水穩(wěn)填充大粒徑碎石基層在路面大修中的應(yīng)用

范京龍

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

在路面大修施工中，需要對已經(jīng)損壞的基層進(jìn)行挖除重建，如果使用傳統(tǒng)的半剛性基層結(jié)構(gòu)，一方面在完工后不久還會產(chǎn)生反射裂縫，尤其是在交通量較大的情況下，導(dǎo)致新建路面產(chǎn)生早期病害；另一方面，采用傳統(tǒng)的半剛性結(jié)構(gòu)時，往往需要封閉半幅交通，導(dǎo)致原本尚好的半幅因受到集中荷載產(chǎn)生破壞，或是新建的半幅路面在前期就受到連續(xù)及集中的荷載導(dǎo)致前期破壞。針對這種情況，建議采用水穩(wěn)填充大粒徑碎石基層結(jié)構(gòu)，該基層結(jié)構(gòu)是指先鋪筑粒徑較大的碎石形成骨架，再填充細(xì)料形成完整的結(jié)構(gòu)，以在防止發(fā)射裂縫產(chǎn)生的同時，解決施工和交通通行存在的矛盾。

1 水穩(wěn)填充大粒徑碎石基層概述

1.1 含義

該基層結(jié)構(gòu)采用粒徑在40～80mm范圍內(nèi)的大顆粒碎石為整體骨架，然后在碎石中填充Ⅰ型填隙料，形成密實整體。這種基層結(jié)構(gòu)具有剛?cè)岵?jì)的特點，除了同時具備半剛性基層與柔性基層特點，還能規(guī)避兩者缺點[1]。

1.2 原理

該基層結(jié)構(gòu)的框架由大顆粒碎石構(gòu)成，并采用Ⅰ型填隙料進(jìn)行填充，通過碎石之間的嵌擠形成強(qiáng)度，而Ⅰ型填隙料主要起到的是穩(wěn)固作用，該結(jié)構(gòu)作用機(jī)理為：

（1）采用大顆粒碎石形成骨架，并填充適量Ⅰ型填隙料，以提高摩阻力與嵌擠力，從而保證結(jié)構(gòu)的承載能力。

（2）由于大顆粒碎石的存在會阻隔填充的Ⅰ型填隙料的相互聯(lián)系，因此能避免結(jié)構(gòu)中應(yīng)力不斷傳遞，以減弱整體半剛作用，并能保留局部半剛，進(jìn)而減少反射裂縫的產(chǎn)生。

（3）填充的Ⅰ型填隙料大多與團(tuán)塊形式處在由大顆粒碎石構(gòu)成的框架當(dāng)中，能為大顆粒碎石提供良好的支撐，減少其沿水平方向的位移，防止網(wǎng)裂等一系列病害的發(fā)生[2]。

1.3 特點

如前所述，該基層結(jié)構(gòu)兼?zhèn)浒雱傂曰鶎优c柔性基層各自優(yōu)點，還能規(guī)避兩者缺點，主要具有以下特點：

（1）強(qiáng)度高且剛度合適。當(dāng)用于重載交通時，由于該基層結(jié)構(gòu)有很高的強(qiáng)度，能防止早期破壞，同時該結(jié)構(gòu)的表層強(qiáng)度也很高，可抵抗壓碎破壞現(xiàn)象的發(fā)生，防止唧泥與沖刷破壞。另外，合適的剛度能使基層在外力作用下有足夠的抵抗變形發(fā)生的能力，并與面層之間良好接觸，防止由于層間應(yīng)力增大導(dǎo)致層間分離造成翹曲脫空。

（2）抗裂性能良好。該結(jié)構(gòu)骨架由大顆粒碎石構(gòu)成，骨架內(nèi)摩阻力很大，因此能有效抵抗干縮與溫縮應(yīng)力，還能減少水泥用量，減少因膠結(jié)料凝結(jié)產(chǎn)生的干縮與溫縮應(yīng)力，從而有效防止反射裂縫的產(chǎn)生[3]。

