王 勇 （全椒县交通运输局公路管理服务中心，安徽 滁州 239500）

1 前言

以石灰粉煤灰及水泥稳定粒料为代表的半刚性结构，具有承载力强、整体性好、强度高的优点，广泛用于各级公路基层和底基层。但是半刚性材料易产生收缩裂缝，导致基层出现自身损坏，影响耐久性。往往在使用几年后就出现反射裂缝、网裂、唧浆、坑槽等一系列病害，路面耐久性、舒适性、安全性大幅下降，进而影响道路使用寿命。为解决这一技术难题、丰富路面基层结构类型、延长路面使用寿命、提高公路沥青路面基层的抗裂性能，安徽省滁州市交通部门经过多年研究，自主创新了一种新型路面基层结构，即填充式大粒径水泥稳定碎石结构，通过近二十年的实践应用，有效解决了半刚性结构反射裂缝这一技术难题，大大提升了沥青路面的使用寿命。下文以S210 省道来和路全椒至官渡段重交通干线公路大修工程实践为例，详细阐述填充式大粒径水泥稳定碎石结构在重交通干线公路上的应用。

2 工程特点、技术难点及大修设计的技术方案

2.1 老路路况特点、大中修历史及老路结构

S210 来和路全椒段路面大修工程（K58+340～K63+700）位于安徽省滁州市全椒县境内，路线大体呈南北走向，起于武岗南，往南至滁河大桥，全长5.36km。道路等级为二级公路，路面宽9.0m，为滁州市及全椒县通往马鞍山和县除高速公路外的必经之路。由于滁州市矿山整治，所有矿山关闭，导致和县石杨的石料成为滁州及全椒县建设用碎石的主要来源，交通量大、重载车辆多、老路路况差、病害严重、半幅通行、半幅施工，施工难度大。老路养护大中修历史及老路结构见表1。

表1 老路结构统计一览表

2.2 大修前交通量调查

该道路为全椒县一条南北向的重要干线道路，道路沿线交通量根据原安徽省公路管理局统计的全椒武岗观测站（编号为S206J102341124）的数据，同时结合现场实际调查，从2017-2019 年平均日交通量来看，全椒武岗观测站交通量较大，结合当地公路部门2017-2019 年交通量调查显示总体呈上升趋势，并且交通量大、重载车辆多，详见表2。

表2 2017-2019年交通量观测资料（单位：辆/日）

2.3 老路面现状调查

老路运行多年以来，出现了多种路面病害，老路面破损详细调查统计及破损评定情况见表3～表6。

表3 水泥混凝土路面主要破损调查表

表4 沥青路面主要破损调查表

表5 沥青路面破损评定表

表6 混凝土路面破损评定表

2.4 大修技术方案

该道路全长约5.415km，路面宽9m，养护设计为大修工程。一般路段采用老路面病害挖补处理+18cm 填充式大粒径水泥稳定碎石基层+5cmAC-20SBS 改性沥青混凝土+40cmAC-13SBS 改性沥青混凝土；损坏严重段采用老路铣刨30cm 后掺骨料重铺+18cm水泥稳定碎石+18cm 填充式大粒径水泥稳定碎石基层+5cmAC-20 SBS 改性沥青混凝土+4cmAC-13SBS 改性沥青混凝土；老路混凝土路面段采用老路混凝土路面碎石化+18cm 水泥稳定碎石+18cm 填充式大粒径水泥稳定碎石基层+5cmAC-20SBS 改性沥青混凝土+4cmAC-13SBS 改性沥青混凝土；维持原技术标准。

3 填充式大粒径水泥稳定碎石技术的起源与抗裂机理

3.1 技术起源

填充式大粒径水泥稳定碎石是由大粒径主骨料组成骨架、水泥稳定碎石填充料填充骨架空隙并经压实形成的一种新型路面结构，整体呈现柔性特征，并且有良好的承载能力。其强度主要来源于主骨料间的骨架嵌锁作用，填充料起到稳固主骨料的作用，具有克服收缩裂缝、模量合适、抗变形能力强和耐久性能好等优点。该结构最早于2005 年由滁州市交通部门自主原创，首次在县道X003滁梁路上试铺，2006 年首次应用于重交通一级公路S206 滁州至全椒段一级公路改造工程中。该段长6.8km，路面宽23m，其中应用填充式大粒径水泥稳定碎石新技术约4km，加铺结构为18cm普通水泥稳定碎石底基层+17cm 填充式大粒径水泥稳定碎石基层+10cm 沥青面层（普通沥青）。在极重交通下使用17 年后，经检测道路整体状况良好，基层无收缩裂缝和车辙，承载能力未降低，预测将成为50 年内无需结构性大修的长寿命公路。

