第十章 碎、砾石路面 §10-1 碎、砾石路面的力学特性 一、碎、砾石路面的强度构成 碎、砾石路面通常是指水结碎石路面、泥结碎石路面以及密级配的碎（砾）石路面等数种，这类路面通常只能适应中低等交通量的公路。 碎、砾石路面结构强度形成的特点是：矿料颗粒之间的联结强度，一般都要比矿料颗粒本身的强度小得多；在外力作用下，材料首先将在颗粒之间产生滑动和位移，使其失去承载能力而遭致破坏。因此，对于这种松散材料组成的路面结构强度，其中矿料颗粒本身强度固然重要，但是起决定作用的则是颗粒之间的联结强度。凡在强度特性上具有上述特点的材料，均属于松散介质的范畴。对于松散介质范畴的材料，其抗剪强度可用库仑公式表示。因此，由材料的粘结力和内摩阻角所表征的内摩擦力所决定的颗粒之间的联结强度，即构成了路面材料的结构强度。下面就各类碎砾石材料的抗剪特性和影响因素分述如下： （一）纯碎石材料 纯碎石材料是按嵌挤原则产生强度，它的抗剪强度主要决定于剪切面上的法向应力和材料内摩阻角。由下列三项因素构成： （1）粒料表面的相互滑动摩擦； （2）因剪切时体积膨胀而需克服的阻力； （3）因粒料重新排列而受到的阻力。 单一粒料在另一有粗糙面但表面平整的粒料上滑动，其摩阻角大多在30(以下；许多粒料相互紧密接触，沿某一剪切面相互变位时，因体积膨胀和粒料重新排列而多消耗的功，可使摩阻角增至40～50(。 纯碎石粒料摩阻角的大小主要取决于石料的强度、形状、尺寸、均匀性、表面粗糙度以及施工时的压实程度。当石料强度高、形状接近正立方体、有棱角、尺寸均匀、表面粗糙、压实度高，则内摩阻力就大。 （二）土－碎（砾）石混合料 这类材料含土少时，也是按嵌挤原则形成强度；当含土量较多时，则按密实原则形成强度。土－碎（砾）石混合料的强度和稳定性取决于内摩阻力和粘结力的大小。为得到最大强度和稳定性而设计的颗粒材料，应具有高内摩阻力来抵抗荷载作用下的变形。内摩阻力和由此而产生的抗剪力在很大程度上取决于密实度、颗粒形状和颗粒大小的分配。在这些因素中，以集料大小的分配，特别是粗细成分比例为最重要。图10—1表示土－碎（砾）石混合料的三种物理状态。  a ）　 b）　 　 c） 图10—1土－碎（砾）石混合料三种物理状态 第一种（图10—1a），不含或含很少细料（指0.074mm以下的颗粒）的混合料，它的强度和稳定性依靠颗粒之间摩阻力获得。这类的混合料其密实度较低，但透水性好，不易冰冻。由于这种材料没有粘结性，施工时压实困难。 第二种（图10—1b），含有足够的细料来填充颗粒间的空隙的混合料，它仍然能够从颗粒接触而获得强度，其抗剪强度、密实度有所提高，透水性低，施工时较第一种情况易压实。 第三种（图10—1c） ，含有大量细料而没有粗颗粒与粗颗粒的接触，集料仅仅是“浮”在细料之中。这类混合料施工时易压实，但其密实度较低，易冰冻，难于透水，强度和稳定性受含水量影响很大。 图10—2表示不同细料含量时土－砾石混合料的密实度和CBR的试验结果，图中CBR值为试件浸湿后的测定结果。由图可知，随压实功能增加，密实度和CBR值均增加，而且都存在一个相应的最佳细料含量。最大密实度时的最佳细料含量为8～10%，而最大CBR值时的最佳细料含量为6～8%；前者的细料含量的状况可代表图10—1b状态，而最大值左右两侧的曲线部分则代表图10—1a）和c） 两种状态。 图10—3示用土－碎石混合料的试验结果。由图可见，细料成分对碎石集料CBR的影响一般比对砾石的影响小。对于同一粒径分配，由有棱角颗粒组成混合料的CBR值通常也比圆滑颗粒混合料的CBR值稍大一些。 图10—4是几种粒状材料用AASHO标准压实法成型后测得的CBR值和干密度的试验结果。密实度和CBR值都是随集料尺寸增大而增大，但最佳细料含量则降低。此外，细料含量小于最大密实度时的含量，其CBR值最大，因而其强度和稳定性也最大。 细料（＜0.074mm)含量（％） 图10—2土－砾石混合料密实度和CBR随细料含量而变化 细料（＜0.074mm)含量（％） 图10—3土－碎石混合料密实度和CBR随细料含量的变化 细料（＜0.074mm)含量（％） 图10—4混合料密实度和CBR随细料和最大粒径的变化 （按AASHO标准密实度为100%的试验） 细料（＜0.42mm)含量（％） 图10—5塑性指数对砾石（最大粒径2.54cm）三轴强度的影响 由上述分析可知，只有在已知粒径分配的情况下，密实度才可以作为衡量强度和稳定性的依据。