東南亞地區(qū)級(jí)配碎石施工工藝優(yōu)化

張 亮

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510420）

東南亞地區(qū)常年炎熱多雨，施工環(huán)境惡劣。級(jí)配碎石作為倒裝結(jié)構(gòu)路面關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)層，對(duì)水穩(wěn)定性和承載力有較高的要求。將規(guī)范和設(shè)計(jì)要求結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)，優(yōu)化施工工藝，優(yōu)化施工機(jī)械，縮短工期，同時(shí)保證良好的施工質(zhì)量。該文對(duì)柬埔寨金港高速在級(jí)配碎試驗(yàn)段及施工過程中取得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從初壓、復(fù)壓、提漿、收面以及驗(yàn)收時(shí)間等方面提出合理的優(yōu)化方案。

1 工程概況

柬埔寨某主線高速路面結(jié)構(gòu)為4cmSBS改性AC-13C上面層+6cmSBS改性AC-20C中面層+12cmATB-25瀝青穩(wěn)定下面層+16cm級(jí)配碎石基層+32cm級(jí)配碎石基層+32cm水泥穩(wěn)定碎石下面層。按照規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求，驗(yàn)收時(shí)級(jí)配碎石基層壓實(shí)度≥98%，固定碼率CBR>180%，驗(yàn)收彎沉≤36.1mm。

2 施工工藝優(yōu)化

2.1 初壓工藝優(yōu)化

在東南亞高溫、多風(fēng)的天氣條件下，級(jí)配碎石表面失水較快。在單鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行初壓時(shí)，表面極易脫水發(fā)白。此時(shí)級(jí)配碎石含水量低于最佳含水量，需要使用水車噴灑霧狀水潤(rùn)濕級(jí)配碎石表面然后繼續(xù)進(jìn)行碾壓作業(yè)。這不僅增加了初壓時(shí)間，同時(shí)也延遲了復(fù)壓時(shí)間。因此，選擇合適的初壓工藝能夠有效縮短初壓時(shí)間，降低水分蒸發(fā)速度是需要解決的難題。

經(jīng)過試驗(yàn)，使用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行初壓可以取得良好的效果。膠輪壓路機(jī)依靠自身質(zhì)量在行進(jìn)時(shí)對(duì)級(jí)配碎石表面集料進(jìn)行揉搓，封閉表面的開口孔隙，能夠減緩級(jí)配碎石內(nèi)部水分的散失速度，從而延長(zhǎng)碾壓作業(yè)時(shí)間。徐工XP303膠輪壓路機(jī)自重為30.3 t，與寶馬格SD20噸單鋼輪壓路機(jī)強(qiáng)振時(shí)32 t的激振力基本相當(dāng)，能夠產(chǎn)生相當(dāng)?shù)膲簩?shí)度。膠輪壓路機(jī)1擋工作最大速度為8 km/h，遠(yuǎn)大于寶馬格 SD20單鋼輪壓路機(jī)1擋工作最大速度 3 km/h。經(jīng)過試驗(yàn)，在保證初壓的壓實(shí)度相當(dāng)?shù)那闆r下，膠輪壓路機(jī)可以減少30%的工作時(shí)間，縮短了初壓時(shí)間。此外，在級(jí)配碎石表面脫水時(shí)，膠輪壓路機(jī)可以灑霧狀水碾壓，在級(jí)配碎石表面形成水膜，保證了集料的含水量，減緩水分蒸發(fā)速度，保證級(jí)配碎石含水量處于最佳含水量附近，避免水車補(bǔ)水，從而有效提高施工效率。但是在試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，膠輪初壓會(huì)形成多條長(zhǎng)條狀輪跡印，影響基層的表面橫向和縱向平整。在單鋼輪復(fù)壓時(shí)，單鋼輪壓路機(jī)前鋼輪通過振動(dòng)可以將長(zhǎng)條狀輪跡印完全碾壓平整，從而確?；鶎拥钠秸?。

