摻入礦粉的路面級配碎石墊層在蓉城二繞中的應(yīng)用

李曉明

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心， 四川 成都 610000）

0 概述

級配碎石墊層是處于公路路基與水穩(wěn)層之間的一種無粘結(jié)性能的柔性結(jié)構(gòu)層，是公路重要的結(jié)構(gòu)層之一。級配碎石墊層起到保護(hù)土路基不受水與寒冷等不利自然條件侵蝕的作用，有良好的擴(kuò)散應(yīng)力能力，良好的隔溫性、隔水性和排水性以及有效減少路基反射裂縫產(chǎn)生的能力。本文依據(jù)成都第二繞城高速公路西段項目LM1合同段路面工程進(jìn)行摻入礦粉的級配碎石試驗路鋪筑，樁號為K99+680～K99+908.8），提出在級配碎石中摻入礦粉可以提高級配碎石路用性能及整體板結(jié)效果，并介紹了摻入礦粉后級配碎石墊層施工中的材料控制、生產(chǎn)拌制、攤鋪碾壓及工后養(yǎng)生等環(huán)節(jié)的施工及質(zhì)量控制。

1 級配碎石材料組成與級配優(yōu)化

在混合料使用過程中，影響其性能的因素有很多，如結(jié)構(gòu)構(gòu)造、粘結(jié)材料等。而在級配碎石過程中，混合料結(jié)構(gòu)是影響其性能的主要因素之一，如果級配碎石沒有將瀝青、水泥等粘結(jié)作用發(fā)揮出來，便會對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，本試驗采用粗、中、細(xì)三種級配碎石級配進(jìn)行試驗，分別與三種盧曼結(jié)構(gòu)類型相對應(yīng)，即骨架空隙結(jié)構(gòu)、懸浮密實結(jié)構(gòu)和骨架結(jié)構(gòu)。本次試驗所選用的破碎卵石粗細(xì)集料均采用沿線河壩采集的卵石軋制而成，礦粉由合格材料供應(yīng)商提供。各檔集料應(yīng)按設(shè)計文件或者規(guī)范要求進(jìn)行篩分、密度、壓碎值等試驗。根據(jù)相關(guān)文件內(nèi)容規(guī)定，在整個項目工程建設(shè)過程中，應(yīng)該對不同規(guī)格集料的通過率進(jìn)行確定，之后確定出級配曲線，再根據(jù)不同的比例系數(shù)，促使其形成符合要求的骨架密實結(jié)構(gòu)

表1.1 卵石細(xì)集料試驗結(jié)果

表1.2 卵石細(xì)集料試驗結(jié)果

表1.3 粗集料試驗結(jié)果

表1.4 礦粉試驗結(jié)果

圖1.1 級配碎石墊層的合成級配曲線

表1.5原材料篩分結(jié)果

根據(jù)級配碎石的級配曲線,最終確定了級配碎石不同規(guī)格集料的比例，外摻礦粉均為5%。

表1.6 級配碎石級配粒徑比例

圖1.2未摻入級配碎石的級配碎石擊實試件

圖 1.3摻入礦粉的級配碎石擊實試件

表1.7級配碎石重型擊實試驗結(jié)果

根據(jù)粗中細(xì)三個級配試驗數(shù)據(jù)可得，對應(yīng)的重?fù)魧嵲囼炛泻孔钚?、于密度最大，CBR承載力最高，并靠近中值，是典型的“S”型連續(xù)骨架密實型結(jié)構(gòu)。因此，中級配為最佳級配。

2 級配碎石墊層性能研究

2.1 級配碎石墊層CBR值

表2.1 摻入礦粉級配碎石混合料CBR平均值

根據(jù)粗中細(xì)級配碎石CBR平均值中級配最大，說明了其強(qiáng)度相對最高，黏聚性和嵌擠作用最好，因此選擇中級配級配碎石進(jìn)行施工作業(yè)。

2.2 施工穩(wěn)定性

礦粉是一種由石灰?guī)r軋制而成的堿性材料，具有一定的粘結(jié)性，摻入到級配碎石里后，可以明顯提高級配碎石墊層的整體板結(jié)作用。通過本試驗路及以往成功的經(jīng)驗總結(jié)得到：礦粉不但在級配碎石中起到一定的填充作用，還能起到粘結(jié)作用，有效改善級配碎石的整體性能，增加級配碎石混合料的密實性。在施工中，可以有效減小或避免混合料的推移、離析等現(xiàn)象；碾壓成型后，減小，級配碎石在重車行車條件下出現(xiàn)的車轍深度，提高了對路面基礎(chǔ)整體質(zhì)量及使用性能。

