粵西地區(qū)骨架抗裂水穩(wěn)的應(yīng)用分析

楊 文，張雨雷

（1.中交一航局第一工程有限公司，天津 300461；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

廣東玉湛高速公路位于粵西湛江地區(qū)境內(nèi)，該地區(qū)氣候特點(diǎn)為夏季高溫多雨，且雨水蒸發(fā)量大，雨水蒸發(fā)量甚至超過(guò)當(dāng)?shù)亟涤炅浚?］。該氣候特點(diǎn)容易造成路基和水穩(wěn)層的干縮，通過(guò)對(duì)粵西地區(qū)部分已建成高速公路項(xiàng)目的調(diào)研，采用傳統(tǒng)級(jí)配類型時(shí)，建設(shè)期間水穩(wěn)層裂縫密度在 15～30 m/條。應(yīng)用研究表明，骨架抗裂水穩(wěn)較傳統(tǒng)水穩(wěn)在抗裂性能和力學(xué)性能方面更具優(yōu)勢(shì)，不僅能夠減輕瀝青路面的裂縫率，而且還可提高路面的承載力，從而提高瀝青路面的耐久性［2-3］。

為減少水穩(wěn)層的裂縫數(shù)量，廣東玉湛高速采用骨架抗裂水穩(wěn)。本文以廣東玉湛高速公路為依托工程，分析了骨架抗裂水穩(wěn)不同成型方法配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的差異，總結(jié)了相關(guān)的施工工藝，并通過(guò)水穩(wěn)底基層的開裂情況調(diào)研，對(duì)骨架抗裂水穩(wěn)的抗裂效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 骨架抗裂水穩(wěn)配合比設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)分析

水穩(wěn)配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)包括級(jí)配、最大干密度、最佳含水量、水泥劑量和強(qiáng)度等。其中配合比設(shè)計(jì)方法按成型方式不同分為振動(dòng)壓實(shí)成型法和重型擊實(shí)成型法，不同成型方法對(duì)水穩(wěn)混合料配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)有較大的影響［4］。本節(jié)以廣東玉湛高速某工區(qū)骨架抗裂水穩(wěn)底基層設(shè)計(jì)為例，分析不同成型方法對(duì)配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)的影響。

1.1 級(jí)配設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)水穩(wěn)級(jí)配類型主要參照老版 JTJ 034－2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》［5］及 JTG D50－2006《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》［6］中懸浮型水穩(wěn)級(jí)配范圍，骨架抗裂水穩(wěn)參照最新版 JTG/T F20－2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》［7］中 C-B-3 的級(jí)配類型。兩者級(jí)配范圍對(duì)比如表 1 所示。相對(duì)于傳統(tǒng)水穩(wěn)級(jí)配類型，骨架抗裂水穩(wěn)級(jí)配特點(diǎn)為細(xì)集料少，粗骨料多，容易形成嵌擠結(jié)構(gòu)，并降低水泥用量，以實(shí)現(xiàn)減少水穩(wěn)裂縫的目的。該工區(qū)骨架抗裂水穩(wěn)生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)如表 1 和圖 1 所示。

圖1 骨架抗裂水穩(wěn)混合料設(shè)計(jì)生產(chǎn)級(jí)配曲線

1.2 含水量、干密度試驗(yàn)

按上述級(jí)配，水泥劑量按 3.0 %～5.0 %，以 0.5 % 為間隔制備試件，分別采用振動(dòng)壓實(shí)成型法和重型擊實(shí)成型法測(cè)試并確定混合料的最大干密度與最佳含水量。試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?2 所示。

從表 2 得出，振動(dòng)成型法得到的最大干密度均高于重型擊實(shí)法。振動(dòng)成型法模擬施工現(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)的振動(dòng)，粗骨料被重新排列，形成骨架；細(xì)集料被充分填充，逐步達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。

為對(duì)比兩種成型方法最大干密度之間的關(guān)系，根據(jù)目標(biāo)配合比室內(nèi)多組水泥劑量對(duì)比試驗(yàn)，該種級(jí)配水泥混合料兩者之間相關(guān)系數(shù)為 1.02～1.04，平均值為1.028，可取 1.03 作為兩種成型方法的密度換算系數(shù)。

表1 骨架抗裂水穩(wěn)混合料生產(chǎn)配比

表2 不同成型方法干密度對(duì)比表

1.3 強(qiáng)度試驗(yàn)

根據(jù)確定最佳含水量，按振動(dòng)壓實(shí)法和靜壓法分別成型無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?3、表 4 所示，兩種成型方法試件強(qiáng)度對(duì)比如表 5 所示。

表3 水穩(wěn)底基層混合料 7 d 靜壓成型強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表4 水穩(wěn)底基層混合料 7 d 振動(dòng)成型強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表5 振動(dòng)成型法與靜壓成型法強(qiáng)度對(duì)比

根據(jù)設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)范要求，水穩(wěn)底基層設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 2.5～4.5 MPa。結(jié)合兩種成型方法所得強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，水穩(wěn)混合料的設(shè)計(jì)水泥劑量取 4.0 %。