2.2 復(fù)壓工藝優(yōu)化

復(fù)壓工藝使用單鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行作業(yè)，重疊半輪，強(qiáng)振往復(fù)碾壓。按照國(guó)內(nèi)基層施工規(guī)范要求，級(jí)配碎石壓實(shí)度達(dá)到98%的壓實(shí)度即可。但按照國(guó)外規(guī)范和施工經(jīng)驗(yàn)，壓實(shí)度需要達(dá)到102%以上，才能符合東南亞地區(qū)高溫多雨氣候條件下的級(jí)配碎石基層驗(yàn)收要求。東南亞地區(qū)雨季時(shí)間在每年5月—10月，長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，年平均溫度在29℃，溫差不超過6℃，空氣濕度大。氣候條件相比國(guó)內(nèi)的海南和福建等夏炎熱冬溫暖區(qū)更為惡劣。在雨季時(shí)，空氣濕度大，水分會(huì)沿著級(jí)配碎石的孔隙進(jìn)入級(jí)配碎石內(nèi)部富集，使細(xì)集料產(chǎn)生遷移，破壞級(jí)配碎石的骨架結(jié)構(gòu)，降低了級(jí)配碎石的承載力，同時(shí)使ATB-25瀝青下面層層底拉應(yīng)力增大，造成瀝青下面層出現(xiàn)早期病害。倒裝式路面結(jié)構(gòu)在水穩(wěn)底基層開裂后，將退化為柔性基層結(jié)構(gòu)，ATB下面層層底將承擔(dān)拉剪疲勞，結(jié)構(gòu)的剩余壽命取決于ATB層的抗疲勞性能。為了延長(zhǎng)級(jí)配碎石基層的使用壽命，需要提高級(jí)配碎的壓實(shí)度，降低孔隙率，避免水分遷移破壞基層的骨架結(jié)構(gòu)。因此，提高級(jí)配碎石的壓實(shí)度，降低孔隙率，增強(qiáng)水穩(wěn)定性是特別有必要的。

在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，選擇了多云無(wú)風(fēng)的天氣下，同時(shí)位于攤鋪機(jī)起步處的一處斷面，避免天氣造成表面脫水從而對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。試驗(yàn)員采用灌砂法連續(xù)測(cè)量復(fù)壓時(shí)級(jí)配碎石壓實(shí)度，每次測(cè)量三點(diǎn)取平均值作為壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果。復(fù)壓由單鋼輪重疊半輪強(qiáng)振進(jìn)行往復(fù)碾壓。在保證表面不發(fā)白脫水的情況下，檢測(cè)碾壓第4遍~第8遍碾壓完成時(shí)級(jí)配碎石的壓實(shí)度。試驗(yàn)最終結(jié)果如圖1所示，壓實(shí)度隨著碾壓遍數(shù)呈拋物線形式，變化相關(guān)度為0.991。在第4遍時(shí)，壓實(shí)度達(dá)到98%；第6遍時(shí)壓實(shí)度達(dá)到峰值105.30%；第7遍之后壓實(shí)度開始下降。繼續(xù)增加單鋼輪壓實(shí)遍數(shù)，基層壓實(shí)度反而逐漸下降。壓路機(jī)的激振力將本來(lái)已經(jīng)十分密實(shí)的集料嵌擠結(jié)構(gòu)破壞掉，減弱了集料之間的嵌擠作用，破壞了基層的承載力。對(duì)于級(jí)配碎石基層完成使用功能，增加ATB-25瀝青穩(wěn)定碎下面層的使用壽命是的是極為不利的。

圖1 壓實(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

如圖1所示，將壓實(shí)度與碾壓遍數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，可以得到拋物線公式=-0.9961+13.052+62.571，相關(guān)系數(shù)=0.994。由公式可知，在碾壓遍數(shù)=6.552時(shí)，壓實(shí)度得到最大值105.33。因此，在實(shí)際施工過程中，單鋼輪復(fù)壓6遍即可達(dá)到最大壓實(shí)度，與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果相同。

