城市道路路面石灰土结构层设计合理性的分析

康联国

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，兰州730000）

1 引言

近年来，随着国家城市化的推进，城市道路作为城市发展的“排头兵”和“先行者”，其施工建设尤为重要。在进行城市道路路面结构基层、底基层设计时，对材料各项性能提出了一定的要求，而石灰土结构层能在一定程度上满足这些要求，因此，被经常使用。合理设计石灰土结构层，对充分发挥石灰土的作用，提高工程质量，降低养护费用，延长道路使用年限，都起着至关重要的作用。

2 依据岩土工程勘察资料合理设计石灰土结构层

2.1 依据材料来源设计

石灰土是由石灰、细粒土和水按一定的比例拌和、摊铺、碾压而形成，满足一定强度要求的道路混合料。石灰和水一般分布广泛，比较常见。直径在2.36 mm以内颗粒含量≤90%，且最大颗粒粒径小于9.5 mm的土料通常归类为细粒土。只有细粒土才可以作为石灰土原材料，中、粗粒土不能使用。比如，黏性土、粉性土、砂性土等塑性指数不同的细粒土可以作为石灰土原材料。对于细粒土的应用，通常要求项目所在区域满足方便获取条件。我国地域辽阔，地质结构复杂，细粒土分布也因地域而异。比如，陕北黄土高原、甘肃陇东等地区的道路结构层设计中，应优先考虑石灰土结构层；而甘肃河西走廊戈壁滩砂砾分布更为广泛，更适宜采用石灰稳定砂砾结构层，而非石灰土结构层[2]。

2.2 依据土类性能设计

岩土工程勘察资料中，通过大量的土工试验数据评定了道路地层结构类别。这些试验数据反映了该地区土料多项技术性能指标值，通常包括易溶盐含量、塑性指数、有机质含量、不均匀系数、颗粒组成。根据以往的工作经验，最适宜用于石灰土结构层的细粒土有3类，分别是含有机物≥10%的细粒土；塑性指数不小于4的砂性土；塑性指数在15～10范围的黏土和亚黏土。等级较低的自重性湿陷性黄土用于石灰土结构层也能取得很好的效果。细粒土塑性指数＜10时，拌和容易，碾压性能好，黏性强，但强度相对低，难以达到设计强度，且容易产生起皮、缩裂裂缝等病害。塑性指数超过20的细粒土形成石灰土后，干裂可能性很大，但以上2类土用作水泥石灰稳定土结构层时，则效果更佳。因此，并不是所有细粒土都适合做石灰土结构层。

某城市道路岩土工程勘察报告中，通过分析21组土工试验数据，确定路基土属于粉土，塑性指数在7.1 ～8.7 ，平均塑性指数7.9 。因而，考虑到土质为塑性指数低于10的粉土，制备成的石灰土强度较低，不适宜采用石灰土结构层。如果条件受到限制，只能采用石灰土结构层时，要通过掺入水泥、粉煤灰及其他措施来改善石灰土性能。

此外，在一些地区，城市道路潮湿段以及冰冻区的城市道路潮湿段，不允许采用石灰土结构层做基层，因条件限制，只能用石灰土做结构层时，必须采用防止水分浸入的措施。岩土工程勘察资料对城市道路路面结构层设计有重要的参考作用。进行图纸设计之前，设计者应根据岩土工程勘察资料，充分分析道路沿线所处区域的地质地貌、地层结构、土石类别等，因地制宜，合理设计石灰土结构层，或为改善石灰土性能提供有效技术手段或措施[3]。

