礦粉在級(jí)配碎石混合料墊層中的應(yīng)用技術(shù)研究

袁先軍

（四川公路橋梁建設(shè)股份有限公司四川雙流610200）

礦粉在級(jí)配碎石混合料墊層中的應(yīng)用技術(shù)研究

袁先軍

（四川公路橋梁建設(shè)股份有限公司四川雙流610200）

級(jí)配碎石墊層是處于公路路基與半剛性基層之間的一種無(wú)粘結(jié)性能的柔性結(jié)構(gòu)層，該結(jié)構(gòu)層具有良好的隔溫性、隔水性和排水性，可有效擴(kuò)散應(yīng)力，并保護(hù)土路基不受水與冰凍等不利自然條件的侵蝕。目前，四川地區(qū)級(jí)配碎石墊層多采用卵石軋制而成的粗集料和細(xì)集料進(jìn)行鋪筑，而施工中發(fā)現(xiàn)卵碎石級(jí)配混合料墊層不易碾壓，細(xì)集料填隙不好，致密性欠佳，整體強(qiáng)度較差。結(jié)合四川地區(qū)路面墊層施工過(guò)程中的成功經(jīng)驗(yàn)和不足之處，本文通過(guò)成都第二繞城高速公路墊層施工中采用相同施工工藝和集料級(jí)配，且路基壓實(shí)度和回彈彎沉一致的條件下，對(duì)摻加適量礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層的穩(wěn)定性和路用性能等進(jìn)行技術(shù)研究。

成都第二繞城高速公路；墊層；施工

1　工程概況

成都第二繞城高速公路西段項(xiàng)目LM1合同段起于K93+ 048.426，止于K134+313.772，路線全長(zhǎng)41.268km。路面基層結(jié)構(gòu)類(lèi)型為：15cm級(jí)配碎石墊層+18cm水穩(wěn)底基層+36cm水穩(wěn)基層。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，其路面墊層、水穩(wěn)（底）基層等施工用碎石均采用沿線河壩卵石軋制，而施工中發(fā)現(xiàn)卵碎石級(jí)配混合料墊層不易碾壓，細(xì)集料填隙不好，致密性欠佳，整體強(qiáng)度較差。為此，通過(guò)優(yōu)化級(jí)配和摻加適量礦粉對(duì)卵碎石級(jí)配碎石墊層進(jìn)行了級(jí)配改良，并增強(qiáng)級(jí)配碎石顆粒間嵌鎖效果來(lái)提高其整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2　級(jí)配碎石混合料主要特點(diǎn)

根據(jù)混合料不同粗細(xì)集料比例，可將其劃分為骨架空隙結(jié)構(gòu)、骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)和懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)3種結(jié)構(gòu)類(lèi)型。骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)密實(shí)度較大、內(nèi)摩阻力較大、抗剪強(qiáng)度較強(qiáng)，施工時(shí)易于壓實(shí)成型，故其是一種較為理想的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)中粗集料數(shù)量較多，可以形成空間骨架結(jié)構(gòu)，粗集料骨架空隙又能剛好被細(xì)集料填充密實(shí)，形成較大的密實(shí)度和較小的殘余空隙率。該種骨架一密實(shí)結(jié)構(gòu)密實(shí)度較大，抗剪強(qiáng)度較強(qiáng)，施工時(shí)易于壓實(shí)成型，是一種較為理想的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

3　級(jí)配碎石摻礦粉配合比設(shè)計(jì)

3.1集料級(jí)配組成

原材料選定后，根據(jù)不同規(guī)格集料通過(guò)率，先繪出級(jí)配碎石級(jí)配曲線，然后確定不同規(guī)格集料的比例，使其形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。根據(jù)級(jí)配碎石的級(jí)配曲線最終確定了級(jí)配碎石不同規(guī)格集料的比例為：0～4.75mm：4.75～9.5mm：9.5～19mm：19～31.5mm= 26%：12%：22%：40%，外摻5%礦粉。關(guān)鍵篩孔4.75mm通過(guò)率宜在28～31%之間。

3.2最佳含水量和最大干密度的確定

試驗(yàn)采用振動(dòng)壓實(shí)法進(jìn)行最佳含水量和最大干密度測(cè)定。

根據(jù)振動(dòng)成型擊實(shí)試驗(yàn)可以得到：未摻加礦粉的級(jí)配碎石最佳含水量為4.18%，最大干密度為2.344g/cm3；摻加適量礦粉的級(jí)配碎石最佳含水量為4.03%，最大干密度為2.345g/cm3。

3.3混合料CBR試驗(yàn)研究

摻加適量礦粉的級(jí)配碎石混合料CBR平均值為50%；未摻加礦粉的級(jí)配碎石混合料CBR平均值為43%，并且均大于設(shè)計(jì)指標(biāo)40%。

