關于級配碎石基層配合比設計及施工技術的探討

■劉建中

(寧德京臺高速公路有限公司，古田 352200)

20 世紀90 年代后,半剛性基層瀝青路面幾乎成為我國新建高速公路唯一可選結構，但是近幾年來高速公路使用實踐證明，半剛性基層結構也暴露出一些不容忽視的缺陷和不足，如半剛性基層材料的收縮特性形成瀝青路面的反射裂縫，使通過瀝青面層空隙與裂縫滲入的水滯留于密實的半剛性基層頂面，無法排出的水在車輛荷載反復作用下形成的動水壓力，造成瀝青路面早期損壞。而優質級配碎石吸收和削減了半剛性基層裂縫尖端應力和應變，在很大程度上能夠防止和減少反射裂縫的產生，同時,級配碎石基層還具有排水功能基層的作用，這種結構很好地發揮了半剛性基層瀝青路面高強度的優點，又在很大的程度上克服了半剛性基層結構路面的缺點，能夠進一步改善高等級公路路面使用品質，延長使用壽命。為此，我省結合國內外的施工經驗，在龍長高速公路上首次以級配碎石基層作為瀝青路面結構層。下面是筆者結合龍長高速公路路面B3 合同段試驗結果和施工情況，談談級配碎石基層配合比設計及施工過程中一些重要環節的注意事項。

1 級配碎石配合比設計

1.1 級配碎石集料技術要求

1.1.1 粗集料

粒料基層作過渡層，由于瀝青層較薄，級配碎石基層所受的應力較高，因此粗集料必須潔凈、干燥、無風化、無有害雜質，且具有一定的硬度和強度。同時，還具有良好的顆粒形狀，這樣配制出來的良好的級配，通過粗集料的嵌擠作用，具有很好的穩定性，提高了其承載能力。表1 是龍長高速公路的粗集料技術指標及試驗結果：

表1 粗集料技術指標及試驗結果

1.1.2 細集料

級配碎石的細集料必須采用石屑，因為級配碎石中加入砂會產生潤滑作用，不利于集料間形成嵌擠穩定的骨架。而且砂中0.075mm 以下粉料的粘結力差。不能獲得較高的干密度和CBR 值。同時細集料必須潔凈，塑性指數和砂當量等指標均應符合要求。表2 是龍長高速公路細集料的技術要求和各項指標的試驗結果：

表2 細集料技術指標及試驗結果

1.1.3 水

級配碎石的拌和用水一般僅對水源可疑時才進行水質分析試驗。

1.2 級配碎石混合料

1.2.1 級配組成設計

據各種規格集料的顆粒分析結果，通過調整不同規格集料的摻配比例組合出符合級配范圍要求的三條不同比例的級配。試驗結果見表3：

表3 級配范圍及不同摻配比例的合成級配通過率

1.2.2 標準擊實試驗

根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》(JTJ057-94)中對標準擊實試驗的步驟，對選定的三種級配做標準擊實試驗，分別得到相對應的最大干密度和最佳含水量。但應注意的是由于材料本身的特性，級配碎石擊實試驗數據的離散性較大，為保證試驗結果的準確，應嚴格按規程中的步驟操作，同時還要注意一些細節：(1)在摻配擊實用的礦料時各種規格集料，特別是大顆粒的集料，分樣一定要均勻且有代表性；(2)在擊實過程中，待擊實的混合料應隨時用塑料膜遮蓋，以防水份散失；(3)分層擊實完成后，特別注意擊實試件表面一定要修平，可采用4.75mm 或2.36mm 方孔篩把余下的混合料中的細料篩出，用于補平擊實試件的表面，并用橡膠錘稍加敲擊；(4)測定含水量的試樣應取擊實件經打散并拌勻后的全部混合料，以減少含水量的誤差；(5)預定含水量的時候，對于級配碎石這樣的粗粒體，在預估的最佳含水量的后面兩點含水量間隔應比前面的稍小，以免出現變異點。

1.2.3 CBR 強度試驗

根據《公路土公試驗規程》中CBR 強度試驗的步驟，按擊實試驗得到的三個最佳含水量試驗結果進行CBR 強度試驗。分別得到三個不同的CBR 值。由于級配碎石本身不具有保水性，進行CBR 試驗的時候，應在底模上要先墊兩層的塑料膜，然后再墊上濾紙，避免取掉濾紙的時候，出現啃邊破壞，影響試驗結果。然后根據CBR 值和固體體積率作出選定級配曲線。試驗結果見表4：