细料含量偏多的混合料强度和稳定性大大低于细料含量偏低的原因，是由于如图（10—1c）的情况，强度和稳定性受结合料的影响很大，而在图（10—1 a）的情况下，强度和稳定性受结合料的影响很小，大部分取决于大颗粒之间的接触。 室内试验和工地实践都表明，集料为碎石时，由于颗粒嵌挤作用的增强，其强度和稳定性较圆滑砾石集料为好，渗透系数亦高，更易排水。此外，细粒土的物理性质对混合料的强度和稳定性也有很大影响，特别是集料颗粒间的接触破坏时影响更大。图10—5示细料的塑性指数对砾石混合料三轴强度的影响。由图可知，当小于0.42mm的细粒土少时，其塑性指数对强度的影响很小；而当细粒土的含量增加时，其塑性指数的影响便越来越大。因此，对于细料含量多的混合料，必须限制细料的塑性指数。 二、碎、砾石材料的应力－应变特性 碎、砾石材料的显著特点之一是应力－应变的非线性性质，回弹模量在很大程度上受竖向和侧向应力大小的影响。图10—6 表示三轴试验中，轴向应变(1同偏应力(d（=(1 － (3 ）与侧向应力(3的关系。由图可看出，同一侧向应力(3作用下回弹模量Er随偏应力增大而逐渐减小；不论轴向应变多大，当侧向应力增大时，回弹模量值也增大。根据试验研究结果，回弹模量Er值可用下式表示： （Mpa） （10—1） 式中　K1、k2——与材料有关的试验参数； 　　　　　　(——主应力之和，即(＝(1+2(3。   图10—6 碎、砾石材料应力－应变　　　　　　 图10—7干的轧制集料回弹模量随主应力和的变化 　　　　　　　　　　 图10—7表示某一轧制集料的回弹模量值同主应力和的关系。试验还表明，应力重复次数、荷载作用时间及频率对回弹模量的影响甚小。 颗粒材料的模量决定于材料的级配、形状、表面构造、密实度和含水量等。一般密实度愈高，模量值愈大；棱角多，表面粗糙者有较高模量；当细料含量不多时，含水量仅有甚小影响。 三、碎、砾石材料的形变积累 　　良好级配砾石在保证良好排水条件下塑性形变的发展如图10—8所示。由图可见，当应力作用次数达到104次时，形变已基本上不发展；但当应力较大，超过材料的耐久疲劳应力，则到一定次数后，形变随应力作用次数而迅速发展，最终导致破坏。级配组成差的粒料，即使应力作用了很多次，仍继续有塑性形变的增长，但欲获得低的塑性形变，级配料中的细料含量必须少于获得最大密实度的含量。  图10—8 砾质材料在良好排水条件下塑性形变的发展 §10-2 碎石路面与基层 　　碎石路面是用加工轧制的碎石按嵌挤原理铺压而成的路面。碎石路面按施工方法及所用填充结合料的不同，分为水结碎石、泥结碎石、级配碎石和干压碎石等数种。碎石路面通常用砂、砾石、天然砂石、或块石为基层，有时亦可直接铺在路基上。碎石路面的优点是投资不高，可以随交通量的增加分期改善；缺点是平整度差，易扬尘，泥结碎石路面雨天还易泥泞。 碎石路面的强度主要依靠石料的嵌挤作用以及填充结合料的粘结作用。嵌挤力的大小主要取决于石料的内摩阻角。粘结作用（用材料的粘结力表示）的大小主要取决于填充结合料本身的内聚力及其与矿料之间的粘附力大小。 碎石颗粒尺寸大致为0～75mm，通常按其尺寸大小划分为六类，如表10—1所示。 各种碎石尺寸与分类　　　　　　表10—1 编号 碎石名称 粒径范围(mm) 用途  1 2 3 粗碎石 中碎石 细碎石 75～50 50～35 35～25  骨料  4 5 石渣 石屑 25～15 15～5 嵌缝料  6 米石 0～5 封面料   一、水结碎石路面 　　水结碎石路面是用大小不同的轧制碎石从大到小分层铺筑，经洒水碾压后而成的一种结构层。其强度是由碎石之间的嵌挤作用以及碾压时所产生的石粉与水形成的石粉浆的粘结作用而形成的。由于石灰岩或白云岩石粉的粘结力较强，是水结碎石的常选石料。水结碎石路面厚度一般为10—16cm。 水结碎石路面对材料的基本要求是：碎石应具有较高的强度（III级以上）、韧性和抗 磨耗能力；碎石应具有棱角且近于立方体, 长条扁平的石料不超过10%；此外，碎石应干净，不含泥土杂物。碎石的最大尺寸应根据石料品质及碎石层的厚度来确定，坚硬石料不得超过碎石层压实厚度的0.8倍。 