3.2 抗裂机理

填充式大料径水泥稳定碎石结构的抗裂机理为采用物理的方法，由大粒径主骨料框架嵌锁产生的拒压作用，使结构内部部分水泥稳定碎石填充材料处于“欠密”状态，形成微细裂缝源。同时大粒径主骨料与水泥稳定碎石填充材料，粘结力弱化，形成微细裂缝，两者相互作用，收缩时产生“化整为零”的应力释放效应，以达到克服反射裂缝的作用。

4 填充式大粒径水泥稳定碎石基层的应用

4.1 基本情况

该道路全长约5.415km，基层全部采用了填充式大粒径水泥稳定碎石这一新技术，由于项目施工区域交通量大、重载车辆多，因此边施工边维持通行的施工难度大。下文将详细介绍填充式大粒径水泥稳定碎石技术在该道路上的应用情况。

4.2 原材料要求及配合比设计

4.2.1 原材料

大粒径碎石采用地产石灰质硬质岩石，采用反击破碎工艺加工，表面清洁无风化，质地坚硬，粒径53～73mm，粒径及技术要求见表7、表8。

表7 本项采用的大粒径碎石规格要求

表8 本项目采用的大粒径碎石技术要求

水泥稳定碎石填隙料最大粒径为19.0mm，对主骨料形成的框架的干涉尽量减小，以利于密实；用作填充主骨料空隙的填隙料（Ⅰ型），水泥剂量按7.5%～8.5%控制；用作基层表面最后找补的嵌缝料（Ⅱ型），水泥剂量按11.5%～12.5%控制。填隙料中的矿料之间的比例，根据筛分试验，参照规范普通水泥稳定碎石基层材料组成基本思路与方法，用数解或图解法确定，Ⅰ型填充材料7d无侧限抗压强度代表值不低于6.0MPa，Ⅱ型嵌缝料7d 无侧限抗压强度代表值不低于10.0MPa。填充料和嵌缝料级配范围见表9。

表9 Ⅰ型水泥稳定碎石填隙料Ⅱ型嵌缝料的颗粒组成范围

水泥：本项目采用32.5 级的普通硅酸盐水泥，各项指标均符合设计及相关规范要求。

4.2.2 主骨料和填隙料之间的比例设计

①根据振实状态下大粒径碎石的空隙率，按式（1）计算单位填充料和嵌缝料的总体积Vt。

式中，Vt——单位填充料及嵌缝料的总体积，m3；V——振实状态下大粒径碎石的空隙率，%；kf——填充料及嵌缝料的调整系数。

Kf一般取1.14～1.24，通常情况下取中值，对于新建道路、老路下承层较为平整，大粒径碎石粒径波动较小时，宜取小值；对老路不平整、大粒径碎石粒径波动较大、施工管理水平较低时，宜取大值。

②填充料及嵌缝料与大粒径碎石的质量比应按下列规定进行计算。

计算单位填充料的质量mt 的表达式为：

式中，mt——单位填充料的质量，kg；Vt——单位填充料及嵌缝料的体积，m³；Pt——填充料及嵌缝料的击实最大干密度，kg/m³。

计算单位大粒径碎石质量ms 的表达式为：

式中，ms——单位填充料的质量，kg；ρs——大粒径碎石的表观密度，kg/m³。

计算填充料及嵌缝料与大粒径碎石质量比W的表达式为：

式中，W——填充料及嵌缝料与大粒径碎石的质量比，%。

③嵌缝料宜占填充料和嵌缝料总质量的6～9%。

为保证填隙料在骨料空隙间能被压实，以主骨料碎石在振实与堆积状态下的空隙率来确定填缝料的数量，保证填缝料的量能够填满主骨料间的空隙并略有富余。本项目主骨料与填隙料的质量比在51:49～54:46 之间。填隙料的摊铺分两次，第一次摊铺Ⅰ型填隙料，摊铺的量约为总填隙料的80%，要求控制在翻样后基层表面留下一层未填充的骨料，用Ⅱ型嵌缝料填充、找补基层表面剩余空隙。

4.3 施工程序与技术要点

4.3.1 施工准备

水稳填充大粒径上基层施工前，应做好施工准备工作，对底基层进行彻底清洗，以清除各类浮尘、松散及垃圾物，测量放样，培好路肩或安装侧模。碎石摊铺前，可适量洒水润湿底基层表面，并洒一定剂量的水泥净浆，水泥用量为1.6～2.2kg/m2，以利层间紧密联结。

4.3.2 材料摊铺与拌合

大粒径碎石采用普通水稳摊铺机摊铺，不得有细集料窝，细集料窝应清除干净并换填合格材料。填隙料根据施工配比，采用拌合站集中拌合。

填隙料采用0～5mm、5～10mm、10～15mm、15～20mm 规格碎石和水泥用拌和机拌和。料仓或拌缸前应有剔除超粒径石料的筛子，拌和机必须配料精确，自动配料上料。拌和现场各料斗下料，不得出现卡堵现象，拌合场内要设置专职质量检测人员，及时检测拌和时的水泥剂量、集料配比等实验参数，发现异常要及时调整或停止生产，水泥剂量按要求的频率检查并做好记录。

