大粒徑級(jí)配碎石在路網(wǎng)大中修改造升級(jí)中的應(yīng)用效果分析

摘要：文章通過(guò)對(duì)大粒徑級(jí)配碎石在廣西路網(wǎng)大中修改造升級(jí)中的應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)分析，提出大粒徑級(jí)配碎石的原材料要求、推薦級(jí)配范圍及現(xiàn)場(chǎng)施工控制要點(diǎn)，并采用現(xiàn)場(chǎng)承載板法依次對(duì)舊瀝青路面、大粒徑級(jí)配碎石基層進(jìn)行回彈模量檢測(cè)。結(jié)果表明，大粒徑級(jí)配碎石較傳統(tǒng)級(jí)配碎石具有較高的模量，抗重載能力強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：大粒徑級(jí)配碎石;路網(wǎng);大中修改造;應(yīng)用效果

0 引言

目前路網(wǎng)國(guó)省道干線公路大中修工程建設(shè)普遍存在投資費(fèi)用低、舊路路況復(fù)雜、地方標(biāo)準(zhǔn)缺乏等困難，在這種條件下，用有限的資金建設(shè)出品質(zhì)工程是道路工作者需要解決的緊迫問(wèn)題。

半剛性基層在我國(guó)高等級(jí)瀝青路面建設(shè)中應(yīng)用較普遍，技術(shù)也相對(duì)較成熟，但大規(guī)模使用后發(fā)現(xiàn)，半剛性基層材料性能受環(huán)境溫度和濕度變化影響很大，且由于其密實(shí)度較高、水泥固結(jié)作用等極易產(chǎn)生溫縮和干縮裂縫[4]。另外，由于路網(wǎng)干線公路提質(zhì)改造工程中基本只能采用半封閉或開(kāi)放施工，不能中斷交通施工，因此若采用半剛性基層，其在施工期間的早期開(kāi)裂問(wèn)題和因交通荷載作用造成在半剛性材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成之前形成損傷（即早損問(wèn)題）[3]，將嚴(yán)重影響著路面結(jié)構(gòu)的整體性與承載能力，大大縮短路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。

級(jí)配碎石材料由于不含結(jié)合料，是一種松散粒料結(jié)構(gòu)，溫縮、干縮系數(shù)幾乎為零，受周圍溫度和濕度變化影響小，不傳遞拉應(yīng)力和拉應(yīng)變。工程實(shí)踐表明，級(jí)配碎石作為路面柔性結(jié)構(gòu)層可有效地防治反射裂縫，改善基層排水，但其抗重載能力不足，受環(huán)境濕度變化和重載交通作用下易產(chǎn)生車轍變形（尤其是粉料潔凈度稍差時(shí)），影響路面的施工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生剪切破壞等結(jié)構(gòu)性破壞[1-2]。

已有工程實(shí)踐表明，大粒徑級(jí)配碎石混合料既繼承了傳統(tǒng)級(jí)配碎石材料的長(zhǎng)處，又彌補(bǔ)了其抗重載能力不足的缺點(diǎn)，同時(shí)可利用重載交通荷載的二次壓密作用，促進(jìn)骨架的嵌擠穩(wěn)定，減少道路的后期養(yǎng)護(hù)開(kāi)支，對(duì)于路網(wǎng)公路大、中修工程的建設(shè)和施工環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)效益。鑒于此，本文通過(guò)對(duì)已有大粒徑級(jí)配碎石材料在路網(wǎng)公路大、中修工程中的應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出大粒徑級(jí)配碎石的材料要求、推薦級(jí)配范圍及施工要點(diǎn)控制，并通過(guò)在S311線大寺至板利公路大中修工程中采用現(xiàn)場(chǎng)承載板法測(cè)試其回彈模量，表征其在舊瀝青路面中加鋪的適應(yīng)性，為往后大粒徑級(jí)配碎石材料在廣西路網(wǎng)公路大中修工程中的更大范圍推廣應(yīng)用提供借鑒。