水结碎石路面施工,一般按下列工序进行：(1)准备工作；(2)撒铺石料并摊平，可分一次或二次撒铺；(3)预碾碎石；(4)碾压碎石并洒水；(5)撒铺嵌缝料并碾压与洒水粘压；(6)撒铺石屑（米石）并洒水碾压成型；(7)初期养护。 水结碎石，一般情况应全幅施工。如特殊情况需要半幅施工时，纵向接缝处理必须仔细，以保证路面质量。摊铺主石时，不论分一层或两层均应按压实系数1.25~1.3一次摊铺，并须仔细找平。 碎石的碾压质量与石料性质、形状、层厚、压路机类型和重量、碾压行程次数、以及洒水与铺撒嵌缝料的适时与否等因素有关。根据碾压时碎石的移动、嵌挤以及最后成型等情况，水结碎石路面的碾压过程可分为三个阶段： 第一个阶段为稳定期，此阶段采用60~80kN(6-8tf)轻型压路机先干压2~3遍后，再随压随洒水。洒水可减少石料之间的摩擦力，目的是使碎石在压路机作用下，促使其就位压实，直至碎石挤紧不再移动为止。 第二阶段为压实期，宜采用80~120kN(8-12tf)中型压路机进行洒水碾压。因在第一阶段碎石一部分被压碎嵌入石料空隙中，使碎石层挤紧，摩阻力增加，碾压效果逐渐减低。故应洒水减少石料之间的摩阻力，以便进一步增加石料间的嵌挤程度。此一阶段碾压直至碎石不再松动，不起波浪，表面无轮迹为止。 第三阶段为成型期，需要撒铺嵌缝料，洒水，并以120kN(12tf)的重型压路机碾压，直至形成密实的表面层不出现碾轮轮迹为止。 各个阶段压路机碾压的行程次数，因压路机重量、石料性质及碎石层厚度而异。根据经验，压路机行程次数大致如表10—2所列，最后还要在路面上撒米石或粗砂，用中型压路机干压3~5遍。 水结碎石路面的碾压行程次数 表 10—2 - 阶 段  压 路 机 类 型  车 速(km/h)  行 程 次 数     软 石  坚 石   第 一 阶 段  轻 型  头档(1.5~2.25)  6~9(干压2~3遍后洒水) 8~11(干压2~3遍后洒水)   第 二 阶 段  中 型  头档(1.5~2.25)  10~14(洒水)   第 三 阶 段  重 型  二档(2.5~3.0)  20~25(洒水)   碾压时，应从路两侧开始，逐渐移向路中。碾压轮迹重叠宽度:对三轮压路机为后轮宽度的1/3~1/2；对双轮压路机则为20~30cm。 当用水结碎石作路面基层时，其所用材料质量、规格要求、施工程序和操作工艺皆与水结碎石路面相同，但不需加铺米石或石屑封面，以增进其与面层的结合。 二、泥结碎石路面 泥结碎石路面是以碎石作为骨料、泥土作为填充料和粘结料，经压实修筑成的一种结构。泥结碎石路面厚度一般为8～20cm；当总厚度等于或超过15cm时，一般分两层铺筑，上层厚度6～10cm，下层厚度9～14cm。泥结碎石路面的力学强度和稳定性不仅有赖于碎石的相互嵌挤作用，同时也有赖于土的粘结作用。泥结碎石路面虽用同一尺寸石料修筑，但在使用过程中由于行车荷载的反复作用，石料会被压碎而向密实级配转化。 泥结碎石层所用的石料，其等级不宜低于IV级，长条、扁平状颗粒不宜超过20%。不产石料地区的次要道路，交通量少时，可采用礓石和碎砖等材料。碎砖粒径宜稍大，一般为路面厚度的0.8倍。 泥结碎石层所用粘土，应具有较高的粘性，塑性指数以12—15为宜。粘土内不得含腐殖质或其它杂物。粘土用量一般不超过混合料总重的15～18%。 泥结碎石层施工方法有灌浆法、拌和法及层铺法三种。实践证明灌浆法具有较高的强度和稳定性，因而目前采用较多。 灌浆法泥结碎石路面施工，一般按下列工序进行：①准备工作；②摊铺碎石；③预压；④浇灌泥浆；⑤撒铺嵌缝料；⑥碾压。 (1)准备工作 包括放样、布置料堆、整理路槽（或基层）与拌制泥浆等。泥浆一般按水与土为0.8:1至1:1的体积比进行拌和配制。如过稠，则灌不下去，泥浆要积在石层表面；如过稀，则易流淌于石层底部，干后体积缩小，粘结力降低，均将影响路面的强度和稳定性。 (2)摊铺碎石 在路槽筑好以后，按松铺厚度（约为压实厚度的1.2～1.3倍）摊铺碎石，要求大小颗粒均匀分布，纵横断面符合要求，厚度一致。主层矿料粒径底层一般采用1～2号或2～3号碎石，面层一般采用3～4号碎石。 (3)预压 碎石铺好后，用轻型压路机碾压，碾速宜慢，每分钟约25～30m，轮迹重叠25～30cm。一般碾压6～10遍，至石料无松动为止。过多碾压将堵塞碎石缝隙，防碍灌浆。 (4)浇灌泥浆 在预压的碎石层上，浇灌泥浆，浆要浇得均匀、浇得透，以灌满孔隙、表面与碎石齐平为度，但碎石棱角仍应露出泥浆之上。 (5)撒嵌缝料 灌浆1～2h（小时）后，俟泥浆下注，空隙中空气溢出，表面未干前撒铺5～15mm的嵌缝料（约1～1.5m3/100m2），嵌缝料要撒得均匀。 (6)碾压 撒过嵌缝料后，即用中型压路机进行碾压，并随时注意用扫帚将石屑扫匀。如表面太干须略微洒水碾压，如表面太湿须待干后再压。最终碾压阶段，需使碎石缝隙内泥浆能翻到路面上与所撒石屑粘成一个坚实的整体为止。 泥结碎石亦能用作路面的基层，但其水稳定性较差，当用作沥青路面基层时一般只适用于干燥路段。泥结碎石作为基层时，主层矿料的粒径不宜小于40mm，并不大于层厚的0.7倍。嵌缝料应与主层矿料的最小粒径相衔接。土的塑性指数以10～12为宜，含土量不宜大于混合料总重的15% 三、泥灰结碎石路面 泥灰结碎石路面是以碎石为骨料，用一定数量的石灰和土作粘结填缝料的碎石路面。因为掺入石灰，泥灰结碎石路面的水稳定性比泥结碎石为好。泥灰结碎石路面的粘土质量规格要求与泥结碎石相同；石灰质量不低于3级。石灰与土的用量不应大于混合料总重的20%，其中石灰剂量为土重的8～12%。施工程序与质量要求与泥结碎石路面相同。采用拌和法时，应先将石灰与粘土拌和均匀，再撒在石料上拌和，摊铺均匀，边压边洒水，使石灰与土在碾压中成浆并充满空隙。 四、填隙干压碎石基层 碎石基层可采用干压方法，要求填缝紧密，碾压坚实。如土基软弱，应先铺筑低剂量石灰土或砂砾垫层，以防止软土上挤和碎石下陷。石料和嵌缝料的尺寸，视结构层的厚度而定：如压实厚度为8～10cm，一般采用30～50mm粒径的石料和5～15 mm粒径的嵌缝料；如压实厚度为11～15 cm，碎石最大尺寸不得大于层厚的0.70倍，50mm以上粒径的石料应占70～80%，同时应两次嵌缝，其粒径为20～40mm和5～15 mm。有些单位使用尺寸较大的碎石（大于80～100 mm）铺筑厚度为15～25 cm的基层，常称为大块碎石基层。为了减轻碾压工作量，有时在碾压碎石的过程中，也适当洒些水。 §10-3 级配砾（碎）石路面 级配砾(碎)石路面，是由各种集料（砾石、碎石）和土，按最佳级配原理修筑而成的路面层或基层。由于级配砾(碎)石是用大小不同的材料按一定比例配合、逐渐填充空隙，并用粘土粘结，故经过压实后，能形成密实的结构。级配砾(碎)石路面的强度是由摩阻力和粘结力构成，具有一定的水稳性和力学强度。 一、级配砾(碎)石路面与基(垫)层的厚度和材料 级配砾(碎)石路面厚度，一般为8～16cm，当厚度大于16cm时应分两层铺筑，下层厚度为总厚度的0.6倍，上层为总厚度的0.4倍。如基层和面层为同样类型的结构，其总厚度在16cm以下时，可分两层摊铺，一次碾压 级配砾(碎)石路面所用材料，主要为天然砾石或较软的碎石。其形状以接近立方体或圆球形为佳，石料强度应不低于IV级。表10—3所示为级配混合料的级配范围标准，设计时，应以此为准。 ` 级配砾(碎)石矿料级配表 表10—3 编 通过下列筛孔(mm)的重量百分率(%) 小于0.5mm细料性质 适用条件  号 50～80 40 25 20 10 5 2 0.5 0.074 液限 塑性指数   1 — 100 — 60～80 40～60 30～50 20～35 15～25 7～12 不大于 35 8～14 潮湿或有粘性土地区  2 — 100 — 70～90 50～70 40～60 25～40 20～32 8～15 不大于 35 8～12 干旱半干旱或缺乏粘性土地区  3 100 — 55～85 — 35～70 25～60 15～45 10～20 5～10 不大于 25 不大于 4 潮湿路段  4 — — 90～100 — 60～75 40～60 20～50 12～25 5～12 不大于 25 不大于 6 中湿或干燥路段  5 100 — <50 — <30 <25 <15 <8 (3 不大于 25 不大于 4   6 — — <65 — <45 <35 <25 <15 (5 不大于 25 不大于 6   注：1、2号作面层；3、4号作基层；5、6号作垫层。 级配砾（碎）石基层应密实稳定，其粒径级配范围应按表10—3选用。为防止冻胀和湿软，应注意控制小于0.5mm细料的含量和塑性指数。