关于级配碎石基层配合比设计及施工技术的探讨

2015-04-24刘建中

福建交通科技 2015年2期

■刘建中

(宁德京台高速公路有限公司，古田 352200)

20 世纪90 年代后,半刚性基层沥青路面几乎成为我国新建高速公路唯一可选结构，但是近几年来高速公路使用实践证明，半刚性基层结构也暴露出一些不容忽视的缺陷和不足，如半刚性基层材料的收缩特性形成沥青路面的反射裂缝，使通过沥青面层空隙与裂缝渗入的水滞留于密实的半刚性基层顶面，无法排出的水在车辆荷载反复作用下形成的动水压力，造成沥青路面早期损坏。而优质级配碎石吸收和削减了半刚性基层裂缝尖端应力和应变，在很大程度上能够防止和减少反射裂缝的产生，同时,级配碎石基层还具有排水功能基层的作用，这种结构很好地发挥了半刚性基层沥青路面高强度的优点，又在很大的程度上克服了半刚性基层结构路面的缺点，能够进一步改善高等级公路路面使用品质，延长使用寿命。为此，我省结合国内外的施工经验，在龙长高速公路上首次以级配碎石基层作为沥青路面结构层。下面是笔者结合龙长高速公路路面B3 合同段试验结果和施工情况，谈谈级配碎石基层配合比设计及施工过程中一些重要环节的注意事项。

1 级配碎石配合比设计

1.1 级配碎石集料技术要求

1.1.1 粗集料

粒料基层作过渡层，由于沥青层较薄，级配碎石基层所受的应力较高，因此粗集料必须洁净、干燥、无风化、无有害杂质，且具有一定的硬度和强度。同时，还具有良好的颗粒形状，这样配制出来的良好的级配，通过粗集料的嵌挤作用，具有很好的稳定性，提高了其承载能力。表1 是龙长高速公路的粗集料技术指标及试验结果：

表1 粗集料技术指标及试验结果

1.1.2 细集料

级配碎石的细集料必须采用石屑，因为级配碎石中加入砂会产生润滑作用，不利于集料间形成嵌挤稳定的骨架。而且砂中0.075mm 以下粉料的粘结力差。不能获得较高的干密度和CBR 值。同时细集料必须洁净，塑性指数和砂当量等指标均应符合要求。表2 是龙长高速公路细集料的技术要求和各项指标的试验结果：

表2 细集料技术指标及试验结果

1.1.3 水

级配碎石的拌和用水一般仅对水源可疑时才进行水质分析试验。

1.2 级配碎石混合料

1.2.1 级配组成设计

据各种规格集料的颗粒分析结果，通过调整不同规格集料的掺配比例组合出符合级配范围要求的三条不同比例的级配。试验结果见表3：

表3 级配范围及不同掺配比例的合成级配通过率

1.2.2 标准击实试验

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)中对标准击实试验的步骤，对选定的三种级配做标准击实试验，分别得到相对应的最大干密度和最佳含水量。但应注意的是由于材料本身的特性，级配碎石击实试验数据的离散性较大，为保证试验结果的准确，应严格按规程中的步骤操作，同时还要注意一些细节：(1)在掺配击实用的矿料时各种规格集料，特别是大颗粒的集料，分样一定要均匀且有代表性；(2)在击实过程中，待击实的混合料应随时用塑料膜遮盖，以防水份散失；(3)分层击实完成后，特别注意击实试件表面一定要修平，可采用4.75mm 或2.36mm 方孔筛把余下的混合料中的细料筛出，用于补平击实试件的表面，并用橡胶锤稍加敲击；(4)测定含水量的试样应取击实件经打散并拌匀后的全部混合料，以减少含水量的误差；(5)预定含水量的时候，对于级配碎石这样的粗粒体，在预估的最佳含水量的后面两点含水量间隔应比前面的稍小，以免出现变异点。