1 原材料要求及推薦級(jí)配范圍

1.1 原材料要求

目前已施工建設(shè)完結(jié)的大粒徑級(jí)配碎石層采用的集料粒徑規(guī)格為20～50 mm、20～40 mm、10～30 mm、5～10 mm的碎石及4.75 mm以下的石屑組配而成，考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工的和易性及均勻性，其最大粒徑宜控制在53.0 mm。從巖性角度出發(fā)，目前基于地方石材的限制，其集料大多采用石灰?guī)r或花崗巖集料。從施工效果上來(lái)看，石灰?guī)r集料較花崗巖集料易于碾壓成型，且穩(wěn)定性較好。有研究表明，采用具有粘附性的細(xì)集料能夠改善級(jí)配碎石的成型穩(wěn)定性。同時(shí)，從便于施工均勻性和防離析角度考慮，具有較好粘附性的細(xì)集料在與水發(fā)生作用后，能更好地粘附或分散在粗集料中。故綜合考慮：大粒徑級(jí)配碎石用粗集料可采用石灰?guī)r或花崗巖粗集料，但細(xì)集料宜選用石灰?guī)r或其他具有一定粘附性的細(xì)集料。

大粒徑級(jí)配碎石著重以粗集料的嵌擠骨架提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，故應(yīng)適當(dāng)提高對(duì)碎石的針片狀及壓碎值要求，建議按一級(jí)或高速路面基層中級(jí)配料對(duì)碎石的要求，要求碎石中針片狀顆粒的總含量應(yīng)≤20%，壓碎值≤30%。碎石中應(yīng)避免含有黏土塊、植物等有害物質(zhì)，粉料應(yīng)控制好含泥量[5]。碎石應(yīng)由堅(jiān)硬耐久的巖石軋制而成，且應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性能，其顆粒形狀應(yīng)具有棱角，近似立方體，無(wú)軟質(zhì)石料及其他雜物。應(yīng)采用反擊式、圓錐式或沖擊式破碎機(jī)作為二級(jí)破碎。不同粒徑的碎石應(yīng)分開(kāi)堆放，堆放石屑的場(chǎng)地應(yīng)架設(shè)防雨蓬。

1.2 推薦級(jí)配范圍

根據(jù)以往靖西、橫縣、賓陽(yáng)、浦北、合浦、上思等地區(qū)8個(gè)已施工完結(jié)的工程經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)資料，綜合考慮機(jī)械、施工和易性及均勻性，建議路網(wǎng)工程中大粒徑級(jí)配碎石級(jí)配范圍可參考表2所示，其中從施工和易性及防離析的角度出發(fā)，建議若現(xiàn)場(chǎng)采用石灰?guī)r集料，2.36的通過(guò)率宜取中值偏下;若采用花崗巖集料，2.36的通過(guò)率宜取中值偏上。

2 現(xiàn)場(chǎng)控制要點(diǎn)

2.1 施工離析控制

大粒徑級(jí)配碎石混合料由于粗骨架粒料較多，粒徑相對(duì)偏大，故施工過(guò)程中的主要問(wèn)題就是圍繞如何減少施工局部離析。

局部離析會(huì)導(dǎo)致粗細(xì)集料分離，級(jí)配產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致骨架結(jié)構(gòu)的不均勻，降低大粒徑級(jí)配碎石基層的承載力。大粒徑級(jí)配碎石層離析產(chǎn)生的原因有：

（1）拌和機(jī)傳送帶離析。由于粗細(xì)集料自重不同，粗細(xì)集料在傳送帶末端輸送到料斗的過(guò)程中由于慣性作用粗集料繼續(xù)向前傳送，細(xì)集料則很快降落，造成粗細(xì)集料在料斗里面發(fā)生離析。

（2）攤鋪離析。大粒徑級(jí)配碎石層所用攤鋪機(jī)型號(hào)一般較老，螺旋布料器進(jìn)料口處無(wú)反向螺旋，且攤鋪機(jī)未加裝側(cè)擋板，螺旋布料器中布料量不足，造成布料口離析較重，尤其是料車尾料。

（3）攤鋪機(jī)停機(jī)換料離析。運(yùn)料車尾料一般粗顆粒含量多，而在大粒徑級(jí)配碎石層攤鋪過(guò)程中，基本都是尾料攤鋪完再換新料攤鋪，因此停機(jī)換料處粗集料明顯多于正常攤鋪路段。