在中湿和潮湿路段，用作沥青路面的基层时，应在级配砾石中掺石灰，细料含量可适当增加，掺入的石灰剂量为细料含量的8～12%。在级配砾石中掺石灰修筑基层，主要是为了提高基层的强度和稳定性。 级配砾石有时用来作垫层叫做级配砂砾垫层，其级配砂砾要求颗粒尺寸在5～40mm之间，其中25～40mm 含量不少于50%。 二、级配砾（碎）石路面与基（垫）层的施工 级配砾（碎）石路面与基（垫）层的施工，一般按下列工序进行：（1）开挖路槽；（2）备料运料；（3）铺料；（4）拌和与整型；（5）碾压；（6）铺封层。若施工方法采用拌和机集中拌制，则第（3）、（4）两工序分别改为拌和与摊铺整型两工序。 （1）开挖路槽 开挖路槽可使用机械或人工，路槽开挖整修后，用重型压路机滚压数遍，使达到95%以上密实度。 （2）备料运料　按施工路段长度（与拌和方法有关）分段运备材料。砾（碎）石可直接堆放在路槽内，砂及粘土可堆放在路肩上。 （3）铺料 先铺砾石，再铺粘土，最后铺砂。 （4）拌和和整形 可采用平地机或拖拉机牵引多铧犁进行。拌和时边拌边洒水，使混合料的湿度均匀，避免大小颗粒分离。混合料的最佳含水量约为5～9%。混合料拌和均匀后按松厚（压实系数1.3～1.4）摊平并整理成规定的路拱横坡度。 （5）碾压 先用轻型压路机压2～3遍，继用中型压路机碾压成型。碾压工作应注意在最佳含水量下进行，必要时可适当洒水，每层压实厚度不得超过16cm ，超过时需分层铺筑碾压。 （6）铺封层 施工的最后工序是加铺磨耗层和保护层，其施工方法见§10—5。 除上述而外，也可采用天然砂砾修筑基（垫）层，它可以就地取材，且施工简易，造价低廉。天然砂砾料含土少，水稳性好，宜作为路面的底基层或垫层。 天然砂砾基层所用的砂砾材料，虽无严格要求，但为了保证其干稳性及便于稳定成型，对于颗粒组成应予适当控制。综合各地初步使用经验，其颗粒组成中，大于20mm 的粗骨料要占40%以上，最大粒径不宜大于压实厚度的0.7倍，并不得大于100mm，小于0.5mm的细料含量应小于15%，细料塑性指数不得大于4。 天然砂砾基层施工的关键在于洒水碾压。砂砾摊铺均匀后，先用轻型压路机稳压几遍，接着洒水用中型压路机碾压，边压边洒水，反复碾压至稳定成型。由于天然砂砾基层的颗粒组成不属最佳级配，且缺乏粘结料，故其整体性较差，强度不高。为了提高其整体性和强度，可根据交通量和公路线形（如弯道、陡坡）情况，在其表面嵌入碎石或铺碎石过渡层。 §10-4 优质级配碎石基层 无结合料处治粒料在国外是一种应用极为普遍的筑路材料，广泛用于柔性路面的基层和底基层，用于基层的常为较优质的碎石层。美国、澳大利亚及南非还把最佳级配的优质碎石用于半刚性基层与沥青面层之间，作为减少沥青路面反射裂缝的措施。我国也在多项大型工程中应用了这类材料和结构，取得了较好的效果。 优质级配碎石基层强度主要来源于碎石本身强度及碎石颗粒之间的嵌挤力。因此，对于碎石基层应保证高质量的碎石，获得高密度的良好级配和良好的施工压实手段。我国《公路工程集料试验规程》（JTJ058－94）在总结国内外经验及国内使用情况的基础上，规定高速公路和一级公路路面级配碎石集料压碎值应不大于26(。研究表明集料中小于0.5mm含量及其塑性指数对级配碎石的力学性质有明显的影响。因此，从结构强度和结构层排水综合考虑，建议液限应小于25 (，同时规定小于0.5mm的细料应无塑性，如特殊情况下难以做到，则塑性指数应小于4(。 级配是影响级配碎石强度与刚度的重要因素。一般来说，密实的级配易于获得高密度，从而使级配碎石获得高的CBR值和回弹模量。用于高等级公路基层或用于半刚性基层和沥青面层之间的最佳级配优质碎石，其级配应能获得最大密实的集料，并具有较好的透水性。表10－4给出了几种级配的情况。表中ASTM是由美国材料试验协会提供的级配。G30，G40，G50级配分别为最大粒径为30、40、50mm时，用变K法按最大密实度原理推导出的级配。 