級(jí)配碎石基層性能與施工工藝研究

段興鎖

（靖遠(yuǎn)縣交通運(yùn)輸局，甘肅 靖遠(yuǎn) 730600）

1 工程概況

本項(xiàng)目位于甘肅某省道上，本工程所研究路段的起止標(biāo)段為K40+383—K46+383，全長約6km，原路基的路基寬度為12m，路肩寬度為2m×1.5m，路面的總寬度為9m，舊路面采用水泥混凝土路面，厚度為240mm，全線設(shè)置路肩墻或路緣石，路肩墻寬度為500mm，路緣石寬度為150mm。現(xiàn)場照片如圖1所示。由于本路段的建設(shè)年代較為久遠(yuǎn)，使用年限較長，且常有重型車輛碾壓，導(dǎo)致路面出現(xiàn)不同程度的破損、裂縫、板塊碎裂、沉降、坑洞等，嚴(yán)重影響了行車舒適性和安全性。路面坑槽如圖2所示。

圖1 舊路路面

圖2 路面坑槽

為保證行車的安全，根據(jù)要求對道路路面進(jìn)行修繕。本路段的修繕方案為：將原路面混凝土板進(jìn)行碎石化，作為路面基層，然后在此基礎(chǔ)上鋪設(shè)200m級(jí)配碎石進(jìn)行調(diào)平，再鋪瀝青混凝土面層。路面總體抬高28.5cm。路肩部分在原土路肩上進(jìn)行培土處理，并采用C20現(xiàn)澆混凝土加高原有路緣石或采用M7.5漿砌片石加高原有路肩墻至與路面齊平。采用M7.5漿砌片石加高原有路肩墻，需先進(jìn)行鑿面處理，處理完的路面結(jié)構(gòu)從下到上依次為原路面基層、碎石化的原路面混凝土板（240mm）、200mm厚大粒徑級(jí)配碎石基層（新建）、15mm厚熱瀝青封層（新建）、70mmAC-16瀝青混凝土面層（新建）。

2 級(jí)配碎石性能研究

下文對級(jí)配碎石的最佳含水率及最大干密度對級(jí)配碎石性能的影響進(jìn)行分析，并對級(jí)配碎石的塑性變形、透水性能和抗凍性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.1 最佳含水率及最佳干密度研究

設(shè)計(jì)級(jí)配碎石時(shí)，其成型的方法包括重型擊實(shí)法和振動(dòng)成型法，不同的施工方法對級(jí)配碎石的最佳含水率和最大干密度的影響各不相同，本文采用重型擊實(shí)法和振動(dòng)壓實(shí)法兩種成型方法對級(jí)配碎石的最佳含水率和最大干密度進(jìn)行分析[7]。本次試驗(yàn)時(shí)采用的振動(dòng)擊實(shí)設(shè)備參數(shù)如下所述：振幅為0.4mm，頻率為2860次/分、功率為0.75kW，試件上的表面壓強(qiáng)為14kPa，試筒的重量為40kg。不同成型方法下的級(jí)配碎石最佳含水率及最大干密度見表1所示。

表1 不同成型條件下的最佳含水率及最大干密度分析表

從表1可知，在重型擊實(shí)成型和振動(dòng)成型兩種不同的成型方法中，級(jí)配碎石的最佳含水率相近，但振動(dòng)成型的級(jí)配碎石最佳含水率比擊實(shí)成型的高出0.2%～0.3%，而對比最大干密度可以發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)成型的最大干密度要比基層成型的高1.07倍。主要是由于在振動(dòng)擊實(shí)的過程中，級(jí)配碎石材料受到振動(dòng)器的作用，顆粒骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞并且重新排布組合，使顆粒發(fā)生運(yùn)動(dòng)并擠壓填充，使其最佳含水率及最大干密度增加。因此在現(xiàn)場施工時(shí)，可優(yōu)先考慮采用振動(dòng)成型的方法。

2.2 級(jí)配碎石塑性總變形研究

路面出現(xiàn)沉陷或車轍等病害現(xiàn)象，主要是由道路結(jié)構(gòu)中路基和各結(jié)構(gòu)層材料發(fā)生塑性變形導(dǎo)致的，塑性總變形是顆粒向顆粒之間的空隙發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變形，其空隙的大小決定了塑性總變形的大小，空隙大則產(chǎn)生的塑性總變形大。若在空隙中加入細(xì)集料，能使其空隙填充密實(shí)，使顆粒向空隙的移動(dòng)受到阻礙，減小塑性總變形；但細(xì)集料的產(chǎn)量不宜過多，一旦過多將導(dǎo)致混合料形成懸浮結(jié)構(gòu)，在一定含水量的作用下，顆粒之間的摩擦力小反而更容易發(fā)生塑性變形，在確定材料、含水率等情況下，一般細(xì)集料的含量應(yīng)在8%～12%。