（4）級(jí)配設(shè)計(jì)。由于大粒徑級(jí)配碎石骨料粒徑增大，且骨料用量明顯增加，因此在施工過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生離析。

以上四種離析情況，第一、二、三種是根源，第四種情況可以通過(guò)優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)來(lái)減少離析。第一種離析可以通過(guò)在傳送帶末端加設(shè)擋板來(lái)改善;第二種離析可以在攤鋪機(jī)加裝反向螺旋或控制螺旋布料器內(nèi)混合料高度來(lái)改善;第三種則建議減少收斗次數(shù)，將新舊料在送料板上直接混合攤鋪以減少離析。

2.2 大粒徑級(jí)配碎石層灑布石粉用量控制

大粒徑級(jí)配碎石基層碾壓完成后，其表面具有較多的空隙，如果不及時(shí)灑布石粉進(jìn)行填隙密實(shí)，在車輛作用下，表面碎石會(huì)被壓散、帶走，從而產(chǎn)生坑槽，進(jìn)而影響整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在施工過(guò)程中，石粉灑布量應(yīng)根據(jù)以下要點(diǎn)進(jìn)行控制：（1）結(jié)構(gòu)面空隙填實(shí)、嵌擠穩(wěn)定，在荷載作用下碎石不飛散;（2）對(duì)于粗集料離析處適當(dāng)提高灑布量，細(xì)集料離析處少撒或不撒。灑布石粉的目的也是為了保證碎石表面嵌擠的穩(wěn)定，確保結(jié)構(gòu)的完整。

3 現(xiàn)場(chǎng)承載板法檢測(cè)回彈模量分析與評(píng)價(jià)

為掌握舊路加鋪大粒徑級(jí)配碎石的適用性及承載力表征，擬對(duì)S311線大寺至板利公路（新G210線）大寺至板利段瀝青路面大修工程中同一路段的舊路面、加鋪大粒徑層依次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)承載板法檢測(cè)各結(jié)構(gòu)層的回彈模量。其原路面為瀝青路面，大中修加鋪結(jié)構(gòu)為15 cm大粒徑級(jí)配碎石基層+15 cm摻2.0%水泥改善大粒徑級(jí)配碎石+1.5 cm兩油兩料同步碎石封層+5 cmAC-16C瀝青混凝土下面層+4 cmAC-13C瀝青混凝土上面層。將設(shè)計(jì)值（彈性模量及厚度）轉(zhuǎn)化為各結(jié)構(gòu)層頂當(dāng)量回彈模量，然后將實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值相比較，由此對(duì)比設(shè)計(jì)與施工的一致性及加鋪大粒徑層后路面結(jié)構(gòu)的承載力狀況。

3.1 實(shí)測(cè)各結(jié)構(gòu)層層頂當(dāng)量回彈模量

路面結(jié)構(gòu)的厚度設(shè)計(jì)是以彈性層狀體系為理論，各結(jié)構(gòu)層為彈性層，路基為彈性半空間體，以承載板法測(cè)路基以及各結(jié)構(gòu)層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量時(shí)即將各層頂以下看作為彈性半空間體。根據(jù)彈性層狀理論和Bisar軟件計(jì)算舊瀝青路及加鋪各結(jié)構(gòu)層層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量。詳見(jiàn)表3～5。

3.2 設(shè)計(jì)條件下各結(jié)構(gòu)層層頂理論當(dāng)量回彈模量

在充分考慮舊路路況、殘留承載能力及加鋪大粒徑層受力特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)計(jì)文件及公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容，利用Bisar軟件，采用靜態(tài)模量計(jì)算各結(jié)構(gòu)層層頂回彈模量理論值。為更好地在設(shè)計(jì)計(jì)算中體現(xiàn)舊路情況，其中舊路的靜態(tài)模量按照實(shí)測(cè)值代入計(jì)算，其他路面結(jié)構(gòu)層的模量及厚度的取值如表6所示（由公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范可知，傳統(tǒng)級(jí)配碎石模量取值一般在200～300 [HTSS]MPa之間）。