几种级配集料通过筛孔百分率情况 表10－4 种 类  JTJ058-94  ASTM  ASTM  ASTM  G30  G40  G50  筛孔（mm）  规 范  （细）  （中）  （粗）      50    100  100    100   40       100  91   35    94  88   95  86   30  100     100  88  80   25      93  82  75   20  92.5  100  80  60  84  74  68   10  70  77  59  40  63  55  50   5  40  60  43  25  46  41  37   2.5  22.5  24  16  7  31  30  25   0.5  15     16  14  13   0.074  4  10  5  0  6  5  5   表10－5给出了室内标准重型击实试验得到的七种级配碎石的最大干密度及相应的最佳含水量。 级配碎石击实试验结果 表10－5 项 目 最大干密度 最佳含水量 孔隙率  级 配 （g/cm3） （(）   规范级配 2.31 6 0.137  ASTM（中） 2.23 4.5 0.178  ASTM（细） 2.32 7.5 0.133  ASTM（粗） 2.07 3 0.227  G30 2.33 4.6 0.130  G40 2.36 4.0 0.119  G50 2.37 5.0 0.115   采用重型击实和振动成型方法对级配碎石的试验表明，振动成型可以使级配碎石获得更高的CBR值和回弹模量值。 回弹模量是表征级配碎石刚度的重要指标及设计参数。一般来说，级配碎石的回弹模量明显低于半刚性基层材料，然而与半刚性材料不同的是，级配碎石材料具有较显著的非线性。这种非线性特性使其在刚度较大的下卧层上，表现出较大的回弹模量，从而亦具有足够的抵抗应力和变形的能力，最终使得级配碎石作为上基层不仅具有减缓半刚性沥青路面反射裂缝的作用，同时也具有较好的抗疲劳能力。 级配碎石回弹模量随应力状态而变的非线性关系，通常可以式(10－1)表示。表10－6是部分静三轴弹性模量试验结果，表10－7是动三轴弹性模量试验结果。 级配碎石静三轴弹性模量试验结果 表10－6 试件编号 含水量（(） 密实度（(） K1 K2 相关系数  1 3 95 6664 0.492 0.93  2 5 100 5116 0.535 0.90  3 7 100 2207 0.642 0.92  4 4 100 5864 0.543 0.91  5 7 97 4841 0.547 0.91  6 7 97 3597 0.584 0.91  7 5 95 5200 0.533 0.92  8 3 95 7843 0.496 0.91  9 3 100 9402 0.453 0.90   级配碎石动三轴弹性模量试验结果 表10－7 试件编号 含水量（(） 密实度（(） K1 K2 相关系数  1 3 90 26087 0.420 0.89  2 2.5 93 31925 0.384 0.90  3 5 95 22602 0.416 0.87  4 5 100 21687 0.433 0.90  5 8 90 18936 0.50 0.80  6 7.5 100 16939 0.50 0.80  7 3 95 30025 0.41 0.82  8 5 95 26746 0.451 0.80  9 8 94 17628 0.480 0.90   级配碎石弹性模量随应力状态而变化的非线性特性表明，处于路面结构半刚性基层上的级配碎石上基层和处于土基上的级配碎石底基层，由于所处的应力状态不同，它们的弹性模量取值也不同。表10—8是级配碎石分别用于上基层及底基层时，根据弹性层状理论分析所得到的常规路面结构碎石层所处的应力状态及模量取值的建议范围。 不同层位级配碎石受力状态及模量取值建议范围 表10－8 结构层位 最小主压应力(3 （MPa） 最大主压应力(1 （Mpa ） 应力不变量( （(1＋2(3） 回弹模量E （MPa）  级配碎石上基层* 20～120 120～600 250～800 350～550  级配碎石底基层** 受拉 30～120 30～120 150～250  * 路面结构为5～20cm沥青面层+10～15cm碎石上基层+40～50cm半刚性基层+土基； ** 路面结构为5～20cm沥青面层+20～40cm半刚性基层+20cm碎石底基层+土基。 从表中可以看出，对于常规高等级沥青路面结构 ，当级配碎石作为上基层防止半刚性基层反射裂缝时，其受力远高于传统结构中作底基层时的应力水平。