級配碎石灑水提漿施工工藝

【摘要】級配碎石透水基層主要利用級配碎石的滲透性，使路面基層結(jié)構(gòu)具有滲透性能好、阻斷剛性、半剛性基層反射裂縫、易施工、適應(yīng)性廣等特點。灑水提漿施工工藝減少了細顆粒含量，降低塑性指數(shù)，提高壓實度，增加級配碎石強度，充分發(fā)揮級配碎石優(yōu)點，提高級配碎石路用性能。

【關(guān)鍵詞】級配碎石；提漿；施工

級配碎石是一種典型的古典路面結(jié)構(gòu)層，作為一種柔性結(jié)構(gòu)層，具有滲透性好，易施工，適應(yīng)性強的特點。隨著汽車交通發(fā)展到現(xiàn)在，在國外己廣泛用于基層與底基層。與半剛性基層相比，級配碎石復(fù)合式路面具有抗反射裂縫強和排水功能好的優(yōu)點。但傳統(tǒng)理念認為，級配碎石同時也存在強度剛度低、路面變形大、易出現(xiàn)疲勞破壞、易出現(xiàn)車轍等缺點。我國《瀝青路面設(shè)計規(guī)范》中的回彈模量推薦值為300～350MPa，因此級配碎石基層在中國高等級公路的推廣受到了很大的限制。在不斷優(yōu)化材料設(shè)計方法，改良級配碎石設(shè)計指標及標準，設(shè)計出路用性能更為優(yōu)良的級配碎石材料的同時，調(diào)整思路，規(guī)范施工方法，改變施工工藝，也無疑是提高級配碎石復(fù)合式路面的路用性能，充分發(fā)揮級配碎石優(yōu)點，將其推廣應(yīng)用于高等級公路的有效途徑之一。

一、級配碎石的力學(xué)特性

級配碎石是一種各項同性的顆粒材料結(jié)構(gòu)層，以其非線性特點和良好的排水性能被應(yīng)用于半剛性基層的復(fù)合排水層，能減少或延緩反射裂縫，改善路面結(jié)構(gòu)排水性能，但其強度、模量較一般穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層差。從結(jié)構(gòu)強度形成機理上看，碎石基層主要來源于碎石顆粒本身的強度以及顆粒之間的嵌擠力。對級配碎石基層的研究和應(yīng)用，主要在于通過取得高質(zhì)量的碎石，獲得高密度的良好級配以及良好的施工壓實。碎石的抗壓強度受地方材料影響，各地材料抗壓強度、表面紋理、粗糙程度各不相同。不同的破碎工藝也會造成碎石的棱角性能的巨大差別。在顆粒級配的研究上，形成骨架密實結(jié)構(gòu)為目的。

依據(jù)長安大學(xué)蔣應(yīng)軍的試驗研究，當壓實度為97%～99%時，試件壓實度每提高1%，級配碎石抗壓強度提高11.6%～43.7%、回彈模量提高17.1%～20.0%，建議實際施工時應(yīng)盡可能的提高壓實度，最好能達到99%以上，以保證級配碎石的強度[1]。在國外的相應(yīng)規(guī)范中，也對壓實度要求較高，南部非洲路橋規(guī)范要求壓實度達到102%[2]。

二、級配碎石路面應(yīng)用

級配碎石的應(yīng)用，在以往的相關(guān)文獻中，由于過去生產(chǎn)力低下，碎石材料生產(chǎn)控制質(zhì)量較差，碎石中含泥量較大，塑性變形大，級配差，公路施工現(xiàn)場施工能力差，級配碎石往往僅用于低等級道路的基層、底基層，或用于等外公路的泥結(jié)碎石路面，大大限制了碎石良好性能的發(fā)揮。

目前，高等級公路往往采用水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層，半剛性基層塑性變形小，承載力高，抗彎拉能力強，但是，半剛性基層也存在較大的缺陷，透水能力差，溫度收縮裂縫大。在北方地區(qū)，公路在施工完畢后，一個冬季就出現(xiàn)規(guī)律分布的橫向裂縫，然后反射到面層，雨水透入裂縫，造成嘰泥和翻漿，使路面提前發(fā)生破壞；南方地區(qū)多雨，雨水透入面層不能及時排出，造成路面提前破壞。美國等地區(qū)多年前就發(fā)明應(yīng)用了倒裝式路面結(jié)構(gòu)，即在路面水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層上再鋪筑一層級配碎石基層，用于高等級路面。由于級配碎石具有良好的透水性能，在倒裝路面結(jié)構(gòu)中，級配碎石層位于半剛性基層和道路面層之間，由溫度和材料干縮產(chǎn)生的應(yīng)變能通過級配碎石層傳遞。

試驗結(jié)果表明，級配碎石所能承受的最大應(yīng)力雖然不如瀝青混凝土，但它具有強化材料的特點，級配碎石結(jié)構(gòu)進入塑性階段后，其承載能力得到充分發(fā)揮；而且這種結(jié)構(gòu)能承受較大的變形。這兩種因素共同作用，使級配碎石能吸收、儲存更多的應(yīng)變能。這樣，一方面級配碎石不易產(chǎn)生裂縫；另一方面，隨著傳遞給瀝青混凝土應(yīng)變能的減少，道路面層產(chǎn)生裂縫的可能性也會降低。一旦出現(xiàn)反射裂縫，無粘結(jié)級配碎石骨料在荷載的作用下位置重新調(diào)整，同時應(yīng)力重新分布，骨料重新排列，這不僅不會促進裂縫的發(fā)展，還會使產(chǎn)生的裂縫得到一定程度的彌合，這表明級配碎石材料對裂縫具有自愈性。

