大粒徑級配碎石在大修工程中的應(yīng)用研究

夏彩娟，譚繼宗

(1.廣西金石高速公路有限公司，廣西 南寧 530007；2.廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

級配碎石材料是一種松散的粒料結(jié)構(gòu)，不傳遞拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，既能防反射裂縫又能起到排水作用。但以往的工程經(jīng)驗表明，傳統(tǒng)級配碎石作為路面柔性結(jié)構(gòu)層的主要缺陷是易產(chǎn)生較大的塑性變形，影響路面的平整度，嚴重時會發(fā)生剪切破壞等結(jié)構(gòu)性破壞[1-2]。

大粒徑級配碎石混合料其最大粒徑可達53 mm，繼承了傳統(tǒng)級配碎石材料的優(yōu)點，且彌補了其抗塑性變形能力不足的缺點，在重載交通下具有抗變形能力強的優(yōu)點，既可充分利用舊路結(jié)構(gòu)層的剩余價值，又可利用重載交通的壓密作用。大粒徑級配碎石基層承載力強、抗裂性能優(yōu)、水穩(wěn)定性好，可有效降低道路的后期養(yǎng)護維修費用，對于路網(wǎng)干線公路大、中修工程的建設(shè)具有重要的社會經(jīng)濟效益[3]。

目前國內(nèi)對傳統(tǒng)級配碎石材料已有較多研究，但是對于大粒徑級配碎石的應(yīng)用研究較少。本文依托路網(wǎng)干線公路大修工程，深入研究了大粒徑級配碎石基層的應(yīng)用技術(shù)，為大粒徑級配碎石材料在路網(wǎng)干線公路提質(zhì)改造工程中的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供參考。

1 大粒徑級配碎石基層設(shè)計

依托工程為廣西省道S217線龍門段大修項目。該路段過往交通量增長極快，且交通量中以超重車居多，導(dǎo)致舊水泥路面出現(xiàn)了唧泥、錯臺、沉陷、翻漿、破碎板、板角斷裂等病害，路面損壞狀況指數(shù)(PCI)低于40，公路技術(shù)狀況等級評定為差。主線大修結(jié)構(gòu)方案為：舊水泥路面碎石化+22 cm厚大粒徑級配碎石+1.5 cm厚同步碎石封層+5 cm厚AC-16瀝青混凝土+4 cm厚AC-13瀝青混凝土。

1.1 原材料質(zhì)量控制與級配設(shè)計

碎石級配應(yīng)滿足《公路路面基層施工技術(shù)細則》(JTGTF20-2015)表3.6.2級配的規(guī)定，碎石中不應(yīng)有黏土塊、植物等有害物質(zhì)，軟弱和針片狀顆粒含量≤20%，石屑可以使用一般碎石場的篩余料或?qū)ｉT軋制的細碎石集料[4]。

根據(jù)施工規(guī)范及集料配合比要求，大粒徑級配碎石基層采用4檔集料：20～40 mm、10～30 mm、5～10 mm、0～5 mm(石屑)。對進場4檔集料進行篩分(干篩法)，篩分結(jié)果見表1。

表1 集料篩分結(jié)果表

大粒徑級配碎石顆粒組成較傳統(tǒng)級配碎石粗，接近填隙碎石，而規(guī)范《公路路面基層施工技術(shù)細則》(JTG/T F20-2015)中對填隙碎石的級配未作規(guī)定。在工程試驗段施工時借鑒以往經(jīng)驗和試配結(jié)果，擬定各檔原材料的摻配比例及合成級配，見表2。

表2 大粒徑級配碎石級配設(shè)計表

注：材料比例為20～40 mm∶10～30 mm∶5～10 mm∶0～5 mm=46∶38∶7∶9

1.2 施工質(zhì)量控制

大粒徑級配碎石施工中，由于其級配設(shè)計中粗料含量多粉料較少，且不含水泥石灰等粘結(jié)材料，因此在施工過程中容易產(chǎn)生局部離析，施工離析是大粒徑級配碎石施工中的一個難點。離析使得不同部位的級配各不相同，導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)的不均勻性，降低了基層承載力和耐久性。因此在施工過程中對于離析的控制尤為關(guān)鍵。

(1)拌合運輸過程中控制離析

基層大粒徑級配碎石采用拌合機集中生產(chǎn)，拌合時間控制在28～38 s內(nèi)，含水量控制應(yīng)根據(jù)氣候情況在1.0%～1.5%之間進行調(diào)節(jié)，確保拌合質(zhì)量。為防止混合料在裝車的過程中出現(xiàn)離析，運料車輛的車斗離出料口的間距不能太大，控制下料的高度。裝料過程中不能向運料車車槽的中間部位連續(xù)卸料，應(yīng)先向車槽前部卸料，再向后部卸料，最后向中間卸料。同時，在運輸過程中控制車速，以防止顛簸產(chǎn)生的離析。

