要求,水泥掺量以4%~5%
为宜,并以5%为优的结论;为有效解决路面基层干缩裂缝,通过干缩试验,对水泥稳定风化岩在不同水
泥用量(4%、5%、6%)下的干缩特性进行了试验研究,分析了干缩应变和干缩系数等参数的变化规律,
得出水泥用量为5%的水泥稳定风化岩混合料单位失水率的干缩系数变化较小,整体变化趋势稳定,没
有大的突变,具有较好的干缩性能。研究为水泥稳定风化岩在高等级公路沥青路面的基层或底基层中
的应用提供一些基础资料并起到一定的借鉴作用。
关键词:道路工程;路面基层;风化岩;干缩应变;干缩系数
中图分类号:U416.214 文献标识码:A 文章编号:l672—1144(2011)03—016O—o3
Experimental Study on Performances of Broken Weathered
Granite Applied to Pavement Base
KOU Meng.jie ,ZHANG ye2
(1.Shaar ̄i Huashan Highway and Bridge Engineering Co.,Lid.,Xi’an,Shaanxi 710016,China;
2.Mechanical Construction Co.,Lid.ofShaan ̄i Construction Engineering Group Company,Xi’an,Sho ̄nxi 710032,China)
Abstract:In order to rationally analyze the road performances of weathered broken granite used in expressway pavement,
based on the experience of Zhengzhou—Shirenshan Expressway project as well as a few experiments,including the screen—
ing,compaction tests of undisturbed weathered rock,the compaction tests of three different cement pmportions,the un-
confined compressive tests and split tests,the conclusions could be drawn that the cement mixing content of cement—stabi—
lized weathered granite should be controlled in 4%~5%to satisfy the strength requirement of the subbase of high—grade
highways.Moreover.the cement mixing content of 5%is better.In order to effectively solve the desiccation cracks of
expressway pavement,the dry shrinkage performances of cement—stabilized weathered gravels with different cement con—
tents(4%、5%、6%)are tested.And subsequently,the change laws of dry shrinkage strain,dry shrinkage coefifcient
and other parameters are obtained.Generally speaking,it can be said that the cement—stbialized weathered granite wih t
he cement contentt of 5%has a less water loss rate per unit and a steady whole change trend for the better dry shrinkage
pmperty.All these researches as mentioned above could supply some basic data and references for the application of the
cement—stabilized weathered gravels on the base or subbase of high—grade highways.
Keywords:road engi。neeri‘ng;pavement base;weathered granite;shrinkage strain;shrinkage coefifcient
水泥稳定碎石半刚性基层具有整体强度高、稳 物,其工程力学性质与风化料的粒度成分有关,而风
化料的粒度成分与母岩成分及风化程度有关。花岗
定性好、整体性好且经济等特点,被广泛用于修建高
等级公路沥青路面的基层或底基层,是我国沥青路
面结构的主要型式[ 一引。花岗岩风化料是花岗岩经
物理、化学风化作用形成的残留在原地的岩石碎屑
收稿日期:2011-03—28 修稿日期:2011-04—26
岩经风化后,其颗粒大小不一,具有砂粒和粘土的性
质,有较大的孔隙比、较大的内摩擦角并具有一定的
粘聚力,但遇水后宜软化,是一类特殊的岩土类型。
作者简介:寇梦婕(1984一),女(汉族),陕西西安人,助理工程师,主要从事高速公路建设与管理工作。
第3期 寇梦婕,等:风化破碎类花岗岩应用于路面基层性能试验研究 l61
目前我国高等级公路的半刚性基层主要采用水泥稳
定碎石材料和水泥稳定砾石材料,将风化破碎类花
岗岩作为半刚性基层、底基层填料的应用研究十分
1.2试验方法及试件成形
按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》
(JTJ057—94) j采用静压法成形试件尺寸15 cm×15
cm圆柱体试件,试件要求在最优含水率和设计要求
压实度(98%)条件下成形,成形的试件脱模后称量
质量,立即用塑料包裹,送至相对湿度90%以上,恒
温(25℃±2 ̄C)养生室养生至规定龄期。养生期最
后一天浸水24 h。采用NYL一300型压力试验机,进
行无侧限抗压强度试验,采用MTS机进行劈裂强度
试验。
1.3水泥稳定风化岩配合比设计试验