按此应力水平，并取前述动三轴试件模型（K1，K2取平均值）E=244432(0.47 （MPa），则级配碎石作上基层时，其模量建议取350～550MPa，此范围对应的沥青面层厚度约为5～20cm，由于目前高等级公路沥青路面面层厚多为12～18cm，对应于此结构的碎石基层模量取400～450 MPa是合适的。而当级配碎石作为传统结构底基层时 ，若仍按上述动三轴试验模型，则模量可取150～250MPa，此建议值与在工地上用承载板的实测模量基本一致。 §10-5 碎（砾）石路面的养护 碎（砾）石路面养护的主要任务是：在各种交通组成和交通量的负荷下，使路面保持应有的强度和平整度；对路面在车辆荷载与自然因素影响下产生的病害，如沉陷、松散、坑洞、车辙及裂缝等，进行事前预防及事后及时维修，使其经常保持良好的状态，以便利行车，并延长使用寿命。为提高碎（砾）石路面的平整度，抵抗行车和自然因素的磨损和破坏作用，应在面层上加铺磨耗层和保护层。 一、磨耗层与保护层 1．磨耗层 磨耗层是路面的表面部分，用以抵抗由车轮水平力和轮后吸力所引起的磨损和松散，以及大气温度、湿度变化等因素的破坏作用，并提高路面平整度。磨耗层应具有足够的坚实性和稳定性，通常多用坚硬、耐磨、抗冻性强的级配粒料来铺筑。磨耗层的级配组成可按表10－9选用。 磨耗层矿料的级配 表10－9 编  通过下列筛孔（mm）的重量( 小于0.5mm颗粒的 厚度 适用地区  号 25 20 10 5 2 0.50 塑性指数 （cm）   1 100 80～100 55～75 40～60 25～50 18～30 10～14 3～4 南方潮湿地区  2  100 75～90 50～70 38～56 18～35 10～14 2～3 南方潮湿地区  3  100 75～90 50～75 38～56 25～40 10～14 2～3 北方半干旱地区  4  100 70～85 55～70 44～55 30～45 大于8 3～4 西北干旱地区  5   100 75～100 45～75 20～45 10～14 1～2 南方潮湿地区  6   100 80～95 60～80 35～50 10～14 2～3 北方半干旱地区  7    90～100 60～80 35～50 10～12 1～2 北方半干旱地区   磨耗层的厚度视所用材料和交通量大小而定，不宜过薄，以免抗磨能力过低，引起过早损坏；也不宜过厚，避免材料浪费和产生车辙。采用坚硬小砾石或石屑时，宜厚2～3cm，用砂土时宜厚1～2cm，采用软质材料时 ，以3～4cm厚为宜。 加铺磨耗层时，宜先整平原路面凹坑，矫正路拱，清除面上浮土和松散颗粒，然后洒水，将拌好的混合料均匀铺撒于原路面上。其松铺厚度为压实厚度的1.3～1.4倍，即用轻型压路机压3～4遍，使形成密实平整、稳定的表层。开放交通两周内调节行车路线，使磨耗层得到全面压实，并适当洒水，以保持最佳含水量。 2．保护层 保护层在磨耗层上面，用来保护磨耗层，减少车轮对磨耗层的磨损。加铺保护层是一项经常性措施。保护层厚度一般不大于1cm。 按使用材料和铺设方法的不同，保护层分为稳定保护层与松散保护层两种。前者系使用含有粘土的混合料，借行车碾压，形成稳固的硬壳，粘结在磨耗层上；后者是只用粗砂或小砾石而不用粘土，在磨耗层上呈松散状态。 稳定保护层的做法，是在润湿的磨耗层上浇洒粘土一层，用扫帚扫匀，或先铺粘土，撒水扫浆，接着撒铺粗砂或石屑，扫匀后控制行车碾压。稳定保护层有砂土混合料与土砂封面两种。 砂土混合料是指天然级配的或人工配合的砂土混合料， 材料成分如表10－10。 土砂封面系用粘土封面后，再撒一层砂，在湿润条件下借行车碾压形成密实的表层。土、砂体积比大致为1 : 1。 砂土混合料材料组成 表10－10 通过筛孔（mm）百分数（(） <0.5mm的混合料 适用条件  10 5 2 0.5 塑性指数   100 90～100 60～80 35～55 8～12 在不过分潮湿和不过于干燥且具有坚实平整面层的路段   松散保护层是在磨耗层上均匀铺撒粗砂或砂粒（石屑），粒径一般为2～5mm，干旱地区可用5～10mm。在行车作用下，砂粒（石屑）常被移动、带走，因此需要经常补充、回砂、扫砂，保持均匀充足。松散保护层材料，按其粒径规格分为三种，如表10－11所示。 