試驗(yàn)結(jié)果表明，振動(dòng)成型法強(qiáng)度較靜壓成型法提高約 37 %～75 %，達(dá)到相同強(qiáng)度時(shí)，振動(dòng)成型法水泥劑量降低約 1 %～2 %，降低水穩(wěn)的水泥用量不僅能夠節(jié)約工程造價(jià)，同時(shí)減少了裂縫的產(chǎn)生。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)與檢測(cè)結(jié)果

2.1 關(guān)鍵施工技術(shù)

水穩(wěn)施工根據(jù)施工技術(shù)包括壓實(shí)度控制、離析控制等。

2.1.1 壓實(shí)度控制

骨架抗裂水穩(wěn)施工控制的重點(diǎn)是壓實(shí)度控制，壓實(shí)機(jī)械是壓實(shí)度保證的關(guān)鍵。為保證混合料的壓實(shí)效果，均采用大噸位的壓路機(jī)組合進(jìn)行碾壓，并保證碾壓遍數(shù)。以振動(dòng)成型法確定的最大干密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，確定壓實(shí)遍數(shù)碾壓組合方式如表 6 所示，共振動(dòng)碾壓 7～10 遍（均重疊 1/3 輪）［8］。

表6 碾壓組合方式

2.1.2 離析控制

針對(duì)離析的問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)攤鋪機(jī)的機(jī)械調(diào)整：保證在螺旋出料口及吊桿位置增加反向葉片；盡量減少兩臺(tái)攤鋪機(jī)拼接的寬度，以減少路面的條帶狀離析；減少攤鋪機(jī)收斗頻率，注意攤鋪機(jī)收斗時(shí)機(jī)；離析位置人工補(bǔ)灑細(xì)料等。通過(guò)這些技術(shù)措施的應(yīng)用，廣東玉湛高速路面基層離析情況有較大的改善［9］。

2.2 質(zhì)量檢測(cè)

骨架抗裂水穩(wěn)施工質(zhì)量的檢測(cè)包括：壓實(shí)度、抽芯、滲水等。根據(jù)骨架抗裂水穩(wěn)在玉湛高速的質(zhì)量檢測(cè)，整體情況如下。

1）壓實(shí)度總體情況較好（見表 7），按振動(dòng)成型法的標(biāo)準(zhǔn)密度，壓實(shí)度基本能夠控制在 97 %～101 %，表明振動(dòng)成型法的標(biāo)準(zhǔn)密度合適。

表7 路面基層現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果匯總

2）芯樣整體完整、密實(shí)，骨架明顯。

3）存在一定的離析現(xiàn)象，離析主要集中在攤鋪機(jī)拼接位置、吊桿位置及攤鋪機(jī)兩端，主要為攤鋪機(jī)自身性能造成的離析。因此骨架抗裂水穩(wěn)對(duì)攤鋪機(jī)的抗離析性能要求較高。

4）滲水檢測(cè)正常路段大部分隨機(jī)點(diǎn)基本能達(dá)到基層不滲水的要求，除離析位置外，滲水整體較好，表明混合料較為密實(shí)。

質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明：振動(dòng)成型法得到的配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)更加符合現(xiàn)場(chǎng)施工要求；采用骨架密實(shí)型級(jí)配對(duì)攤鋪機(jī)的抗離析性能，以及壓路機(jī)的配置要求較高；結(jié)合良好的施工工藝，骨料密實(shí)型水穩(wěn)具有良好的施工質(zhì)量。

表8 骨架密實(shí)水穩(wěn)底基層裂縫情況調(diào)查表

3 裂縫觀測(cè)與分析

為觀測(cè)分析骨架抗裂水穩(wěn)的開裂情況，通過(guò)對(duì)底基層施工結(jié)束 15 d 以上且未覆蓋基層的段落裂縫情況進(jìn)行調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如表 8 所示。本次調(diào)研不包含底基層上部的水穩(wěn)基層，以減少干擾因素。

由表 8 可知，骨架抗裂水穩(wěn)底基層的平均裂縫間距為88.1m，相對(duì)于粵西地區(qū)傳統(tǒng)級(jí)配水穩(wěn)基的平均裂縫間距為15～30m，骨架抗裂水穩(wěn)為傳統(tǒng)水穩(wěn)基層的 3～6 倍。骨架抗裂水穩(wěn)具有明顯的抗裂效果。

4 結(jié)論

1）通過(guò)廣東玉湛高速公路抗裂水穩(wěn)施工經(jīng)驗(yàn)表明，振動(dòng)擊實(shí)成型確定的最大干密度更加符合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求。

2）比較振動(dòng)成型和重型擊實(shí)成型試件的最大干密度，相同材料不同水泥劑量，前者是后者的 1.02～1.04 倍，可取 1.03 作為兩種成型方法的密度換算系數(shù)。

3）采用骨架密實(shí)型級(jí)配對(duì)攤鋪機(jī)的抗離析性能，以及壓路機(jī)的配置要求較高；結(jié)合良好的施工工藝，骨料密實(shí)型水穩(wěn)具有良好的施工質(zhì)量。

4）相比傳統(tǒng)的水泥穩(wěn)定碎石，通過(guò)后期試驗(yàn)的觀測(cè)調(diào)查，得到抗裂水穩(wěn)型基層的平均裂縫間距為傳統(tǒng)級(jí)配類型的 3～6 倍，骨架密實(shí)型水穩(wěn)的抗裂效果明顯。