圖2.1 摻入礦粉級配碎石墊層攤鋪結(jié)果

圖2.2 未摻入礦粉級配碎石墊層攤鋪結(jié)果

圖2.3 摻入礦粉級配碎石墊層碾壓密實后的結(jié)果圖

2.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

級配碎石墊層的重要指標(biāo)是壓實度和彎沉值，壓實度指標(biāo)是密實度的一個指標(biāo)，回彈彎沉值可以表明級配碎石墊層的承載能力和強(qiáng)度，級配碎石壓實度能達(dá)到要求但彎沉值不一定能達(dá)到要求。彎沉值不僅可以反映墊層的級配結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力，也可以將下層路床結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力反應(yīng)出來。在路基回彈彎沉和壓實度相同的情況下，并且級配碎石都滿足規(guī)范要求的同時，進(jìn)行彎沉試驗，分析摻入和未摻入礦粉的級配碎石墊層承載能力的大小。

根據(jù)試驗檢測相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果表明：當(dāng)施工工藝一致時，路基壓實度以及回彈彎沉也會保持一致，此時摻入適量礦粉的級配碎石墊層比未加入集料級配碎石墊層的車轍深度淺，如果此時的彎沉值降低，彎沉標(biāo)準(zhǔn)也會出現(xiàn)一定的改變，這也充分說明了級配碎石料的添加比卵碎石細(xì)集料級配碎石墊層的整體板結(jié)性較好，承載能力較高。

3 級配碎石施工控制

結(jié)合本項目級配碎石施工經(jīng)驗，級配碎石施工重點應(yīng)控制內(nèi)容如下：

1)混合料離析控制：施工中要嚴(yán)格控制原材料的變異和施工中產(chǎn)生的離析。料場不同規(guī)格的集料必須分別堆放，并且嚴(yán)格控制集料高度，不宜超過3 m，可以防止集料塌落式離析。而在細(xì)集料的控制過程中，應(yīng)該以搭棚保護(hù)的形式為主，避免受到雨水的影響。除此之外，整個料場也應(yīng)該做好排水設(shè)施的建設(shè)工作。一旦設(shè)備出現(xiàn)大量的離析現(xiàn)象，將會對后續(xù)工作的開展造成嚴(yán)重影響，甚至還會導(dǎo)致停工情況。所以說，工作人員應(yīng)該做好設(shè)備工作參數(shù)的調(diào)整工作，將施工段落清除。

2)施工含水量的控制：為了進(jìn)一步確保級配混合料在最佳含水條件下進(jìn)行碾壓，工作人員可以根據(jù)材料的含水量和天氣因素來確定加水量。例如，該項目建設(shè)區(qū)域處于平原地區(qū)，溫度高，風(fēng)力強(qiáng)，混合料水分蒸發(fā)較快。因此，在夏季階段的含水量確定應(yīng)高于平時的1%左右，為混合料攤鋪工作的開展提供有利條件。待整個攤鋪工作技術(shù)之后，還可以根據(jù)實際情況進(jìn)行霧狀灑水。

3)級配碎石混合料的卸料與運(yùn)輸：在裝料工作開始之前，人們需要做好車廂的清洗工作，并保持內(nèi)部的清潔和干燥，尤其是在裝料過程中，應(yīng)確保車輛與下料口相接近。另外，人們對裝料工作的開展也有著十分明確的要求，需按照先后順序來移動裝料，降低混合料的離析數(shù)量，整個裝料也不能過滿，當(dāng)車輛進(jìn)入到攤鋪區(qū)域之后，應(yīng)該降低車輛的行駛速度。而在卸料過程中，也應(yīng)該做到及時和迅速，避免第二次離析的出現(xiàn)。

4)混合料攤鋪：級配碎石墊層厚15cm，宜采用全斷面攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪作業(yè)，搭接寬度為15～20 cm。攤鋪機(jī)行進(jìn)速度1．5～2 m／min。為了確保效果，管理人員可以安排專人來消除粗細(xì)集料的離析問題，尤其是在粗集料“窩”附近，可利用細(xì)混合料的攪拌記憶新混合料填補(bǔ)措施，保持整體集料的攪拌均勻。

在人工攤鋪工作開展過程中，可以對鐵鍬進(jìn)行合理應(yīng)用，從而確?；旌狭蠑傞_的徹底，一旦發(fā)現(xiàn)攪拌不均勻問題，需要在現(xiàn)場進(jìn)行人工翻拌，促使整個混合料保持均勻，還可以利用新的混合料填補(bǔ)，保持整體的勻稱特性。

