基于對比試驗的級配碎石基層最佳施工工藝分析

■劉 薇

（福建省天柱建設(shè)工程有限公司，福州 350800）

我國常規(guī)公路建設(shè)對路基有較高的強(qiáng)度要求，同時采取薄面層設(shè)計思路，半剛性基層強(qiáng)度能較好滿足“強(qiáng)基”要求，經(jīng)濟(jì)性也相對較好，得到了廣泛應(yīng)用， 但在建設(shè)應(yīng)用過程中也暴露了諸多缺陷，例如抗裂性能、抗沖刷能力不足等。 而級配碎石基層能很好地克服半剛性基層存在的諸多缺陷，得到了業(yè)內(nèi)越來越多的關(guān)注。

行業(yè)內(nèi)針對級配碎石基層的研究也應(yīng)運(yùn)而生。龍繼偉[1]通過數(shù)值模擬方案對設(shè)有級配碎石基層的公路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剖析，通過分析各層底及層中拉應(yīng)力及剪應(yīng)力情況， 得出級配碎石最佳層厚設(shè)置范圍；胡云澤[2]針對設(shè)置有級配碎石基層的公路車轍病害問題展開分析，認(rèn)為級配碎石基層對路面耐久性的提升有明顯作用；楊大田等[3]通過對比試驗分析瀝青混合料面層層底拉應(yīng)力等指標(biāo)，得出了最佳的級配碎石基層層厚。 林繡賢等[4]針對基于連續(xù)級配設(shè)計方案的i 法展開討論， 總結(jié)出系統(tǒng)的設(shè)計步驟；徐云晴[5]通過級配碎石基層的骨架密實設(shè)計方案進(jìn)行了配合比設(shè)計， 通過CBR 性能檢測等方案對其進(jìn)行驗證；李頔[6]則是著眼于級配碎石基層的抗剪切變形能力，控制原材料指標(biāo)，對其級配設(shè)計進(jìn)行對比論證， 得出CBR 性能檢測作為設(shè)計控制指標(biāo)的思路；寇景宇等[7]將級配碎石基層與半剛性基層相對比，提出了基于骨架密實級配的級配設(shè)計方案，并對其施工關(guān)鍵節(jié)點控制進(jìn)行了闡述；楊自全等[8]依托實體工程建設(shè)，從設(shè)計和施工多角度論證了合理級配與精細(xì)施工控制對其路用性能的提升作用；呂文江等[9]則是對比了5 種不同黏結(jié)層施工法對總體公路路用性能的影響，得出了最佳方案選擇。

綜上所述，針對級配碎石基層的不同節(jié)點施工控制方面已有一定的理論分析與試驗研究成果，但已有研究結(jié)論往往是集中于級配碎石施工過程中的某一環(huán)節(jié)進(jìn)行闡述，例如層厚、設(shè)計方法、原材料選擇、黏結(jié)層方案等，涉及到其全周期關(guān)鍵節(jié)點的綜合施工方法總結(jié)方面仍未形成完整的施工方案指導(dǎo)。 因此，本研究依托甘肅省某實體級配碎石施工工程，在試驗段設(shè)計了多項對比試驗，對級配碎石施工過程中的級配設(shè)計與選擇、 碎石悶料時長、碾壓工藝等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行對比，得出全過程優(yōu)選指標(biāo)，并對施工過程中的關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行論述，提出最佳施工工藝指導(dǎo)。

1 原材料選擇

集料分別選自甲、乙兩家石料廠，均選取石灰?guī)r碎石，其粒徑范圍為0～26.5 mm，在破碎加工時均為反擊式破碎加工制得。 各級集料間應(yīng)嚴(yán)格劃分界面，分別堆放，在集料倉儲及轉(zhuǎn)運(yùn)過程杜絕集料離析現(xiàn)象，并做好防雨防水保護(hù)。 集料的主要物理技術(shù)指標(biāo)參數(shù)情況見表1。

表1 集料物理技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

2 碎石悶料時長分析

級配碎石基層的壓實過程中要求在一定濕度的水環(huán)境下實現(xiàn)，因此在施工過程中會采取悶料的工序?qū)壟渌槭瘜舆M(jìn)行處理，而其性能發(fā)揮與悶料時長有著一定的聯(lián)系。

在上述集料按照慣用級配充分拌合后，擬定1～7 d 的悶料時長（以1 d 為步長），通過對比研究級配碎石層的回彈模量與干密度變化規(guī)律，在測試試驗過程中跟蹤補(bǔ)水以保證石料處于最佳含水率狀態(tài)，測試結(jié)果見圖1、2。

圖1 干密度變化規(guī)律

圖2 回彈模量變化規(guī)律

可以發(fā)現(xiàn)，悶料時長對級配碎石的干密度和回彈模量有著明顯的影響，均表現(xiàn)為隨著悶料時長的增長先升高后降低。 當(dāng)悶料時長處于3～5 d 時，級配碎石的干密度和彈性模量處于最高水平，綜合考慮施工速率與成本控制，確定最佳悶料時間為4 d。

3 級配設(shè)計與分層方案分析

針對2 種集料指標(biāo)的區(qū)別，分別根據(jù)曲線模型理論設(shè)計方案和最大密度曲線理論設(shè)計方案，設(shè)計出2 種級配設(shè)計，分別見圖3、4。

圖3 級配方案A

圖4 級配方案B

試驗段的級配碎石設(shè)計鋪筑采用分3 層鋪裝的方法，從下往上各層層厚分別設(shè)置為18 cm、18 cm和20 cm，共確定了3 種分層方法，并針對每種設(shè)計方法分別進(jìn)行回彈模量測試和干密度測試的對比試驗，分層方法及測試結(jié)果見表2。