4　級(jí)配碎石墊層施工工藝及技術(shù)要求

4.1一般要求

（1）清掃作業(yè)面表面，保證施工作業(yè)面平整度滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范規(guī)定要求，表面無(wú)浮塵、積水、無(wú)彈簧現(xiàn)象、松散顆粒等，并將作業(yè)面表面灑水濕潤(rùn)。

（2）開(kāi)始攤鋪的前一天要進(jìn)行測(cè)量放樣，按攤鋪機(jī)寬度與傳感器間距，一般在直線上間隔為10m，在平曲線上為5m，做出標(biāo)記，并打好厚度控制線支架，根據(jù)松鋪系數(shù)算出松鋪厚度，決定控制線高度，掛好控制線。用于攤鋪機(jī)攤鋪厚度控制線鋼絲的拉力應(yīng)不小于800N。

4.2施工準(zhǔn)備

4.2.1材料的準(zhǔn)備

集料按19～31.5mm，9.5～19mm，4.75～9.5mm，0～4.75mm四種規(guī)格備料，礦粉由合格材料供應(yīng)商提供。堆料場(chǎng)地和拌和場(chǎng)內(nèi)的道路要硬化處理，以防止泥土的混入。采用未篩分碎石時(shí)其級(jí)配應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)定要求。

4.2.2機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)備

墊層施工的主要機(jī)械設(shè)備：攤鋪機(jī)2臺(tái)，13t雙鋼輪壓路機(jī)1臺(tái)，20t單鋼輪壓路機(jī)2臺(tái)，膠輪壓路機(jī)1臺(tái)，噸運(yùn)輸車(chē)輛等。

4.2.3鋪筑前路段的準(zhǔn)備

（1）對(duì)下承層壓實(shí)度、平整度、標(biāo)高和彎沉值等指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。凡不符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的路段，必須根據(jù)實(shí)際情況，采用相關(guān)措施處理解決，使其達(dá)到規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)后方可鋪筑級(jí)配碎石層。

（2）用15t以上的壓路機(jī)進(jìn)行復(fù)壓，在碾壓過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)土過(guò)干或者表面松散時(shí)應(yīng)適當(dāng)灑水，如土過(guò)濕，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行挖開(kāi)晾曬、換土、摻石灰的方式進(jìn)行處理。驗(yàn)收不合格禁止進(jìn)入下道工序。

4.3拌和

本項(xiàng)目用500t/h拌和機(jī)集中場(chǎng)拌。在正式拌制混合料之前，必須先調(diào)試所用設(shè)備到正常工作狀態(tài)且計(jì)量準(zhǔn)確，使混合料的顆粒組成和含水率達(dá)到規(guī)定要求。原材料的顆粒組成發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)重新調(diào)試設(shè)備。

拌和時(shí)，拌和的時(shí)間和用料稱(chēng)量應(yīng)準(zhǔn)確，用水量應(yīng)視運(yùn)輸?shù)倪h(yuǎn)近和天氣情況，適當(dāng)調(diào)整加水量，混合料含水量宜略大于最佳含水量，以保證混合料在壓實(shí)前達(dá)到最佳含水量?？傊旌狭系暮恳阅雺簳r(shí)不出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象為佳。

試驗(yàn)人員應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行級(jí)配碎石混合料的級(jí)配組成及含水量的檢測(cè)。

拌和完成的標(biāo)志是：混合料色澤一致，粗細(xì)集料混合均勻，且無(wú)夾心、結(jié)團(tuán)、集料離析現(xiàn)象。

4.4運(yùn)輸

級(jí)配碎石混合料采用15t以上自卸車(chē)運(yùn)輸，裝料前需清洗車(chē)輛車(chē)廂并晾干，保證車(chē)廂內(nèi)清潔干燥。裝料時(shí)按前、后、中的順序移動(dòng)裝料，以避免或減少混合料離析，不得裝料過(guò)滿(mǎn)，以免造成集料外溢。運(yùn)輸過(guò)程中車(chē)輛應(yīng)覆蓋篷布，以防止水分蒸發(fā)流失。

4.5攤鋪

采用攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪碎石墊層。如下承重層是穩(wěn)定細(xì)粒土，應(yīng)先將下承重層拉毛，再進(jìn)行攤鋪。

拌和機(jī)與攤鋪機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)互相匹配。如拌和機(jī)的生產(chǎn)能力較小，用攤鋪機(jī)攤鋪時(shí)應(yīng)采用低速，減少停機(jī)待料的情況。

4.6碾壓

級(jí)配碎石墊層攤鋪、修整后，應(yīng)立即用16t以上（18～20t）壓路機(jī)跟在攤鋪機(jī)后進(jìn)行全路幅碾壓，1次碾壓長(zhǎng)度控制在50～80m內(nèi)。碾壓段落層次分明，且須設(shè)置明顯的分界標(biāo)志。壓實(shí)按靜壓→弱振→強(qiáng)振→收壓等4道工序進(jìn)行，初壓可用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1～2遍，碾壓速度以1.5～1.7km/h為宜；復(fù)壓采用單鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)碾壓4～6遍，碾壓速度以1.8～2.2km/h為宜；終壓采用膠輪壓路機(jī)碾壓1～2遍，以消除輪跡，提高密度，碾壓速度以1.5～1.7km/h為宜。