（3）養(yǎng)生過程中不會給交通造成過大影響。該基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要由碎石嵌擠作用決定，基本不受所用填隙料強(qiáng)度的影響，因此在養(yǎng)生過程中車輛可以正常通行，減少對交通造成的不利影響。

（4）施工進(jìn)度較慢。相較于傳統(tǒng)施工方法，該結(jié)構(gòu)工藝相對復(fù)雜。一般需要分三次進(jìn)行鋪筑，先鋪筑碎石，再分別填充Ⅰ型和Ⅱ型填隙料，進(jìn)度較慢，并且會對路面平整度造成影響。另外，施工需要動用較多人力，現(xiàn)場作業(yè)強(qiáng)度很高。

（5）檢測標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)相對缺乏。當(dāng)前的基層結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)僅能對基層結(jié)構(gòu)外形與彎沉實施檢測，其他技術(shù)指標(biāo)還無法檢測。

1.4 適用范圍

該結(jié)構(gòu)用于路面基層，完工后，在其上部攤鋪面層，以最大限度發(fā)揮出結(jié)構(gòu)具有的功能。該結(jié)構(gòu)除了能在新建路面中使用，還能在舊路加鋪改造過程中使用，具體可分為以下三種情況：

（1）在新建路面施工中用于半剛性基層結(jié)構(gòu)和面層之間，將半剛性基層作為路面的下基層或者是底基層。

（2）在舊路直接加鋪中使用，直接在原面層進(jìn)行該基層結(jié)構(gòu)的加鋪，將原面層作為路面的下承層。此時要求下承層不能存在病害，如果存在病害，應(yīng)先予以處治。另外，下承層表面彎沉平均值不能超過0.6mm[4]。

（3）在舊路翻修改造中使用，如果原路面損壞情況較為嚴(yán)重，但經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)基層狀況尚好，則可將舊面層全部清除后，鋪設(shè)該基層結(jié)構(gòu)。

2 水穩(wěn)填充大粒徑碎石基層應(yīng)用

2.1 工程概況

某公路大修工程起訖里程為K189+000—K191+400，路段總長約2.4km，因該路段處在城市和郊區(qū)銜接段，交通量較大，尤其是超重載車數(shù)量較多，導(dǎo)致路面產(chǎn)生不同程度的損壞，已經(jīng)對行車安全造成影響。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)路面存在的病害有裂縫、麻面、沉陷和松散。為驗證以上新型基層結(jié)構(gòu)的施工效果，從該大修路段中選取一個試驗段采用新型基層結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。

2.2 混合料配合比

按照要求的方法進(jìn)行取料與篩分試驗，然后以篩分試驗結(jié)果為依據(jù)，確定不同料倉具體配合比，為拌和機(jī)控制提供參考。通過反復(fù)試驗性拌和、篩分及調(diào)整，將碎石和Ⅰ型填隙料的設(shè)計與料倉級配確定如表1、2所示。

表1 碎石設(shè)計與料倉級配

表2 Ⅰ型填隙料設(shè)計與料倉級配

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對初步確定的配比予以適當(dāng)調(diào)整，因施工方法大多為廠拌法，因此水泥用量要在原設(shè)計要求基礎(chǔ)上增加0.5%，并在粗集料拌和過程中提高0.5%～1.0%的含水量。基于此，將生產(chǎn)配合比對應(yīng)的水泥用量確定為8.5%，將混合料含水量確定為6.5%。另外，在施工中還應(yīng)注意填隙料數(shù)量應(yīng)有一定富余，通常需要在填滿空隙的基礎(chǔ)上增加4%～5%。對此，將碎石和填隙料之間的質(zhì)量比確定為54∶46[5]。