松散保护层材料组成 表10－11 编 号 粒径规格 （mm） 0.5mm以下颗粒允许含量（(） 适宜厚度范围 （mm） 适用条件  1 2～5 不大于15 5～8 铺有坚实的磨耗层，并出产合适规格的材料  2 2～8 不大于15 8～10 磨耗层平整度较差或不够坚实，并出产合适规格的材料  3 5～10 不大于15 8～12 适用于西北干旱地区   松散保护层施工简便，而且可使车轮水平力所产生的能量（动能），大部分转化为松散颗粒的自由移动（位移）的位能，从而大大减少了车轮水平力对磨耗层的损坏作用。因此，只要不断回砂、扫砂，就可保护磨耗层不致过早损坏。松散保护层一般适用于南方潮湿地区。稳定保护层行车阻力小，养护用料少，但施工技术较复杂，在干旱和大风地区宜于采用。 二、碎（砾）石路面养护维修与改善 碎（砾）石路面在行车作用下产生的病害和破坏现象有磨耗层破损、路面出现坑槽、车辙、松散以及搓板等。 1．磨耗层的修理 在行车作用下，如磨耗层发生坎坷不平，可铲去凸出部分，并用同样的级配混合料补平压实。如磨耗层损坏过甚，或大部分被磨坏，应先划出整齐的修补范围，清除残余部分，整平底层，洒水润湿，然后按新铺磨耗层的方法用与周围同样的混合料来铺筑。 磨耗层经行车磨损而厚度逐渐减薄时，可用同样材料加铺一层。为使上下层结合良好，须先将旧磨耗层上的浮砂、泥土等扫净，进行擦毛，然后撒铺薄层粘土，洒水扫浆，或浇洒一薄层粘土浆，将拌和好的混合料铺上，整平，洒水压实。 2．坑槽、车辙的修补 路面上发生坑槽和车辙后，为避免积水和扩大损坏范围，应按破坏面积大小及深浅程度采取下述不同方法及时修补，修补时尽量采用与原路面相同的材料。 对较小较浅的坑槽和较浅的车辙，可先将坑槽和车辙内及其周围的尘土杂物清除，洒水润湿，再用与原路面相同的材料拌和填补，并夯压密实。 若坑槽或车辙较深面积较大时，应划定较整齐的范围（比损坏面积稍大），按矩形开挖，壁应垂直，深度应不小于坑槽最大深度，也不得小于修补用材料最大颗粒的1.5 倍。挖槽后，清除槽内杂物并整平槽底，旧路面材料可过筛重用。坑槽的填补，对泥结碎石或级配路面 ，一般用干拌、浆拌或灌浆法来填补；对水结碎石路面，可将筛出的石料铺于槽底，再添加新石料，耙平，夯压。夯实工作应按先轻后重、先边后中的作法进行，夯实后的补坑部分应略高于原路面，以便行车继续压实。 3．路面松散和波浪（搓板）的防治 路面呈现松散多在干燥季节，主要是由于所用材料结合力不够、拌和不匀、碾压不实或保养不善等所造成。当松散层厚度不大于3cm时，可将松散材料扫集起来，整平路面表层，扫除泥土，洒水润湿，把扫集起来的砂石进行筛分，并添加新料的粘土洒水重拌，重铺压实。当松散厚度大于3cm时，可按前述补坑方法处理，但应适当提高加铺材料的塑性指数，混合料塑性指数宜大于10，粘土塑性指数最好大于15。 为了防止路面松散，应采取预防措施，以消除或减轻松散现象的扩大。平时要使路面保持一定的湿润程度，以增强其稳定性。在气候干燥时应予洒水，结合就地取材，可添加食盐或盐水。 碎（砾）石路面当其表层材料稳定性不足时，经行车作用，往往使表层粒料发生有规则的水平位移堆积引起局部搓动形成波浪。形成波浪的原因很多，一般有如下几种： （1）属于材料配合不好 混合料中细料过多，塑性指数过低，粘结力不够，或长条扁平颗粒过多，或圆粒多，内摩阻力小，不能抵抗车轮推挤、震动作用而引起的颗粒位移。 （2）属于施工不当 拌和不匀，碾压不均匀、不及时、不密实。在铺筑磨耗层、保护层前，对原有底层未加整平即进行铺筑，造成厚薄不一致，出现不平。 （3）属于养护不善 干燥不洒水，不及时扫除松散粒料和进行整平。松散保护层的粗砂颗粒大小不均，撒铺太厚，回砂、匀砂不及时或操作技术不良等。 此外，路基、路面的强度不足，不能抵抗行车的破坏作用，或强度不均匀，出现不平整，都会促使路面面层波浪的形成。 路面面层产生波浪后，程度轻微的可以刮平，并用相同材料修补；如波浪严重或波谷大于5cm时，则应进行局部彻底翻修。 图10—1 (见《路面工程》P39 图3-7) 图10—2 (见《路面工程》P40 图3-8) 图10—3 (见《路面工程》P40 图3-9) 图10—4（见《路面工程》P40 图3-10） 图10—5（见《路面工程》P40 图3-11） 图10—6, 10—7（见《路面工程》P41 图3-12, 3-13） 图10—8（见《路面工程》P42 图3-14）