表2 級配碎石性能參數(shù)

可以發(fā)現(xiàn)，由于實際施工現(xiàn)場壓實功相較與試驗室內(nèi)環(huán)境要高，因此所測不同分層方法對應(yīng)的干密度均高于試驗室所測的級配碎石最大干密度。 其中級配B 對應(yīng)的分層方法2 和級配A 對應(yīng)的分層方法1 回彈模量基本一致，但分層方法2 對應(yīng)的干密度更大。 相較于同一級配設(shè)計方案選擇的分層方法1 和分層方法2，有著復(fù)合級配組合的分層方法3有著更明顯的優(yōu)勢，其回彈模量明顯高于方法1 和方法2，且能夠減少細(xì)料部分用量，在實際施工中有著更高的應(yīng)用價值。

4 碾壓工藝分析

在級配碎石基層分層施工的過程中，碾壓工藝直接決定了級配碎石層的壓實度，影響其密度和性能發(fā)揮， 因此需要通過對比試驗確定最佳碾壓方法。 在碾壓工藝對比試驗設(shè)計時，采取相對簡單的雙層鋪筑設(shè)計，選擇了工程狀況較為接近的相鄰路段進(jìn)行對比。 二者均采取上文所述的上、中、下3 層分層碾壓，碾壓工藝方案如表3 所示。 碾壓后對各層干密度進(jìn)行檢測，結(jié)果見表4。

表3 碾壓工藝方案

表4 干密度檢測結(jié)果

從表4 可以發(fā)現(xiàn)，以級配碎石干密度為表征指標(biāo)，碾壓方案1 和碾壓方案2 對各層的碾壓效果差別較小，從機(jī)械類別選擇來說，碾壓方案1 的機(jī)械種類較少，有著較好的經(jīng)濟(jì)性，因此確定碾壓方案1為本項施工標(biāo)準(zhǔn)方案。

5 施工關(guān)鍵節(jié)點

除了上述多項對比試驗確定的部分優(yōu)選施工指標(biāo)與方案外，施工過程的全程把控也有著重要作用，其全過程施工流程如圖5 所示。

圖5 全過程施工流程

5.1 攪拌及轉(zhuǎn)運(yùn)控制

采取集中廠拌方案，能更好地控制各級集料的拌合均勻性，保證施工平整性，提高施工效率。 為防止不同級料倉串料，需在料倉上端設(shè)立至少1 m 的隔離木板。 車輛轉(zhuǎn)運(yùn)過程中應(yīng)在集料上覆蓋篷布以減少水分蒸發(fā)，駕駛員應(yīng)避免急加速和急剎車。 裝料過程中應(yīng)均勻卸料，避免產(chǎn)生較大振動，以防出現(xiàn)各級集料的離析問題。 此外，在轉(zhuǎn)運(yùn)、拌合、裝料等多個環(huán)節(jié)中，按時進(jìn)行抽樣檢測，確保集料含水率滿足施工要求。

5.2 攤鋪控制

該工程的基層攤鋪采用全幅攤鋪方案，選用的機(jī)械為ABG-423，如圖6 所示。在攤鋪過程中，為準(zhǔn)確控制高程及攤鋪厚度，在機(jī)械側(cè)邊設(shè)置了2 條水平鋼絲。 松鋪系數(shù)為1.24，攤鋪行進(jìn)速度設(shè)置1.2～1.6 m/min， 以保證攤鋪速度和拌合速度整體契合，保證施工效率的同時避免停機(jī)待料引起的橫向“停機(jī)帶”，進(jìn)而引起平整度不佳。

圖6 級配碎石攤鋪

對于可能出現(xiàn)的小范圍離析現(xiàn)象，應(yīng)安排專人進(jìn)行處理，對于粗集料團(tuán)帶，應(yīng)人工加入適量細(xì)集料并攪拌均勻抹平；同樣，對于細(xì)集料團(tuán)帶，則加入適量粗集料并攪拌均勻抹平。

5.3 碾壓控制

碾壓過程是使松散級配碎石形成嵌擠強(qiáng)度的關(guān)鍵性步驟，要嚴(yán)格控制壓實程度，尤其是級配碎石層的豎向碾壓均勻性， 決定了其整體抗剪切能力。 碾壓過程中需要對級配碎石的含水率進(jìn)行準(zhǔn)確跟蹤。 在攤鋪完成后即刻進(jìn)行碾壓，防止出現(xiàn)級配碎石水分蒸發(fā)，含水率下降。 如發(fā)現(xiàn)含水率過低問題，應(yīng)以噴霧灑水機(jī)進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水后的含水率應(yīng)以略高于標(biāo)準(zhǔn)含水率為宜，在攤鋪上面層前應(yīng)嚴(yán)禁無關(guān)車輛行駛。

6 結(jié)語

本研究依托甘肅省某實體級配碎石施工工程，基于對比試驗，對級配碎石施工過程中的級配設(shè)計與選擇、碎石悶料時長、碾壓工藝等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行對比，得出優(yōu)選指標(biāo)，在此基礎(chǔ)，針對施工過程中關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行論述，得出如下主要結(jié)論：

（1）級配碎石的干密度和回彈模量均隨悶料時長的增長先升高后降低，確定最佳悶料時間為4 d；

（2）復(fù)合級配組合的分層方法3 回彈模量高于方法1 和方法2，且能夠減少細(xì)料部分用量；

（3）膠輪、振動壓路機(jī)相結(jié)合的方案機(jī)械種類較少，碾壓效果與碾壓方案2 無明顯差異，有著更好的經(jīng)濟(jì)性。