(2)攤鋪和碾壓過程中控制離析

大粒徑級配碎石不含石灰、水泥等膠結(jié)料，其結(jié)構(gòu)主要靠碎石之間的嵌擠以及粉料的粘結(jié)形成。因此為了確保碾壓效果，大粒徑級配碎石的碾壓需要在最佳含水率時進行，并且在碾壓的過程中應(yīng)及時嚴格控制含水率。如果含水量偏低，則會導(dǎo)致粉料無粘結(jié)作用，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，需要對混合料適當(dāng)灑水后再碾壓；如果含水量偏高，則會導(dǎo)致粉料嘰漿，失去粘結(jié)效果，需要并開挖翻曬，待其接近最佳含水量時，再進行碾壓[5-6]。

碾壓達到壓實遍數(shù)后，在大粒徑級配碎石表面均勻撒布一層約0.5～1 cm的機制砂，在因攤鋪離析造成大顆粒集中的部位要適當(dāng)增加撒布量，然后再用壓路機靜壓一遍整平，即可開放交通。

2 質(zhì)量檢測

對于大粒徑級配碎石基層而言，其檢測指標(biāo)主要包括：固體體積率、平整度、彎沉等。

(1)虹吸筒排水法檢測試樣的固體體積率

檢測大粒徑級配碎石墊層固體體積率，檢測結(jié)果見表3。

(2)施工過程中，對碾壓后的平整度檢查記錄見表4。

表3 大粒徑級配碎石基層固體體積率檢測表

表4 平整度檢測結(jié)果表

(3)彎沉檢測

對于大粒徑級配碎石基層而言，彎沉控制是一個重要指標(biāo)，對施工完成后路段采用貝克曼梁進行完成檢測。檢測結(jié)果見表5，從檢測結(jié)果來看，大粒徑級配碎石基層的彎沉值在30～40(0.01 mm)，較好地提高了碎石化后路面的強度。

表5 碎石化后底基層、大粒徑級配碎石層彎沉代表值對比表

根據(jù)設(shè)計級配摻配后攤鋪施工，在施工中控制級配設(shè)計、運輸攤鋪離析等，通過施工過程和檢測結(jié)果的驗證，可以發(fā)現(xiàn)：觀察檢測固體體積率挖開的試坑，整個結(jié)構(gòu)層比較密實，檢測的固體體積率滿足設(shè)計要求的85%，代表值達到85%～87%，后期由于車輛碾壓后部分路段固體體積率會有所提高，開放交通后結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定，沒有明顯的變形和車轍；檢測的彎沉值，完全滿足了設(shè)計彎沉要求。從表5看，不僅達到了設(shè)計彎沉52.3(0.01 mm)，絕大部分在30～40(0.01 mm)之間。總體而言，大粒徑級配碎石施工和使用狀況良好。

3 結(jié)語

大修路段交通量大，重載交通多，基層需要具有較高的結(jié)構(gòu)強度保證受力。大粒徑級配碎石基層和普通碎石基層相比，其粗骨料含量增大，骨架結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)受力更強，但是在施工過程中需要注意大粒徑級配碎石級配設(shè)計與控制、施工離析控制、施工質(zhì)量控制等。

現(xiàn)場控制主要根據(jù)三個要點：減輕混合料離析、確保路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無變形、控制基層固體體積率。在大粒徑級配碎石基層施工中，應(yīng)從三個方面控制離析：(1)從級配組成方面降低離析，在施工配比時，盡量減少粉料的用量，增多粗骨料的用量，在攤鋪成型后，采用人工補粉填隙；(2)為了降低在裝料過程中產(chǎn)生的離析，在混合料儲料倉出口設(shè)置隔板，減少堆積離析；(3)攤鋪完成后，人工修補離析位置。

從國內(nèi)級配碎石材料工程應(yīng)用的情況來看，傳統(tǒng)級配碎石材料剛度較低、塑性變形大，路面建成通車后，特別是重載交通情況下，易因結(jié)構(gòu)強度不足而出現(xiàn)剪切破壞，造成局部位置隆起或者軟彈，或出現(xiàn)車轍損壞。而大粒徑級配碎石可有效提高基層的整體剛度，降低塑性變形，既繼承了傳統(tǒng)級配碎石材料的優(yōu)點，又彌補了其不足之處，對于改善道路的使用性能、延長使用壽命具有重要意義，其應(yīng)用前景廣闊。