級配碎石基層的施工與質量控制

張 峰，李紅船

（1.西北民航機場建設分公司，陜西 西安 710075；2.陜西高速機械化工程有限公司，陜西 西安 710038）

0 引 言

西安至銅川高速公路穿越涇渭河漫灘區、黃土臺塬區和濕陷性黃土區，地質條件復雜多樣。為了加強路床結構部位的施工質量，確保滿足設計要求，路床頂面采用18cm的級配碎石改良墊層，其功能主要是隔離并排出路面、路床中的自由水，使路面結構及路床保持干燥～中濕狀態，達到設計強度，提高路面的使用壽命。為此，在總結級配碎石已有研究結論和室內級配碎石材料組成設計研究的基礎上，結合當地氣候和工地實際情況，于2012年6月10月，在西銅高速某標段K11＋800～K12＋100段左幅進行了級配碎石改良層試驗段的鋪筑與研究，為大面積鋪筑級配碎石施工積累各項數據。

1 試驗段的鋪筑準備

1.1 原材料試驗

根據西銅高速公路原材料設計要求［1］和《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005），采用涇陽縣友誼石料廠的礦料。經過試驗檢測，該碎石的物理力學指標均符合規范要求，如表1所示。根據使用要求將礦料分三級：31.5～16mm為1＃料；16～4.75mm為2＃料；4.75mm以下為3＃料。

表1 碎石物理力學指標

1.2 混合料的配合比試驗

配合比設計主要是以獲得良好的碎石級配、壓實效果和施工可行性為原則，級配碎石的配合比采用EXCEL電子圖表，編制計算程序進行自動計算，以其各篩孔的通過量達到或接近規范要求的級配中值為最佳配合比［2］。根據3種集料的顆粒分析結果，通過計算機用人機對話的方式反復調整材料的比例，最終確定1＃料∶2＃料∶3＃料＝20∶32∶48，合成級配范圍如圖1所示。通過標準重型擊實試驗確定級配碎石的最佳含水量為3.5%，最大干密度為2.34kg·cm-3。

圖1 合成級配曲線

1.3 確定試驗段方案

試驗段為K11＋800～K12＋100段左幅，鋪筑厚度為18cm，寬14.70m，長300m。混合料采用1臺MWCB500拌和設備進行拌和，采用2臺徐工集團產RP751W型攤鋪機（最大攤鋪寬度7.5m）前后同步梯隊式攤鋪，一次碾壓成型。該試驗段按1.25、1.30、1.35三種不同的松鋪系數劃分為3個區段來確定松鋪系數，采用3種碾壓工藝方案。

2 混合料的拌和與運輸

本試驗段采用先進的具有電子計量裝置的連續式穩定土拌和站。施工前，對拌和樓進行了實物標定檢查，確定拌和樓電腦控制系統達到準確計量。3種不同規格的級配碎石分3個倉進行配料，料斗上加有防串料的隔板。拌和的關鍵在于按配合比準確稱量材料，嚴格控制含水量。拌和時間不少于70s。在施工前應按施工配合比進行試拌、調整，并對各技術指標進行驗證。實驗室要對每次生產的混合料進行篩分、調整，直至與設計值吻合后才能大量拌和混合料。料場的粗、細集料應分類堆放和供料，拌和前碎石骨料由裝載機裝入級配料倉，采用變頻水泵和數字型靶式流量計控制適量比例的水，加入攪拌缸中，流量可準確顯示、調節，拌和時拌和物的含水量均勻，并比最佳含水量大0.5%～1.0%左右，同時沒有粗細顆粒離析現象。

3 攤 鋪

攤鋪時，攤鋪機司機令攤鋪機按導向線前進。攤鋪機左右的找平工要注意螺旋輸送器中的存料高度，及時調整，并且注意傳感器要在鋼絲上行走，及時用鋁合金條桿檢查虛鋪與鋼絲繩和鋁合金桿的高差，通過調整傳感器使高差控制在預定的高度之內。攤鋪時，縱坡基準用攤鋪機兩側標高控制的弦線控制，弦線采用長120m、直徑為3.5～4mm的鋼絲分兩段掛設，固定在間距為10m的鋼筋樁上，用張拉器拉緊。