碾壓過(guò)程中，嚴(yán)禁壓路機(jī)驅(qū)動(dòng)輪在已完成或正在碾壓的路段上調(diào)頭或急剎車(chē)，以保證已完成路段表面不受破壞；級(jí)配碎石層表面應(yīng)保持濕潤(rùn)，當(dāng)水分蒸發(fā)較快時(shí)，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)灑少量霧狀水，嚴(yán)禁灑大水或沖水碾壓；如級(jí)配碎石攤鋪層表面出現(xiàn)彈簧、松散、起皮等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)挖開(kāi)晾曬或用符合要求的混合料進(jìn)行換填處理，以保證施工質(zhì)量。

4.7養(yǎng)生與交通管制

級(jí)配碎石墊層碾壓完成并經(jīng)壓實(shí)度檢測(cè)合格后，應(yīng)立即開(kāi)始養(yǎng)生。養(yǎng)生以保持墊層表面濕潤(rùn)為原則。養(yǎng)生期間，應(yīng)封閉交通；不能封閉交通時(shí)，應(yīng)限制重載車(chē)輛通行，車(chē)速不超過(guò)30km/h，且不得轉(zhuǎn)彎、調(diào)頭及急剎車(chē)。

5　級(jí)配碎石墊層性能研究

5.1施工穩(wěn)定性

工程應(yīng)用表明：摻加礦粉能夠有效改善卵碎石級(jí)配碎石的工作性能，利于填充碎石顆粒間的孔隙，促使集料較好地嵌擠，并達(dá)到較高的密實(shí)度，從而提高混合料攤鋪后的壓實(shí)度，且避免其在攤鋪過(guò)程中出現(xiàn)離析現(xiàn)象。碾壓過(guò)程中，摻加適量礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層較未摻加礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層更能減小碾壓產(chǎn)生的混合料推移，且無(wú)明顯輪跡，從而有利于提高級(jí)配碎石墊層的壓實(shí)質(zhì)量。摻加適量礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層碾壓后表面狀況見(jiàn)圖1。

圖1　摻加適量礦粉和未摻加礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層攤鋪后表面狀況

5.2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

彎沉值是道路設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)，墊層頂面回彈彎沉值的大小直接體現(xiàn)級(jí)配碎石墊層的承載能力和強(qiáng)度，其與墊層級(jí)配及下承層路床結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力有關(guān)，同時(shí)也反映出材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在路基回彈彎沉和級(jí)配碎石層壓實(shí)度基本相同的情況下，對(duì)摻加適量礦粉和未摻加礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層試驗(yàn)段進(jìn)行彎沉試驗(yàn)，分析摻加適量礦粉和未摻加礦粉的卵碎石級(jí)配碎石層的承載能力的大小。

表1　彎沉測(cè)試結(jié)果和回彈模量計(jì)算匯總

從表1可以看出，摻加適量礦粉后，卵碎石級(jí)配碎石層回彈模量提高了13%，其強(qiáng)度及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于未摻加礦粉的卵碎石級(jí)配碎石層。

6　結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)成都第二繞城高速公路西段項(xiàng)目LM1合同段相關(guān)設(shè)計(jì)文件要求的基礎(chǔ)上結(jié)合四川地區(qū)的特點(diǎn)進(jìn)一步完善、優(yōu)化了路面墊層材料配合比的設(shè)計(jì)方法。

（2）在摻加適量礦粉的級(jí)配碎石和未摻加礦粉的級(jí)配碎石級(jí)配相同時(shí)，摻加適量礦粉的級(jí)配碎石混合料膨脹率和吸水率均小于未摻加礦粉的級(jí)配碎石混合料膨脹量和吸水率；摻加適量礦粉的級(jí)配碎石混合料CBR平均值大于未摻加礦粉的級(jí)配碎石混合料CBR平均值；說(shuō)明了摻加適量礦粉的級(jí)配碎石混合料的整體板結(jié)性能和強(qiáng)度優(yōu)于未摻加礦粉的級(jí)配碎石混合料的整體板結(jié)性能和強(qiáng)度。

（3）在施工工藝和集料級(jí)配相同，且路基壓實(shí)度和回彈彎沉一致的條件下，摻加適量礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層的整體嵌固和致密性較未摻加礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層的要好，強(qiáng)度更高，輪跡更淺，彎沉值更小，整體穩(wěn)定性更好。

（4）摻加適量礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層較未摻加礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層的路用性能更好，更能使高速公路路面具有堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定的基礎(chǔ)，可以更有效地防止或緩解路面因路基反射裂縫和路基滲水導(dǎo)致的路面破壞，從而提高公路的使用壽命。

[1]《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）.

[2]《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）.

[3]《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE42-2005）.

U416.214

A

1673-0038（2015）14-0217-02

2014-3-23

袁先軍（1979-），男，工程師，本科。