實(shí)驗(yàn)室同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)取樣，同步進(jìn)行進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，檢測(cè)CBR和吸水率。如圖2，CBR與壓實(shí)度呈線形正相關(guān)。在壓實(shí)度達(dá)到96%時(shí)，試件的CBR就達(dá)到了182.4，滿足了國(guó)內(nèi)基層規(guī)范要求。當(dāng)壓實(shí)度繼續(xù)增長(zhǎng)時(shí)，試件CBR繼續(xù)呈線性增長(zhǎng)。如圖3所示，室內(nèi)條件下CBR與壓實(shí)度呈線形呈現(xiàn)線性負(fù)相關(guān)。室內(nèi)條件下，試件在壓實(shí)度到98%以上時(shí)，吸水量遍降到28g以下。由此，提高級(jí)配碎石的壓實(shí)度可以有效增強(qiáng)級(jí)配碎石承載力，降低吸水率，從而提高級(jí)配碎石在高溫多雨條件下的水穩(wěn)定性。因此，級(jí)配碎石復(fù)壓時(shí)，單鋼輪強(qiáng)振碾壓6遍，從而使級(jí)配碎石獲得最大的壓實(shí)度的施工工藝是合理而且有效的。

圖2 室內(nèi)CBR檢測(cè)結(jié)果

圖3 室內(nèi)吸水率檢測(cè)結(jié)果

2.3 灑水提漿工藝優(yōu)化

級(jí)配碎石灑水提漿工藝采用灑水振動(dòng)法。級(jí)配碎石在飽水狀態(tài)下，壓路機(jī)的激振力將級(jí)配碎石中的泥土和多余粉粒提出到表面，降低集料之間的富余粉料含量，從而增強(qiáng)集料顆粒之間的嵌擠作用，同時(shí)降低塑性指數(shù)，提高水穩(wěn)定性。復(fù)壓完成后，灑水車在表面來(lái)回灑水形成一層較厚的水膜，然后單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)緊隨其后進(jìn)行往返強(qiáng)振碾壓。在振動(dòng)力和水的洗滌作用下，碎石中的大顆粒下沉，小顆粒上浮，泥土和小于0.075mm的顆粒被富余水帶出結(jié)構(gòu)層，剩余的集料嵌擠在一起，形成結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的馬賽克結(jié)構(gòu)。

因此，單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)碾壓遍數(shù)是提漿工藝的關(guān)鍵控制工藝。試驗(yàn)段分別采用振動(dòng)碾壓1遍提漿與振動(dòng)碾壓2遍提漿工藝施工，檢測(cè)成型后基層的彎沉從而確定提漿工藝。

從級(jí)配碎石基層成型后第3天開始，每隔2天檢測(cè)一次試驗(yàn)段彎沉。從圖4可知，在第3天以后，碾壓1遍段落的彎沉隨著時(shí)間顯著下降，彎沉在第3天之后始終處于彎沉驗(yàn)收合格線之內(nèi)；而碾壓2遍段落的彎沉隨著時(shí)間逐漸增大，在第3天之后始終處于彎沉驗(yàn)收合格線之外。筆者分別在兩個(gè)段落開孔觀察，發(fā)現(xiàn)碾壓2遍的級(jí)配碎石段落，表面有一層硬殼，級(jí)配碎石間粉狀細(xì)集料相對(duì)碾壓一遍的段落較少，集料之間結(jié)構(gòu)相對(duì)較為松動(dòng)，嵌擠效果相對(duì)較差。這是由于單鋼輪碾壓兩遍提漿，粉料被過度提出到表面，改變了級(jí)配碎石層內(nèi)的級(jí)配，使集料之間的嵌擠作用相對(duì)減弱，在外力作用時(shí)，集料能夠產(chǎn)生相對(duì)較大的自由位移，彎沉指標(biāo)相對(duì)較大。同時(shí)隨著含水量的下降，集料間由水分子產(chǎn)生的黏結(jié)力也逐漸縮小，集料相互之間發(fā)生越來(lái)越多的相對(duì)位移。檢測(cè)彎沉?xí)r，在車輪荷載作用下，集料產(chǎn)生的位移量相對(duì)較大，從而測(cè)得較大的彎沉。因此，灑水提漿時(shí)單鋼輪壓路機(jī)只需要1遍振動(dòng)提漿即可，不能夠進(jìn)行第二遍碾壓提漿，否則會(huì)破壞級(jí)配嵌擠結(jié)構(gòu)。