3 依据设计要求合理设计石灰土结构层的层位

与半刚性结构层相比，石灰土结构层强度相对较低，因而，CJJ 37—2012《城镇道路设计规范》（以下简称《设计规范》）[1]指出石灰土适宜用于城市支路基层结构和各道路等级底基层结构。基层或底基层是路面结构层主要或次要承重层，除主要承受来自面层传递的车辆荷载外，还发挥着向垫层或土基传递分布荷载的作用，因而要求它应有较好的平整度、足够的水稳定性、足够的刚度和强度。石灰土在路面结构层中所处层位不同，所承担的作用也不同，质量和强度要求也不同。因此，设计者应结合道路等级及交通量等设计要求，合理设计石灰土在路面结构层中的层位。

4 依据施工可行性要求合理设计石灰土结构层厚度

在进行路面结构层设计时，设计者通常会采用弹性层连续体系理论进行路面结构厚度验算，往往容易忽视施工可行性。合理确定石灰土结构层的厚度有利于提高道路碾压施工质量，从而保证工程整体质量。

《设计规范》规定石灰土结构层的最小压实厚度为15 cm，18～20 cm的适宜厚度，没有提出施工技术要求。根据施工经验表明，石灰土结构层厚度大于20 cm时，要分层摊铺和碾压，下层比上层适当加厚，单层压实厚度最小为10 cm。单层压实厚度在15～20 cm时，18～20 t三轮压路机或振动压路机碾压效果最佳；单层压实厚度≤15 cm时，12～15 t的三轮压路机碾压效果最佳。如采用三轮压路机配合振动羊足碾组合碾压时，单层压实厚度应根据试验适当增加。设计者常将采用的石灰土结构层厚度为20 cm、25 cm、30 cm。通常情况下，采用厚30 cm的结构层时，以每层后15 cm进行分层碾压；采用厚25 cm的结构层时，分别以层厚15 cm、10 cm进行分层碾压；采用厚20 cm的结构层时，1次碾压完成。

但是，公路运行一段时间后，结构层产生裂缝的面积从大到小依次为25 cm结构层、30 cm结构层、20 cm结构层。这是因为分层施工时，上层很薄，上下结构层脱节，形成薄弱点，经过行车荷载作用，很快产生破坏。因此，在实际施工过程中，结构层厚25 cm时，多采用一次碾压成型，受常规摊铺机械、碾压机械、以及施工技术水平的影响，工程质量很难得到保证。但是，随着机械化发展进步，这点会逐步得到改善[4]。

因此，建议在设计石灰土结构层时，应优先考虑采用厚度20 cm、30 cm结构层，而后才是采用厚25 cm的结构层，从而最大限度地减少裂缝，提高石灰土结构层施工质量。

5 依据试验检测要求合理设计石灰土结构层

5.1 设计强度和压实度

在工程图设计阶段，选择石灰土结构层时，设计者大多结合交通等级、结构层位置、车辆荷载等因素确定其选择设计强度和压实度指标，以满足设计规范要求。石灰土的强度是经过机械压实、离子交换、水化结晶、碳酸化以及火山灰等一系列复杂的物理化学作用形成的，因而其影响因素很多，如原材料质量、含水量、干密度、拌和过程、摊铺、养护等。研究人员发现，并不是石灰土结构层强度越高越好，石灰土强度过高时，结构层的干缩裂缝和冷缩开裂产生的可能性也较大。

压实度实际上是反映结构物理压实后的密度状况，理论上，压实度越高密度越大，整体性越好。但是压实度设计指标要求过高时，现场施工机械无法实现。

因此，应依据设计规范要求，合理的选择设计抗压强度值，准确选择压实度指标，以提供工程质量和降低工程造价。

5.2 石灰掺量

石灰掺量应是在现场施工阶段，通过石灰土配合比设计试验进行确定。通常，根据设计强度和压实度设计指标，经过击实、抗压强度试验，求得最佳含水量和最大干密度，从而确定施工石灰掺量。

6 结语

在工程设计阶段，设计者应依据各类技术规范、规程、标准，同时，从岩土工程勘察与设计阶段的要求、施工可行性要求、试验检测要求等多角度，全面综合考虑，合理设计城市道路路面石灰土结构层，有效提高工程质量。