表4 級配碎石各項試驗結果

通過對表四試驗結果綜合分析，2#級配的固體積率和CBR 值的試驗結果為最佳，做為標準級配，用于控制現場施工。綜合分析上述的試驗結果，說明級配碎石的干密度與CBR 強度具有較好的一致性，干密度越大，CBR 值越大。而且級配良好的材料，經過碾壓成型后，其固體體積率能夠滿足要求。級配越好，固體體積率越大。在施工中能獲得較好的密實狀態和力學性能，提高了級配碎石基層的強度和穩定性，降低了行車作用下的瞬時變形和路面的永久變形。

2 施工控制

(1)級配碎石材料主要是靠集料之間的嵌擠作用而形成強度。良好的級配對級配碎石基層有很好的作用，當壓實后，壓實度為100%時，其固體體積率可達到85%以上，而級配碎石的孔隙率就會小于15%，具有足夠的強度和穩定性，降低行車作用下的永久變形。所以在施工中應該嚴格控制混合料的級配，做好施工時的檢測，控制關鍵篩孔4.75mm、2.36mm、0.075mm 的通過率與標準配合比差值都在規范范圍之內，檢測結果見表5：

表5 混合料級配試驗結果

(2)施工中應控制細集料的塑性指數。因為塑性指數越大，水穩定性越差，隨著塑性指數的增大，集料的CBR 值迅速下降。同時塑性指數較高的細料，其遇水易膨脹，從而降低材料的透水性和水穩定性，增加了冰凍敏感性。

(3)嚴格控制混合料的含水量，級配碎石在運輸、攤鋪、碾壓過程中含水量會有所損失。為了使現場級配碎石能夠在接近最佳含水量下碾壓，在拌和過程中的加水量宜稍高于最佳含水量。為了提高粗集料的持水量，我們采取在拌和生產前一天晚上預先向粗集料澆灑適量水的辦法。但是細集料，則要保持干燥，應該加以覆蓋，避免下雨時細集料吸收大量的的水，使混合料在施工中難以控制含水量，甚至出現“彈簧”現象，導致現場不容易壓實，穩定性變差。

(4)級配碎石的現場攤鋪一般采用兩臺攤鋪機梯隊形全幅攤鋪作業，以減少混合料的離析。如果在施工中遇到雷陣雨，應該用彩條布等覆蓋，避免未碾壓的級配碎石基層被雨水沖刷，引起細集料的流失和過大的含水量，加大現場施工難度，對結構層的強度和穩定性產生較大的影響。

(5)碾壓是級配碎石施工中重要的環節之一。級配碎石結構層強度主要是通過碾壓而獲得粗集料的嵌擠，鎖結以及細集料的填充形成的聯結強度，因此提高碾壓工作的質量是提高級配碎石結構強度的直接手段。現場級配碎石攤鋪后，應該及時碾壓，碾壓不及時會使級配碎石水分蒸發、材料干硬、固結，不利于進一步碾壓。如果含水量偏低，應根據情況以噴霧式灑水車適當灑水，保證級配碎石在最佳含水量下進行碾壓，使其達到要求的壓實度。施工中一般采用振動壓路機與膠輪壓路機交叉碾壓，因為弱振一般有利于結構層中間到表面這部分的壓實，而強振一般最有利結構層中間到層底這部分的壓實，而膠輪主要是使表面顆粒搓揉，重新到位，有利于表面材料的壓實，因此將膠輪、振動碾壓的弱振、強振的這些特性有機結合起來才能夠達到目的級配碎石的最有效的碾壓效果。

3 小結

隨著級配碎石基層在高速公路上的進一步推廣使用，必將在我國的道路建設中發揮重要作用，希望通過以上對級配碎石基層在生產施工中應注意的施工技術要求的探討，對大家有所幫助。

[1]JTG E42-2005,公路工程集料試驗規程.

[2]JTG E40-2007,公路土工試驗規程.

[3]JTJ034-2000,公路路面基層施工技術規范.