2.3 級(jí)配碎石滲透性研究

在公路工程中一旦遇到降雨，降落到路面上的水除了通過路表面的坡度向路肩和路基排走，還有一部分是從路面接縫和裂縫及路面混合料的孔隙滲入路面結(jié)構(gòu)；同時(shí)，當(dāng)?shù)叵滤惠^高或路段存在含水層時(shí)，地下水則會(huì)通過毛細(xì)滲入作用進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)的下部，從路基或兩側(cè)的路肩結(jié)構(gòu)滲流排走，如果路基或路肩基層采用透水性底的材料，將會(huì)導(dǎo)致水流外滲流的速度降低，水分被圍封在結(jié)構(gòu)內(nèi)，導(dǎo)致各結(jié)構(gòu)層材料和基礎(chǔ)土被侵蝕，強(qiáng)度下降，變形增大。因此，有必要在路面內(nèi)部設(shè)置排水系統(tǒng)，將在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分快速排出，可以采用透水性良好的瀝青混凝土作為表層，排水性良好的土工織物作為中間層，最后設(shè)置透水性良好的基層。級(jí)配碎石基層屬于良好的透水性基層，不僅能起到排水作用，還能削弱動(dòng)荷載的沖擊和疲勞破壞，從而減少地下水上升帶來的損害。

2.4 級(jí)配碎石抗凍性研究

對于寒冷地區(qū)的公路，當(dāng)采用級(jí)配碎石作為基層時(shí)，其抗凍性能還應(yīng)滿足規(guī)范要求，本文對級(jí)配碎石抗凍性的研究參照瀝青混凝土混合料的凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行。將成型的級(jí)配碎石試件表面灑水，直至明顯滲水時(shí)，將試件放入恒溫環(huán)境箱內(nèi)，進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)。具體的結(jié)果見表2所示。

表2 凍融循環(huán)試驗(yàn)

從表2可知經(jīng)過凍融循環(huán)試驗(yàn)后，級(jí)配碎石的CBR值呈現(xiàn)下降的趨勢，主要是由于其內(nèi)部含有水，當(dāng)處于低溫時(shí)，水結(jié)成冰膨脹，導(dǎo)致試件內(nèi)部集料顆粒間的間隙增大，當(dāng)處于高溫時(shí)，冰發(fā)生融化，試件由于在結(jié)冰時(shí)的體積增大產(chǎn)生附加的應(yīng)力消失，使試件內(nèi)部集料間顆粒存在空隙，經(jīng)過這樣的一張一弛循環(huán)后，使集料之間的相互作用力降低，導(dǎo)致CBR值降低。對比不同的試驗(yàn)組可以發(fā)現(xiàn)，第3及第4組最大干密度較大，內(nèi)部的空隙率較小，內(nèi)部水分也較少，因此其CBR值減小幅度相對較小，抗凍性指數(shù)也較小。因此，可以通過調(diào)節(jié)試件的最大干密度控制其抗凍性能。

3 級(jí)配碎石施工工藝

本工程的級(jí)配碎石基層集料級(jí)配采用《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034—2000）表6.2.4的1號(hào)級(jí)配。級(jí)配碎（礫）石壓碎值不大于35%。施工工藝及要點(diǎn)為：①施工前做好路面結(jié)構(gòu)層材料的備料工作；②清除原路面松散的填縫料，脹縫材料或其他類似物；③在排水不暢的路段提前沿原水泥混凝土邊緣挖盲溝，以排出路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的積水；④挖除唧漿或出現(xiàn)軟彈的路面，以級(jí)配碎石補(bǔ)平、壓實(shí)；⑤采用MHB破碎機(jī)把原水泥混凝土路面破碎一遍，破碎順序應(yīng)從路面一側(cè)開始，完成一側(cè)后再進(jìn)行另一幅的破碎，寬度為4.5m，搭接寬度應(yīng)在15cm以上，局部不平處應(yīng)用0～10mm的碎石回填并壓實(shí)，水泥混凝土破碎率應(yīng)達(dá)到75%以上，形成表面不超過7.5cm、中間層不超過22.5cm、底部不超過37.5cm粒徑的碎裂顆粒，對局部不平處采用5～30cm的碎石填平；⑥采用20—25TZ型壓路機(jī)壓實(shí)2～3遍；⑦用光輪壓路機(jī)振動(dòng)壓實(shí)1～2遍；⑧灑乳化瀝青層或細(xì)粒徑級(jí)配碎石。碎石化前，應(yīng)先處理完水泥路面原有病害，處理好路面內(nèi)部積水排水問題后方可將舊水泥路面碎石化；舊水泥路面碎石化過程中，出現(xiàn)軟彈處必須挖除軟彈處路面和軟化路基，然后用級(jí)配碎石回填壓實(shí)；灑布透層油和鋪筑下封層后，必須檢測表面彎沉，間距10m，對于特大彎沉點(diǎn)必須予以處理（挖除特大彎沉處路面后回填級(jí)配碎石壓實(shí)）；應(yīng)盡快鋪筑瀝青面層，未鋪筑瀝青面層前不得開放交通。

4 結(jié)語

半剛性基層因具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及承載力、較為良好的結(jié)構(gòu)整體性和耐久性，被廣泛應(yīng)用于高速公路路基施工中，但隨著使用時(shí)間的延長，半剛性基層路面出現(xiàn)裂隙、車轍、推移等病害。本文對級(jí)配碎石基層這種較為常見的半剛性基層進(jìn)行研究，結(jié)果表明：在級(jí)配碎石成型的方法中振動(dòng)成型的最大干密度為擊實(shí)成型的1.07倍，在實(shí)際施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制粗細(xì)集料的配比，做好排水層，嚴(yán)格控制施工的質(zhì)量。