2.3 施工工藝

在鋪筑該基層結(jié)構(gòu)的過程中，沿路依次對大顆粒碎石進(jìn)行攤鋪，先攪拌水穩(wěn)細(xì)料，然后借助拌和機(jī)對水穩(wěn)細(xì)料和大顆粒碎石進(jìn)行攪拌，再予以碾壓，經(jīng)碾壓成型后僅需對行車速度進(jìn)行適當(dāng)?shù)南拗萍纯烧介_放路段的交通。新基層結(jié)構(gòu)的施工工藝流程為：碎石攤鋪→水穩(wěn)細(xì)料拌和與攤鋪→翻拌→粗整平、找補(bǔ)與碾壓→灑布Ⅱ型料、碾壓與灑水→碾壓→養(yǎng)生。

2.3.1 碎石攤鋪

碎石攤鋪時應(yīng)確保所有部位的高度達(dá)到均一，并保持平整，經(jīng)常檢查碎石規(guī)格，確保其保持潔凈，如果檢查發(fā)現(xiàn)有集窩等現(xiàn)象，應(yīng)立即處理。

2.3.2 水穩(wěn)細(xì)料拌和與攤鋪

水穩(wěn)細(xì)料攤鋪需分成以下兩步實施：第一步為攤鋪Ⅰ型細(xì)料，將混合料翻拌均勻后，混合料表面要有直接裸露的大顆粒碎石，以為之后細(xì)料的填充奠定良好基礎(chǔ)；第二步為攤鋪Ⅱ型細(xì)料，以使基層結(jié)構(gòu)達(dá)到密實，并將基層找平。根據(jù)計算確定的細(xì)料層厚度，在機(jī)械攤鋪施工的同時，組織人工將細(xì)料運輸至現(xiàn)場，并安排專人卸料，當(dāng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)集料的均一性較差時，應(yīng)立即予以翻拌處理。

2.3.3 翻拌

在水穩(wěn)細(xì)料的攤鋪完成后，借助拌和機(jī)開始拌和。翻拌結(jié)束后應(yīng)及時安排專人做好檢測，其內(nèi)容包括：檢查翻拌的均勻性、檢查細(xì)料在大顆粒碎石中的填充是否均勻、檢查是否將細(xì)料填充到基層的底部等。若檢查結(jié)果不滿足要求，應(yīng)立即處理。

2.3.4 粗整平、找補(bǔ)與碾壓

先利用人力與挖掘機(jī)進(jìn)行粗整平，然后采用振動壓路機(jī)先進(jìn)行一遍穩(wěn)壓，再進(jìn)行兩遍強(qiáng)振壓，如果此時發(fā)現(xiàn)局部有碎石集中，則應(yīng)對其進(jìn)行找平填補(bǔ)，直到平整度達(dá)到要求。

2.3.5 灑布Ⅱ型料、碾壓與灑水

在粗整平、找補(bǔ)與碾壓結(jié)束后，盡快進(jìn)行Ⅱ型料的攤鋪，以將基層表面存在的所有空隙補(bǔ)齊。攤鋪Ⅱ型料的過程中，必須確保其處在由大顆粒碎石形成的骨架當(dāng)中。Ⅱ型料填補(bǔ)完成后，盡快用壓路機(jī)實施碾壓，并予以適當(dāng)灑水，直至最佳含水量。

2.3.6 碾壓

利用壓路機(jī)實施碾壓時，需分4～6 次進(jìn)行，但如果碾壓借助膠輪壓路機(jī)進(jìn)行，則碾壓次數(shù)必須達(dá)到3次以上。另外，應(yīng)注意接縫和邊緣處應(yīng)適當(dāng)增加碾壓遍數(shù)，同時要使壓路機(jī)盡可能靠邊，以保證這些部位的密實性。

2.3.7 養(yǎng)生

在以上各道工序的施工結(jié)束后，方可允許通車，但要對通行速度予以一定限制，同時做好灑水養(yǎng)生，一般要求養(yǎng)生持續(xù)時間達(dá)到7d以上。

2.4 應(yīng)用效果

如前所述，該路段處在城市和郊區(qū)銜接段，交通量較大，尤其是超重載車數(shù)量較多，導(dǎo)致路面產(chǎn)生很多病害，給行車安全造成了很大影響。采用以上方法給該路段進(jìn)行大修后，經(jīng)連續(xù)一年的現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，路面保持平整，沒有反射裂縫產(chǎn)生，實際應(yīng)用狀況良好，同期按照傳統(tǒng)基層結(jié)構(gòu)進(jìn)行修筑的路面都出現(xiàn)了一些病害。