5)混合料碾壓：在碾壓順序的確定上，以直線段和平曲線段為主，并以“先兩邊、后中間”的工作原則，進(jìn)行“由內(nèi)向外”的逐一碾壓。該種方式的實施可以概括為高頻、低幅 、慢壓等流程，碾壓次數(shù)一般以6到8遍為主，前兩遍采用20t單鋼輪壓路機(jī)靜壓一遍，微震一遍，碾壓速度采用1.5～1.7km/h為宜，然后采用20t單鋼輪強(qiáng)振碾壓1-2遍、膠輪碾壓1-2遍，碾壓速度為1.8～2.2km/h，最后采用12t雙鋼輪收壓1-2遍，收壓采用靜壓，在碾壓工作結(jié)束之后，工作人員需要對基層頂面標(biāo)高進(jìn)行測量，如果超過了設(shè)計規(guī)定值，應(yīng)該將高出的部分去除，如果低于設(shè)計值，則需要采取混合料的添加方式，在壓實之后在與標(biāo)高相對比。

4 施工中應(yīng)注意的問題

1)級配變異性控制：整體來看，級配碎石強(qiáng)度和剛度等影響因素以施工級配為主，再加上級配變異的影響，很容易引發(fā)原材料不穩(wěn)定問題出現(xiàn)。因此，在具體工作開展過程中，需要對原材料中的利息問題進(jìn)行有效控制。發(fā)現(xiàn)攤鋪時發(fā)現(xiàn)大面積離析，應(yīng)停工檢查調(diào)整設(shè)備，對施工中產(chǎn)生的局部離析應(yīng)派專人及時修補(bǔ)。

2)碾壓設(shè)備合理組合：有效控制級配碎石墊層的壓實度，同時有良好的嵌結(jié)構(gòu)骨料壓碎率小，必須嚴(yán)格控制機(jī)械配合。壓路機(jī)的振動方式包括強(qiáng)振和弱振之分。在強(qiáng)振的作用下，由于穿透力較大，其影響深度也會得到進(jìn)一步擴(kuò)大，最高可以達(dá)到25cm，尤其是在結(jié)構(gòu)層中部到底層空間內(nèi)，壓實操作顯得十分重要，可確保整個設(shè)備組合滿足使用要求。其次，在膠輪的使用上，主要激發(fā)的是搓揉作用，讓整個系統(tǒng)表面的顆粒實現(xiàn)重新排序，為后續(xù)振動壓實工作的開展提供便利條件。最后，將局部缺陷和輪跡消除。施工實踐證明，通過鋼輪壓路機(jī)的振動壓實和輪胎壓路機(jī)的搓揉相互作用，最后雙鋼輪收壓，對碎石類墊層的壓實效果具有顯著的提高。因此，在級配碎石施工碾壓過程中，應(yīng)該以振動壓路機(jī)和輪胎壓路為主要的工作形式。為了提升工作效果，人們可以將鋼輪靜碾加入其中，利用兩種結(jié)構(gòu)交換作業(yè)的方式，避免在施工中產(chǎn)生薄弱點和過強(qiáng)點。與此同時，還要對碾壓含水率進(jìn)行精確控制，可以根據(jù)碾壓結(jié)果來確定，促使整個級配碎石的碾壓達(dá)到最佳效果。

3)松鋪系數(shù)的控制：在攤鋪工作開展過程中，人們應(yīng)高做好松鋪系數(shù)的控制，如果系數(shù)過大，很容易增加攤鋪厚度，不利于材料的節(jié)約使用，增加了路面的下層厚度。如果松鋪系數(shù)高校，整個攤鋪過程也會出現(xiàn)厚度不足等問題，增加了水泥的消耗量。因此，試驗段施工中應(yīng)得出合理的松鋪系數(shù)，級配碎石施工松鋪系數(shù)一般在1．25～1．30之間。

5 結(jié)語

（1）摻入適量礦粉的卵碎石級配碎石與卵碎石級配碎石具有良好的隔溫性、隔水性和排水性。

（2）級配碎石礦料級配優(yōu)化結(jié)果表明，采用“S”型連續(xù)骨架密實結(jié)構(gòu)承載力優(yōu)于骨架間斷結(jié)構(gòu)和懸浮密實結(jié)構(gòu)。

（3）在相同施工工藝和相同的集料級配，且在路基壓實度和回彈彎沉一致的條件下，摻入適量礦粉的卵碎石級配碎石墊層的整體板結(jié)性較卵碎石級配碎石墊層的好，強(qiáng)度更高、車轍更淺、彎沉值更小，整體穩(wěn)定性更好。

（4）摻入適量礦粉的卵碎石級配碎石墊層較卵碎石級配碎石墊層的路用性能更好，賦予高速公路一個強(qiáng)而穩(wěn)定的基礎(chǔ)，避免由于反射縫的存在導(dǎo)致路面遭到破壞，提升公路的使用壽命。

（5）對碾壓機(jī)械組合方式進(jìn)行合理選擇，是提升壓實度的主要因素之一。由于振動壓路機(jī)存在弱震效果，可以確保級配碎石結(jié)構(gòu)層中的密實度得到充分保障，并提升底部到中層的密實情況，還能避免由于鋼輪的碾壓而出現(xiàn)了局部塌陷問題。