三、級配碎石局限性

級配碎石較低的剛度對應(yīng)著瀝青路面的疲勞開裂，較大的塑性變形對應(yīng)著較大的車轍，二者是制約其在我國大面積推廣使用的主要原因.級配碎石作為瀝青路面的上基層時，回彈模量為300～350MPa，若瀝青層的模量取1200MPa，模量比為3.4～4，這無疑使瀝青層底拉應(yīng)力加大，加速上瀝青面層的疲勞進程.由典型路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析可知，級配碎石層的模量和瀝青面層的厚度對瀝青層底的拉應(yīng)力有著巨大的影響：當級配碎石基層模量值250—350MPa，瀝青層底將遭受0.25一0.4MPa的拉應(yīng)力，這無疑是致命的，級配石的模量提高到750MPa時，瀝青層底拉應(yīng)力為0，此模量為拉壓臨界值；當級配碎石模量較低（～<400MPa）時，瀝青層底拉應(yīng)力隨瀝青層厚度的增加大幅度地減少，此時，必須以大幅度增加瀝青面層的厚度為代價來減小拉應(yīng)力；當級配碎石模量較高（>～500MPa）時，瀝青層底的拉應(yīng)力隨厚度的變化較平緩，即瀝青層厚度對其層底的拉應(yīng)力影響不大，不必再以通過增加面層厚度來減小層底拉應(yīng)力。減小瀝青層層底的拉應(yīng)力可以采取兩種途徑：一是增加瀝青面層的厚度；二是提高級配碎石層的彈性模量。當級配碎石的模量較低（<400MPa）時，增加其模量與瀝青層厚度同時有效；當級配碎石模量較高時，提高其模量與增加瀝青層厚相比更具有效性。

因此，提高級配碎石的模量成為技術(shù)關(guān)鍵。但規(guī)范級配碎石模量的推薦值是我國早期級配碎石使用經(jīng)驗的總結(jié)，量值偏低，不能反映現(xiàn)有原材料生產(chǎn)、級配設(shè)計、施工技術(shù)的水平，因此有必要對級配碎石層材料的強度重新認識。

四、級配碎石灑水提漿工藝

筆者有幸在安哥拉參加了UIGE至MAQUELA DO ZOMBO的公路建設(shè)，在施工中，我們經(jīng)過對當?shù)匾?guī)范的研究，采用了灑水提漿工藝施工級配碎石基層，基層施工時首先優(yōu)化了的碎石級配，嚴格控制碎石級配和碾壓工藝，碎石在集中拌合場中拌合均勻，檢測控制含水量在最佳含水量±2%之內(nèi)，運輸?shù)浆F(xiàn)場后均勻攤鋪，發(fā)現(xiàn)有集料窩時要人工翻拌或換料，保證布料均勻，整平穩(wěn)壓，振動壓路機碾壓密實，檢測壓實度應(yīng)在98-100%，表面平整，無坑洼。然后，開始灑水提漿，灑水車在表面來回灑水，振動壓路機緊隨其后進行往返振動碾壓，同時，采用掃地機將表面的泥漿清掃出去。這個過程是施工控制的一個關(guān)鍵，由于振動和水的洗滌作用，碎石中的大顆粒下沉，小顆粒上浮，泥土和<0.075mm顆粒被富余水帶出結(jié)構(gòu)層，只剩下較大顆粒的碎石，嵌擠在一起，表面成馬賽克排列。

經(jīng)過以上施工措施，基層壓實度檢測達到了102%以上，動穩(wěn)定性和強度大大提高，抗水性能大幅度提高，隨著壓實度的提高，級配碎石抗壓強度逐漸增大，試件壓實度在97%～8%之間時，壓實度對級配碎石抗壓強度影響非常明顯，壓實度每提高1%，級配碎石抗壓強度提高約21%～44%；試件壓實度在98%～99%之間時，壓實度每提高1%，級配碎石抗壓強度可提高12%；試件壓實度在99%～100%之間時，壓實度提高1%，級配碎石抗壓強度提高約5.0%.試件壓實度從97%提高到99.5%時，壓實度每提高1%，級配碎石抗壓強度平提高18.6%。由此可見，現(xiàn)場施工時應(yīng)重視壓實，在確保壓實度滿足規(guī)范要求的前提下。盡量提高壓實度由于石料表面非常干凈，透層油也非常容易就滲入表面，保證了基層與瀝青面層的結(jié)合。

五、級配碎石灑水提漿工藝

倒裝路面結(jié)構(gòu)是解決半剛性基層路面產(chǎn)生反射裂縫的有效方式，而級配碎石以其優(yōu)良的特性，成為倒裝路面結(jié)構(gòu)上基層的重要材料。施工工藝、施工質(zhì)量對級配碎石防止反射裂縫起著舉足輕重的作用。合理的施工工藝是保證形成均勻、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層的關(guān)鍵，其中攤鋪、碾壓是關(guān)鍵，攤鋪要避免離析，碾壓要以靜壓與振動交叉進行，同時，采用灑水提漿施工工藝，提高壓實度到102%，以保證在滿足壓實度要求的同時控制壓碎值以確保強度的均勻性，從而提高級配碎石的路用性能。

參考文獻

[1]蔣應(yīng)軍.級配碎石力學(xué)性能影響因素的研究.交通科學(xué)與工程，2010：第一期.

[2]SATCC.Draft Standard Specifications for Road and Bridge Works.2001.

作者簡介

王保江，男，生于1972年，大學(xué)學(xué)歷，工程師，一級建造師，交通部試驗檢測工程師，1995年開始從事高速公路建設(shè)施工至今，現(xiàn)就職于河南省大河筑路有限公司。