缺乏。本文依托郑石高速公路路面基层工程,对水
泥稳定风化岩的工程性能进行了无侧限抗压强度、
劈裂强度试验及干缩应变等试验研究。
1试验设计
1.1花岗岩风化料颗粒特征
现场采集的原状风化花岗岩颗粒较粗且不均
匀,为分析原状土颗粒分布特征,进行了室内筛分试
验,结果表明:原状土颗粒主要由砂、砾粒组成,以砾 试验用原材料采用P.032.5普通硅酸盐水泥
和河南平顶山鲁山地区风化花岗岩。通过对所选用
粒为主,占60%~70%,其余为砂粒,占30%~
40%。不均匀系数为5.5~9,曲率系数0.88~
0.912,原状风化花岗岩为级配不良的土。由击实试
验可知,两组击实试验结果分别为:最优含水率
7.5%,最大干密度2.12 g/cm3和最优含水率7.5%,
最大干密度2.14 g/cm3,平均最优含水率7.5%,平
均最大干密度2.13 g/cm3。
的集料筛分试验,完成试验用集料的级配组成设
计 ],并结合水泥选定了3个试验配比方案,对这
3种试验配比方案进行了重型击实试验、7 d无侧限
抗压强度试验、90 d无侧限抗压强度试验、90 d劈裂
试验及90 d抗压回弹模量试验,其试验结果见表1。
在此基础上,进行了这3种方案的干缩试验。
表1 水泥稳定风化岩各项试验结果
1.4干缩试件的制作、养生、测试
限抗压强度试验结果见图1。7 d试件的无侧限抗
压强度随水泥掺量增加而增大,其变化趋势从3%
~
干缩试验每一个方案各为2组试件,每一组3
个平行试件,其中一组试件用于测干缩变形,另一组
备用试件测失水量。试件采用压力机静压成形,制
成100 mm×100 nlm×400 113111的中梁试件,成形的最
4%区间内试件无侧限抗压强度增加较显著,从
4%~6%试件无侧限抗压强度增加缓慢趋于稳定值
2.89 MPa。90 d试件无侧限抗压强度值随水泥掺量
增大而显著增大,其数值及增幅均比7 d试件无侧 大干密度和最佳含水率同无侧限强度试验。试件脱
模后置于温度为(25 oC±2℃)的标准养护室保湿养
生,养生龄期7 d。将养生7 d后取出试件,放在试
验室玻璃板上自然干燥,通过平卧式装置上的千分
表读取不同时间试件的干缩量。在读取于缩量的同
时,测定备用试件在相同自然环境下的平均水分蒸
发损失量,以此作为干缩试件的平均水分蒸发损失
量。测定过程直到试件含水率不再减少,千分表的
读数变化到0.010 mm为止。
限抗压强度值大,90 d强度值是7 d强度值的3.0~
4.2倍,水泥系风化料的后期强度有较大幅度增长。
水泥稳定花岗岩风化料7 d无侧限强度值满足底基
层材料强度的要求,但水泥掺量增大会造成底基层
开裂,因此,水泥掺量控制在4%~5%之问为宜,以
水泥掺量为5%时最优。
2.2劈裂强度试验
内掺不同比例水泥的花岗岩 化料试件的劈裂
强度试验结果见图2。90 d龄期试件劈裂强度值随
水泥掺量增加而增大,水泥掺量在5%以下时劈裂
强度增量较大,而在5%以上时增量明显减小,水泥
2试验结果与分析
2.1无侧限抗压强度试验
内掺不同比例水泥的花岗岩风化料试件的无侧
掺量为5%时的劈裂强度值是一个明显的拐点。考
162 水利与建筑工程学报 第9卷
虑轮胎接地压力为0.7 MPa时,为满足设计年限内
累计标准轴次达到3 000~5 000万次/车道的要求,
底基层材料的劈裂强度一般要达到0.4 MPa。考虑
底基层材料的变异性,各配比劈裂强度试验曲线,取
变异系数0.8,则底基层劈裂强度一般要达到0.5
MPa,规范要求水泥稳定碎石的基层材料90 d的龄
期的劈裂强度为0.4~0.6 MPa符合当前路用要求。
水泥稳定花岗岩风化料的劈裂强度在水泥掺量为
5%和6%时,均满足路用要求,并以水泥掺量为5%
时为优。
7d与90d龄期无侧限抗压强度试验对比曲线
图1不同水泥含量试件无侧限抗压强度试验结果
日 \ 骥出
4 2 0 8 6
暮
4 2 O
3 4 5 6 7
水泥掺量/%
(a)90d龄期劈裂强度试验曲线 (b)90d龄期 同水泥掺量劈裂强度曲线
图2不同水泥含量试件劈裂强度试验曲线
2.3时间对干缩应变的影响
量受时间影响,先大后小,最终将达到一个很小的变
化值,试验如图4所示。
350
干缩应变随着时间增长而逐渐增大,前10 d
内,干缩应变增长较快,随后干缩应变的增长幅度变
小。试件在10 d以内干缩性状显著;在10 d以上干
缩应变的变化率基本不变,反映出干缩趋于稳定。
。D
30O
25O
200
试验表明干缩应变先随时间增大,后达到稳定状态,
干缩历时较长,试验结果如图3所示。
10O0
曩
1O0
5O
900
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10¨l2 1 3 14 l 5 l6 17 l8 19 2O
;
600
500
400
时间,d
图4水泥稳定风化岩失水量随时间变化规律
姆300
10O
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10l1 l213 1415161 7 1 8】920
『--2O0
2.5失水率对平均干缩系数的影响
总体分析三种方案各试件,如图5所示,随着失
时fnJ/d
水率的增大,平均干缩系数逐渐增大,开始时平均干
图3水泥稳定风化岩干缩应变随时间变化规律
缩系数增长较快,到失水率达到2.7%以后,增长变
得缓慢,直至最大值。并且方案Ⅱ的平均干缩系数
随失水量的变化基本趋于直线,变化稳定,能有效的
减少半刚性基层的开裂,防止路面开裂。方案I和
方案Ⅲ中,平均干缩系数变化落差大,即在同样的单
位失水率情况下,试件的干缩应变显著,易引起半刚
性基层的开裂。
2.4时间对失水量的影响
失水量在试验初期(基本为第一天内)变化速度
最快,主要是由于试件在标准养生室中养生,其含水
率大,而试验是在室内自然条件下进行,水分丧失较
多导致试验开始第一天失水量大。总体上分析,前
10 d失水量变化较大,而后相对要小一些,表明失水
(下转第166页)
水利与建筑工程学报 第9卷
体继续发展变形与蠕变。数值模拟结果与实际观测
的结果大体上是吻合的。
位移量在继续增大,坡体在不断地蠕滑变形;
(5)采用离散元数值分析方法模拟斜坡体的变
形破坏特征,考虑坡体里的节理和裂隙后,数值模拟
结果与实际观测的结果大体上是吻合的,离散元数值
模拟在一定程度上反映了坡体变形破坏的总体趋势。
参考文献:
[1] 邸海燕.黑河水库引水洞上部滑坡稳定性分析与治理
设计[D].西安:长安大学,2009:1-2,9-14,32 34.