圖4 彎沉與碾壓遍數(shù)關(guān)系

2.4 收面工序優(yōu)化

在提漿完成后，根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)，表面稍微風(fēng)干之后，需要進(jìn)行灑水碾壓收面。但是在實(shí)踐過程中筆者發(fā)現(xiàn)該工藝存在一定的理論矛盾。按照碾壓原理，已經(jīng)密實(shí)的結(jié)構(gòu)在繼續(xù)灑水之后，水分子會(huì)增大集料之間的潤(rùn)滑作用。在振動(dòng)力作用下，集料之間會(huì)產(chǎn)生顯著位移，破壞本來(lái)已經(jīng)形成的嵌擠結(jié)構(gòu)。因此，筆者試驗(yàn)了不灑水碾壓的收面工藝，同時(shí)追蹤檢測(cè)了采用兩種工藝段落的1個(gè)月的彎沉。

由圖5可知，采用兩種工藝的段落彎沉均滿足驗(yàn)收指標(biāo)。未灑水收面的段落相對(duì)未灑水段落的彎沉下降趨勢(shì)更明顯，彎沉更小，彎沉代表值偏小1.01mm~3.69mm。這是由于不灑水碾壓收面時(shí)，壓路機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)力會(huì)閉合由水分子蒸發(fā)造成的開口孔隙，使級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次密實(shí)，提高了集料之間的嵌擠作用，從而減少了彎沉，提高了承載力。

圖5 灑水與不灑水段落彎沉變化

因此，后期養(yǎng)護(hù)不需要進(jìn)行灑水，直接收面即可。

2.5 驗(yàn)收時(shí)間優(yōu)化

級(jí)配碎石在驗(yàn)收時(shí)，需要確保彎沉處于最小值。由經(jīng)驗(yàn)可知，隨著晾曬時(shí)間增長(zhǎng)，級(jí)配碎石的彎沉肯定是越來(lái)越小的。但是柬埔寨每年施工時(shí)間非常短，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間等下去，需要確定最佳的驗(yàn)收時(shí)間。因此，筆者追蹤檢測(cè)了200m長(zhǎng)度基層的1個(gè)月的彎沉數(shù)據(jù)。從圖6中可知，從第1天~第9天，彎沉下降趨勢(shì)是非常明顯的，第9天后彎沉下降趨勢(shì)非常緩慢。因此，選擇第9天驗(yàn)收基層較為合理，不必等待更長(zhǎng)的時(shí)間。選擇9天作為驗(yàn)收時(shí)間，能夠有效縮短基層的施工周期，同時(shí)也能夠防止當(dāng)?shù)剀囕v對(duì)級(jí)配的長(zhǎng)時(shí)間碾壓造成二次破壞。

圖6 彎沉隨時(shí)間變化結(jié)果

3 結(jié)論

初壓選擇膠輪壓路機(jī)，可以縮短初壓時(shí)間，減緩級(jí)配碎石水分蒸發(fā)速度。復(fù)壓時(shí)，單鋼輪壓路機(jī)碾壓6遍，即可達(dá)到最大壓實(shí)度。灑水提漿時(shí)，單鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行1遍振動(dòng)提漿，即可取得良好效果。復(fù)壓收面時(shí)，單鋼輪壓路機(jī)直接進(jìn)行碾壓收面，不需要水車灑水。級(jí)配碎石基層在第9天就可以進(jìn)行驗(yàn)收。在初壓、復(fù)壓、灑水提漿、收面、驗(yàn)收等階段進(jìn)行試驗(yàn)分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)范和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工藝優(yōu)化，在保證質(zhì)量的同時(shí)，避免了額外設(shè)備和資源的投入，有效縮短了施工工期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。