2.5 效益分析

2.5.1 社會與環(huán)境效益

（1）采用該新型基層結(jié)構(gòu)能提高路面技術(shù)狀況，降低施工對車輛正常通行造成的影響，提高行車安全性與舒適度，帶來良好的社會效益。

（2）采用該新型基層結(jié)構(gòu)還能減少后期養(yǎng)護(hù)工作量，并減少材料的使用，施工時不會產(chǎn)生過多垃圾，有良好的環(huán)境效益[6]。

（3）該新型基層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能從根本上解決施工和交通通行存在的矛盾，防止因半幅封閉半幅施工造成的交通擁堵，為交通繁忙情況下進(jìn)行舊路改造提供了新的技術(shù)手段。

（4）該新型基層結(jié)構(gòu)能從本質(zhì)上解決傳統(tǒng)半剛性基層結(jié)構(gòu)容易開裂的問題，為我國對瀝青路面進(jìn)行的研究實踐提供全新技術(shù)途徑。

2.5.2 經(jīng)濟(jì)效益

單從施工成本的角度進(jìn)行分析，基層施工成本主要由以下幾部分組成：材料費、機(jī)械費、人工費與其他費用。通過對相關(guān)資料的收集與整理，對該基層結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)基層結(jié)構(gòu)的施工成本進(jìn)行對比，具體如表3所示。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，新型基層結(jié)構(gòu)雖然需要更多的機(jī)械費與人工費，但能大幅減少材料費、后場拌和費用與二次運輸費用，綜合來看，每平方米能減少3元的成本。若路基寬度為21.5m，則每公里就可以減少近6.45 萬元的成本。另外，如果能對施工機(jī)具進(jìn)行改進(jìn)，則能減少新基層結(jié)構(gòu)施工的機(jī)械費與人工費，從而進(jìn)一步減少工程造價。與此同時，結(jié)合其他地區(qū)的成功經(jīng)驗，該基層結(jié)構(gòu)能大幅延長路面壽命，減少后期養(yǎng)護(hù)維修的費用，由此可見，該新型基層結(jié)構(gòu)有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

表3 基層施工成本對比

3 結(jié)論

（1）水穩(wěn)填充大粒徑碎石實際鋪筑施工效果表明，使用該基層結(jié)構(gòu)，能對路面使用狀況予以有效改善，提高路用性能。

（2）采用新型基層結(jié)構(gòu)的路面有良好的平整度，沒有沉陷與錯臺等病害，表明該基層結(jié)構(gòu)不僅承載力高，而且有很強(qiáng)的抗車轍產(chǎn)生能力。該基層將大顆粒碎石作為整體骨架，采用水泥劑量在8%～10%范圍內(nèi)的水穩(wěn)材料進(jìn)行填充，使填充料和碎石之間形成穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)，確保基層結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度達(dá)到8MPa 以上，傳統(tǒng)的水穩(wěn)碎石基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度只有4～7MPa。

（3）通過對該新型基層結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用，能從本質(zhì)上解決路面養(yǎng)生或公路大修與交通通行存在的矛盾。一般情況為：原本保持完好或處于基本完好狀態(tài)的半幅路面，經(jīng)7～10d 左右的連續(xù)、集中通行，產(chǎn)生明顯且面積較大的破壞；大修結(jié)束后的半幅路面經(jīng)7～10d左右的連續(xù)與集中通行，也有可能產(chǎn)生早期破壞。而使用該新型基層結(jié)構(gòu)，在養(yǎng)生過程中基本不需要進(jìn)行交通封閉，完工后僅需限制車速，并通過適當(dāng)?shù)臑⑺B(yǎng)生即可完成養(yǎng)生過程，徹底避免半幅集中通車給路面結(jié)構(gòu)造成的不利影響。