兩臺攤鋪機之間的標高基準用一個可移動的基準面，即用一個鋁合金桿件作為前一臺攤鋪機標高基準，桿件兩側下各安設一個可調支架，該支架利用可調螺栓可在其滑動柱上上下移動，調整桿件頂面高程。將預先測量、計算的高度調整好，攤鋪機傳感器在上面行走時，可以起到基準鋼絲繩的作用。前機嚴格按兩側控制標高進行攤鋪，后機外側按照鋼絲繩控制標高，內側按已鋪設的墊層面用滑撬控制標高，兩臺攤鋪機重疊攤鋪20～30cm，兩機前后保持8～10m的距離。施工時，為防止混合料在攤鋪機搭接處離析，由專人用細料處理混合料離析；為防止機械原因造成的離析，在攤鋪機的螺旋根部加裝反轉葉片；在攤鋪過程中始終保持攤鋪機料倉中留有混合料，減少側板合起次數，混合料高度始終在螺旋輸送器中總高度的2／3以上，可有效減少離析現象產生，提高攤鋪質量。

因墊層較寬，采用雙機單幅鋪筑。攤鋪方向的確定要先考慮豎曲線上坡方向，其次考慮線路前進方向，故本試驗段由小里程向大里程方向攤鋪，根據碾壓順序應由低到高的原則，靠路肩的攤鋪機行走在前，靠近中心線的攤鋪機相隔10m同步向前攤鋪混合料，并一起進行碾壓，攤鋪速度控制為1.5m·min-1，振搗梁頻率調為3擋，主振搗梁振幅為5mm，副振搗梁振幅為6mm，傳感器靈敏度調為4擋。兩條攤鋪帶寬度均為7.5m，單幅全寬15m，中間有20～30 cm寬的重疊面，等待卸料的運輸車始終不少于4輛，可以保證攤鋪機連續攤鋪。

4 碾 壓

碾壓是控制壓實度、平整度的主要工序，要嚴格控制碾壓程序、碾壓時間、接縫及橋頭處理等幾個環節［3］。嚴格遵循先輕后重、先慢后快、由低側向高側碾壓的原則；對于級配碎石，最好用振動壓實機具，壓實時要控制好行駛速度，采用低頻、高幅振動以獲得最佳的壓實效果。在攤鋪50m左右時即開始碾壓，一般50～80m左右為一個碾壓段。碾壓原則為：先輕后重，由邊向中，由低到高，碾壓時后輪重疊1／3～1／2輪寬。該試驗段以3種不同的松鋪系數分A、B、C三個區段，按表2～4中3種不同機械組合進行碾壓，碾壓后的壓實度見表2～4。

表3 方案二機械組合、碾壓方法及壓實度

表4 方案三機械組合、碾壓方法及壓實度

經過對比3種方案的實際施工效果，發現第二種碾壓方案在達到相同壓實度的情況下，可節省壓實功，且壓實效果明顯優于第一、第三種方案。因此，在今后大規模鋪筑中應采用第二種碾壓方案。

5 結 語

（1）級配碎石的振動壓實，在激振頻率和離心力保持不變時，存在最佳振幅；激振頻率保持不變時，最佳振幅下的干密度隨離心力的增大而增大；提高振幅對壓實效果的影響存在閾值，要想取得好的壓實效果，振幅必須大于閾值。

（2）級配碎石結構層的強度主要通過碾壓而獲得粗顆粒嵌擠、鎖結以及細集料的填充形成聯結強度，提高碾壓質量是提高級配碎石結構的有效辦法。施工中應嚴格控制最佳含水量，因為在接近最佳含水量的條件下才能達到最佳壓實效果。

（3）現場碾壓厚度應與所選用的壓路機類型或功能相適應，但要符合以下要求：每層的壓實厚度為15～20cm時，要求壓路機的自重大于15t；厚度為20～25cm時，要求壓路機的自重為18～20t。

（4）振動壓路機的弱振最有利于級配碎石結構層中間到表面層的密實，而強振最有利于結構層中間到層底的密實，膠輪壓路機主要是搓揉表面顆粒，使其重新就位，有利于表面材料的密實，將膠輪、振動碾壓的強振、弱振結合起來才能達到最有效的壓實效果。因此，合理的碾壓機械組合方式是提高壓實度不可忽視的關鍵因素。

（5）級配是影響碎石強度、剛度、穩定性、耐久性和施工性能的重要因素，造成級配變異的主要原因是原材料的變異和施工過程中產生的離析。因此，大面積施工中要嚴格控制原材料的變異和離析。