[2] 马润勇,彭建兵,毛彦龙.西安金盆水库放水塔附近滑
4结论
采用离散元法对所研究的滑坡体从速度矢量
图、应力、应变、塑性区等方面进行分析得出如下结
论:
(1)坡体整体处于不稳定状态,有整体下滑的
位移,离散元分析法基本上反映了所研究滑坡体的
变形破坏趋势;
(2)由于计算模型巾节理、裂隙的存在,应力在
此出现了集中现象;
(3)二维离散元分析一定程度上影响着分析结
坡特征及成因分析[J].工程地质学报,2006,14(4):
438,442.
[3]长安大学工程设计研究院.黑河水库放水塔新滑坡稳
定性勘察报告[R].西安:长安大学工程设计研究院,
2006:21—22.
果,主要表现在节理、裂隙的影响,计算结果有所变
化。从某种程度上讲,人为的块体分割和基于非连
[4]赵法锁.坡体平面旋转机理及稳定性研究[M].西安:
西安地图出版社,1999.
续介质的算法(假定各不同岩石块体为刚性,结构产
生的总位移仅仅是由各接触点(面)的变形所引起),
也影响了模拟的坡体变形变化的结果,使局部可能
出现应力集中现象[ ;
(4)通过对坡面上一点的速度和位移进行历史
[5]雷远见,王水林.基于离散元的强度折减法分析岩质边
坡稳定性[J].岩土力学,2005,27(10):1693—1698.
[6]冷先伦.层状岩质边坡破坏机理离散元分析[D].西安:
西安交通大学,2005.
[7]师刚,苏立海,马云峰,等.岩质边坡评价方法对比研
究fJ].水利与建筑工程学报,2009,7(1):109.111.
监测,可以看到随着时问的推移速度逐增大,相伴的
(上接第162页)
0
×
嫖
霎
2 0 2 5 3 0 3 5 4 0
失水率/%
室内干缩试验结果来看,干缩系数是一个较为稳定
的材料参数,可用于评价材料干缩性能。并且水泥
用量为5%的水泥稳定风化岩混合料单位失水率的
干缩系数变化较小,整体变化趋势稳定,没有大的突
变,具有较好的干缩性能,施工时推荐使用。应用水
泥稳定风化岩作为半刚性基层材料时,在施工初期
的10 d左右养生至关重要,施工后一周内必须进行
湿法养生,以防止基层开裂。
参考文献:
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公路交通科技,2002,19(3):35—37.
[2]宋少华,杨晓勇,许志鸿,等.水泥稳定碎石基层合理强
度的探讨[J].公路交通科技(应用技术版),2006,(4):
51—54.
图5水泥稳定风化岩平均千缩系数随失水率变化规律
3结语
(1)原状花岗岩风化料颗粒主要由砂、砾粒组
成,不均匀,为级配不良的土。将该风化料掺入水泥
后其力学性能有较大幅度提高,7 d龄期无侧限抗压
强度值满足底基层材料强度的要求,90 d龄期比7 d
龄期的无侧限抗压强度高3.0~4.2倍。水泥稳定
花岗岩风化料的劈裂强度满足路用要求。试验得出
水泥掺量控制在4%一5%之间为宜,以水泥掺量为
5%时最优。
[3]马士宾,苌军英,魏连雨,等.水泥稳定风积砂碎石基层正
交试验研究Ⅲ.重庆交通学院学报,213O4,23(5):48-51.
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民交通出版社,2OO6.
[5]JYJ057—94.公路工程无机结合料稳定材料试验规程
[s].北京:人民交通出版社,1994.
(2)从不同水泥剂量的水泥稳定风化岩混合料
[6].1"1".1034—2000.公路路面基层施工技术规范[s].北京:
人民交通出版社,2000.
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