天然級配砂礫作為農村公路路面基層材料的探索

張俊榜

（玉林市公路管理處，廣西 玉林 537000）

1 農村公路砂礫路面基層概述

我國地域階梯分布，地質情況多樣復雜，存在著豐富的天然級配砂礫資源。天然級配砂礫屬于礫類巖石，該類巖石一般具有較好的穩定性、較低的塑性指數、較大的干密度和較高的強度，廣泛應用于各類工程中。由于我國農村區域范圍廣闊，加上近年來經濟發展迅速，使得公路里程迅速增加，而公路質量要求并不高，所以天然級配砂礫自然成為農村公路優先選用的路基理想填料。在就地取材的前提下，農村公路巨大的里程數量能使儲量豐富的天然級配砂礫得到充分利用，為我國農村經濟帶來發展。

但是，天然級配砂礫質量不均勻，材料性能復雜，應用到農村公路路面基層的狀況也不穩定。同時，施工質量的控制也極大地影響農村公路路面基層質量。反映天然級配砂礫的材料性能主要是材料級配和材料強度，而天然級配砂礫基層質量有幾個重要問題控制，分別是材料的顆粒級配和最大粒徑、施工碾壓壓實度。天然級配砂礫路面基層質量問題具體有以下幾點：砂礫級配差，砂粒含量大，攤鋪違背技術規程，造成級配不均勻，壓不成板狀，含水量掌握不好，機械功能不足等。

2 天然級配砂礫的材料性能

2.1 天然級配砂礫的作用機理

砂礫屬于沉積巖中的陸源碎屑巖，天然級配砂礫由不同粒徑的砂礫組成。天然級配砂礫在基層壓實過程中，細顆粒填入到粗顆粒的空隙中，使基層密實度增加。在大噸位壓路機的振動碾壓下，天然級配砂礫的粗細顆粒彼此緊密鑲嵌，提高基層材料的強度，減小空隙率，增加使用過程中的強度和穩定性。破碎后的砂礫石能增強混合料中顆粒間的相互嵌擠和鎖結作用。大量的碾壓試驗證明，級配不良的天然級配砂礫難以碾壓密實，而級配良好的天然級配砂礫則容易碾壓密實；前者碾壓的基層強度和穩定性較差，后者的基層強度和穩定性較好。

2.2 級配

天然砂礫的級配決定著碾壓的密實度，碾壓的密實度又直接影響結構層的強度和穩定性。

目前，在國內公路建設中，對天然砂礫石或級配砂礫石采用的通常做法是：將砂礫石按一定的級配組成，然后摻加少量的粘結料（如水泥或二灰），以此組成的混合料作為道路基層，以天然級配砂礫石作為道路的底基層。在道路工程應用中，單個顆粒的強度大。由于砂礫石缺乏粘性，容易產生水破壞、滲透破壞、冰凍破壞、松散破壞現象。為此，在實驗基礎上結合砂礫石混合料水破壞的因素，針對砂礫石混合料容易出現松散破壞的情況，提出了解決松散破壞的對策。認為合理的級配有助于保證混合料的冰、水穩定性。

2.3 強度

砂礫屬于無黏性顆粒材料，強度的形成主要來源于顆粒之間的嵌緊密實。所以，天然級配砂礫的強度首先決定于砂礫本身的強度和顆粒組成，其次還取決于施工過程中控制的含水量和壓實度。

天然級配砂礫基層結構的強度在結構上面還有如下特點：砂礫顆粒之間的聯接強度一般都要比砂礫顆粒本身的強度小得多，并且，在外力作用下，無粘性的松散材料往往會在顆粒之間產生滑動和位移，導致失去承載能力而破壞。所以，對于天然級配砂礫公路路面基層結構強度，其中砂礫本身顆粒的強度固然重要，但是起決定作用的是顆粒之間的摩擦聯接強度，也就是天然級配砂礫的抗剪強度。砂礫的粘結力和內摩擦角表征的是內摩擦力所決定的沙礫顆粒之間的聯接強度，即決定了天然級配砂礫基層的結構強度。而抗剪強度的主要影響因素有以下幾個：一是天然級配砂礫顆粒表面的相互滑動摩擦；二是砂礫因剪切時體積膨脹而克服的阻力；三是因粒料重新排列而受到的阻力。

3 天然級配砂礫基層施工質量控制中的重點問題與防治

在天然級配砂礫公路路面基層施工中，有兩個問題直接影響到施工的質量：一個是材料本身的顆粒級配情況，另一個是施工時的碾壓技術、方法。

3.1 材料顆粒級配

天然級配砂礫因為不是人工摻拌和級配，而是天然級配，所以料源質量不穩定，有可能出現較差的情況。顆粒級配較差的天然級配砂礫反應為以下現象：礫石顆粒過多過大，即含有過多的直徑大于10厘米的超大巨粒卵石或砂礫。“級配”就意味著大小顆粒相匹配，小一級的顆粒填充大一級顆粒的空隙，使顆粒間嵌擠緊密、空隙率小、密度高、穩定性好，如果過大或過小的顆粒過多，空隙率將增大、嵌擠力小、穩定性差、密度低，所以使用級配良好的天然級配砂礫能較好地提高公路基層結構的質量。

在施工過程中，由于施工因素也可能改變天然級配砂礫的顆粒級配情況。比如，由于卸車和機械攤鋪，使粗細料離析。反映的現象為粗細集料中，攤鋪后，造成梅花，即砂礫集中。粗細料離析的級配砂礫，梅花部分空隙率大，不密實，嵌擠力小；砂窩部分松散，不穩定，路面鋪筑在這樣的底層上，易造成變形損壞。為避免施工因素對公路基層結構質量造成的影響，大量的試驗表明，可以采取如下的方式解決：在攤鋪過程中應將粗細料摻拌均勻，無粗細料分離現象；在碾壓過程中如發現有梅花、砂窩，切不可用砂或礫石覆蓋，應將梅花、砂窩分別挖出，摻入砂或礫石翻拌，達到級配均勻、密實。

3.2 施工碾壓

砂礫公路路面基層結構的強度主要來自于對松散砂礫的碾壓，當碾壓質量不合格、施工時砂礫攤鋪虛厚超過規定厚度、碾壓砂礫層的機械碾壓功能過小、砂礫層的碾壓遍數不夠等情況下，會導致砂礫層表面嚴重輪跡、起皮、壓不成板狀及砂礫層表面松散，有規律裂紋；或者砂礫層表面無異常，但經試驗不夠密度；甚至砂礫層不能形成具有一定強度的、密實的板狀結構。而上述這樣的結構層分散荷載的能力較差。為避免上述碾壓施工帶來的質量問題，經試驗表明，可采取如下措施解決：按規定壓實厚度10～20mm攤鋪壓實，超過規定厚度時，分兩層攤鋪碾壓；將碾壓功能小的機械換為符合碾壓厚度的機械或改用振動碾；對碾壓不夠的砂礫層，增加碾壓遍數以增加碾壓密度。

4 結語

本文通過對天然級配砂礫的材料性能和施工質量控制的探討和研究，認為天然級配砂礫是一種較好的筑路材料，其中良好級配的砂礫及施工質量控制使得其可以使用在農村公路中作為公路路面基層材料。

經過大量的室內實驗和工地試驗表明，級配良好的天然級配砂礫中，大于5mm的砂礫石含量大約占60%～80%。在實際工程中要嚴格按規程進行試驗，在試驗結果中選擇設計的合理參數，并要求采用合理科學的施工碾壓方法，以保證達到四級公路路面基層結構的質量要求。

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