由彈性層狀體系理論可知，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)確定后，各結(jié)構(gòu)層的響應(yīng)僅與荷載的大小有關(guān)。因此，為了方便后續(xù)計(jì)算分析，將荷載固定為0.7 [HTSS]MPa，直徑為30 cm。依據(jù)表6的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立彈性層狀模型，計(jì)算在設(shè)計(jì)值的條件時(shí)，各結(jié)構(gòu)層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量計(jì)算結(jié)果如表7所示。

3.3 實(shí)測(cè)當(dāng)量回彈模量與設(shè)計(jì)條件下的當(dāng)量回彈模量理論值對(duì)比分析

（1）大粒徑級(jí)配碎石層層頂當(dāng)量回彈模量對(duì)比

按設(shè)計(jì)條件下的結(jié)構(gòu)層層頂理論當(dāng)量回彈模量反算結(jié)果可知，大粒徑級(jí)配碎石層頂設(shè)計(jì)當(dāng)量回彈模量為290MPa，實(shí)際檢測(cè)的均值為375MPa，且所有檢測(cè)點(diǎn)的當(dāng)量回彈模量均>290 MPa，說(shuō)明大粒徑級(jí)配碎石層整體強(qiáng)度較高，能滿足設(shè)計(jì)要求，且其模量較傳統(tǒng)級(jí)配碎石要高。但變異系數(shù)也達(dá)到了13.8%。由此可見(jiàn)，大粒徑級(jí)配碎石層在整體強(qiáng)度上能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，但大粒徑級(jí)配碎石層的強(qiáng)度的均勻性一般。這主要是由于大粒徑級(jí)配碎石層材料在實(shí)際施工時(shí)，局部離析較重，大粒徑級(jí)配碎石層的下承層強(qiáng)度不均勻。

（2）2.0%水泥改善大粒徑層層頂當(dāng)量回彈模量對(duì)比

根據(jù)理論計(jì)算得出2.5%水泥改善大粒徑層頂面的當(dāng)量回彈模量的設(shè)計(jì)值為389 MPa，實(shí)測(cè)平均值為479.8MPa，說(shuō)明摻加一定量的水泥能夠通過(guò)水泥的膠合作用進(jìn)一步增強(qiáng)大粒徑級(jí)配碎石粗集料骨架的嵌擠穩(wěn)定能力，從而提高大粒徑級(jí)配碎石的承載能力及抗雨水沖刷能力。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）由承載板法實(shí)測(cè)當(dāng)量回彈模量和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下的當(dāng)量回彈模量對(duì)分分析可知，在設(shè)計(jì)條件下，大粒徑級(jí)配碎石模量取值為400MPa時(shí)（高于傳統(tǒng)級(jí)配碎石的200～300 MPa），其實(shí)測(cè)值仍能滿足設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下的模量要求，說(shuō)明大粒徑級(jí)配碎石的整體承載能力要優(yōu)于傳統(tǒng)級(jí)配碎石，具有較好的抗重載能力。

（2）由實(shí)測(cè)當(dāng)量回彈模量分析統(tǒng)計(jì)可知，各結(jié)構(gòu)層層頂當(dāng)量回彈模量值計(jì)算的變異系數(shù)均超過(guò)10%。建議實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)在級(jí)配設(shè)計(jì)、機(jī)械選擇及工藝過(guò)程中進(jìn)一步加強(qiáng)防離析控制。

（3）本文通過(guò)對(duì)廣西路網(wǎng)大中修工程中大粒徑級(jí)配碎石的原材料要求、推薦級(jí)配范圍及施工關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)大粒徑級(jí)配碎石在路網(wǎng)大中修工程中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。建議應(yīng)持續(xù)對(duì)相關(guān)實(shí)體應(yīng)用工程進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，掌握大粒徑級(jí)配碎石加鋪瀝青路面方案的適用性和病害產(chǎn)生及擴(kuò)展的規(guī)律，為進(jìn)一步優(yōu)化該技術(shù)提供參考。

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作者簡(jiǎn)介：龍海濤（1978—），工程師，主要從事公路工程工作。