1.2.3 CBR 强度试验

根据《公路土公试验规程》中CBR 强度试验的步骤，按击实试验得到的三个最佳含水量试验结果进行CBR 强度试验。分别得到三个不同的CBR 值。由于级配碎石本身不具有保水性，进行CBR 试验的时候，应在底模上要先垫两层的塑料膜，然后再垫上滤纸，避免取掉滤纸的时候，出现啃边破坏，影响试验结果。然后根据CBR 值和固体体积率作出选定级配曲线。试验结果见表4：

表4 级配碎石各项试验结果

通过对表四试验结果综合分析，2#级配的固体积率和CBR 值的试验结果为最佳，做为标准级配，用于控制现场施工。综合分析上述的试验结果，说明级配碎石的干密度与CBR 强度具有较好的一致性，干密度越大，CBR 值越大。而且级配良好的材料，经过碾压成型后，其固体体积率能够满足要求。级配越好，固体体积率越大。在施工中能获得较好的密实状态和力学性能，提高了级配碎石基层的强度和稳定性，降低了行车作用下的瞬时变形和路面的永久变形。

2 施工控制

(1)级配碎石材料主要是靠集料之间的嵌挤作用而形成强度。良好的级配对级配碎石基层有很好的作用，当压实后，压实度为100%时，其固体体积率可达到85%以上，而级配碎石的孔隙率就会小于15%，具有足够的强度和稳定性，降低行车作用下的永久变形。所以在施工中应该严格控制混合料的级配，做好施工时的检测，控制关键筛孔4.75mm、2.36mm、0.075mm 的通过率与标准配合比差值都在规范范围之内，检测结果见表5：

表5 混合料级配试验结果

(2)施工中应控制细集料的塑性指数。因为塑性指数越大，水稳定性越差，随着塑性指数的增大，集料的CBR 值迅速下降。同时塑性指数较高的细料，其遇水易膨胀，从而降低材料的透水性和水稳定性，增加了冰冻敏感性。

(3)严格控制混合料的含水量，级配碎石在运输、摊铺、碾压过程中含水量会有所损失。为了使现场级配碎石能够在接近最佳含水量下碾压，在拌和过程中的加水量宜稍高于最佳含水量。为了提高粗集料的持水量，我们采取在拌和生产前一天晚上预先向粗集料浇洒适量水的办法。但是细集料，则要保持干燥，应该加以覆盖，避免下雨时细集料吸收大量的的水，使混合料在施工中难以控制含水量，甚至出现“弹簧”现象，导致现场不容易压实，稳定性变差。

(4)级配碎石的现场摊铺一般采用两台摊铺机梯队形全幅摊铺作业，以减少混合料的离析。如果在施工中遇到雷阵雨，应该用彩条布等覆盖，避免未碾压的级配碎石基层被雨水冲刷，引起细集料的流失和过大的含水量，加大现场施工难度，对结构层的强度和稳定性产生较大的影响。

(5)碾压是级配碎石施工中重要的环节之一。级配碎石结构层强度主要是通过碾压而获得粗集料的嵌挤，锁结以及细集料的填充形成的联结强度，因此提高碾压工作的质量是提高级配碎石结构强度的直接手段。现场级配碎石摊铺后，应该及时碾压，碾压不及时会使级配碎石水分蒸发、材料干硬、固结，不利于进一步碾压。如果含水量偏低，应根据情况以喷雾式洒水车适当洒水，保证级配碎石在最佳含水量下进行碾压，使其达到要求的压实度。施工中一般采用振动压路机与胶轮压路机交叉碾压，因为弱振一般有利于结构层中间到表面这部分的压实，而强振一般最有利结构层中间到层底这部分的压实，而胶轮主要是使表面颗粒搓揉，重新到位，有利于表面材料的压实，因此将胶轮、振动碾压的弱振、强振的这些特性有机结合起来才能够达到目的级配碎石的最有效的碾压效果。