摊铺前两侧均设基准线，按设计配合比用高程控制桩带线控制。将拌和好的填隙料用轻型车辆运至施工现场，用摊铺机在大粒径粗骨料上摊铺填隙料，用经特殊改装的旋耕机进行现场翻拌，人工整平，零星漏拌处人工用羊镐补充翻拌。

4.3.3 整形稳压

用横坡线、对角线的控制方法，将拌合好的混合料进行初次人工整平，而后用振动压路机进行静压稳压，再用自制5m铝合金尺再次整形，同时逐桩控制高程与横坡。

4.3.4 找补Ⅱ型水稳嵌缝料

振动压路机碾压后，部分大粒径粗骨料表面的填隙料形成空隙，此时采用Ⅱ型嵌缝料找补。因本项目为重交通道路，载重车量多，交通量大，路面宽仅9.0m，施工过程中又要维持道路通行，而且基层施工结束后要立即开放交通，没有专门的封闭养生时间。因此整平后的II型填隙料全部覆盖粗骨料并高出2～3cm 为宜，人工用自制铝合金条刮平并碾压成型，以利于行车磨耗。

4.3.5 碾压

按照“先低后高，先快后慢，先稳后振”的原则进行碾压，碾压设备宜采用激振力40t 以上的重型振动压路机及25t以上胶轮压路机或18～21t 以上三轮压路机。碾压时首先用振动式压路机静态稳定一遍，然后振动碾压4～6遍，以混合料接近规范规定的固体体积率，最后用三轮压路机或胶轮压路机碾压4～6 遍，以达到规范要求的固体体积率，并确保表面无轮迹。

4.3.6 接缝处理

横缝应于路中心线垂直设量，后一施工段施工时，应将前一施工段靠近衔接处1～3m 位置的混合料挖除至密实处止，断面应垂直。两幅合拢时，纵向施工缝应处理，已施工半幅的混合料挖除至密实处，断面应垂直。

4.3.7 养生与交通管制

碾压结束并经检验合格后，用洒水车洒水养生，养生时间不少于7～10d，每天洒水次数应视气候而定，高温期施工宜适当增加洒水频次。养生期间，基层表面应始终保持湿润，晴天开放交通，雨天临时封闭或管控交通；养生用洒水车应采用喷雾式喷头，严禁采用高压式喷雾，以免破坏基层结构。

4.3.8 质量检测

①水泥剂量试验

检测采用EDTA 滴定法，可以在施工现场或拌合场随时进行抽样检查。水泥剂量应按填隙料Ⅰ、Ⅱ分别为7.5%～8.5%、11.5%～12.5%左右。

②固体体积率试验

用灌砂法检测，因各处粗骨料与填隙料的含量不一样，因此它的综合密度也不一样，一般在2.565～2.663g/cm3之间，以此来推算基层的固体体积率。

现场切割法或挖坑法检测：通过筛分级配，确定主骨料与填隙料之间的配比，同设计理论配合比进行比较。

③各项指标的检验应在一天内完成

首先表面应均匀无松散等现象。各项质量指标应满足标准要求，它不仅影响对该层的质量评定，同时也会对沥青表面层的质量和经济效益产生较大的影响。平整度指标必须在做封层之前逐段进行检测。要求至沥青混凝土面层施工前，对填充式大粒径水泥稳定碎石的标高逐段进行复测，凡高出规范允许部分，必须用洗刨机去除。

5 结束语

S210 省道来和路全椒至官渡段大修工程自2019 年建成通车，已运行四年，在重交通作用下，该道路建成通车以来，路面状况良好，弯沉与刚交工时相比无显著变化。弯沉情况见表10。

表10 沥青面层弯沉检测结果汇总表（2023年10月）

通过填充式大粒径水泥稳定碎石技在本重交通道路大修工程中的应用实践，进一步验证了该新型基层材料结构能大幅减少路面养护维修，保持较好的公共服务品质，延长大修周期。能有效克服反射裂缝，保证结构自身耐久性，可显著降低沥青面层厚度。具有投资少、针对性强的特点，尤其适用于边通车边施工的重交通道路，符合“强基、薄面、稳土基”设计思想，实现干线公路低成本、长寿命的目标。

虽然本项目填充式大粒径水泥稳定碎石基层的施工已经形成一套完整的工法体系和施工流程，二次路拌施工工艺中的摊铺、拌和等工序也采用了常规工程机械施工，但还存在一些不足之处，主要为前场施工的辅助人工工作量增加。如果要进一步提高二次路拌施工效率和标准化水平，机械设备还需进一步改进，机械化程度有待于进一步提高。目前，本技术在国省干线一、二、三级公路上的应用已经超过700km，但尚未在高速公路上应用，下一步有待于在高速公路上开展应用研究。