淺談級配碎石配合比設計及質量控制

■張流文

（福建省高速公路達通檢測有限公司，福州　350001）

淺談級配碎石配合比設計及質量控制

■張流文

（福建省高速公路達通檢測有限公司，福州350001）

本文詳細介紹了級配碎石配合比設計方法，并對級配碎石質量控制要點進行了淺析，以供同仁們參考。

級配碎石配合比設計質量控制

0　前言

福建省高速公路路面基層、底基層以水泥穩定碎石為主要結構型式，該結構形式基層、底基層分別采用5%和3%水泥膠結材料進行穩定，不僅施工成本高，而且在高溫以及水泥的化學作用下，容易產生溫縮、干縮裂縫。這種裂縫會反射到瀝青路面，造成瀝青路面產生裂縫直接影響了使用壽命。因此，我省于2006年提出了更合理的級配碎石層用于瀝青層與3%水泥穩定碎石底基層之間的中間層，取消了5%水泥穩定碎石基層，以減輕反射裂縫，也有利于排除路面結構層中下滲的水。這種路面結構，又常稱之為“倒裝結構”。經驗表明，嚴格材料技術指標要求、選擇合理的級配以及嚴格質量控制，是提高級配碎石強度和穩定性的關鍵。

1　材料要求

1.1集料

級配碎石基層強度主要來源于碎石本身強度及碎石顆粒之間的嵌擠力，材料本身的性能對其混合料的力學性能具有重要影響［1］。

（1）高速公路級配碎石所用石料的壓碎值要求：基層不大于26%。集料必須清潔，不含有機物、塊狀或團狀的土塊、雜物及其他有害物質。

（2）級配碎石用于基層時，單個顆粒的最大粒徑不應超過26.5mm。級配碎石基層集料應預先篩分成（26.5～19）mm、（19～9.5）mm、（9.5～4.75）mm及 （4.75～0）mm四種規格。

1.2水

水應潔凈，不含有害物質。來自可疑水源的水應按照《公路工程水質分析操作規程》要求進行試驗。

2　混合料組成設計

（1）取具有代表性的碎石樣品進行下列試驗［2］：

①顆粒組成分析；

②液限和塑性指數；

③壓碎值；

④針片狀顆粒含量；

⑤軟石含量；

⑥擊實試驗；

⑦CBR試驗。

（2）關于碎石的質量問題，需要進行嚴格的把控，應深入現場進行實地調查。如下表1即為某高速公路路面合同段碎石場集料質量情況。

表1　某高速公路路面合同段級配碎石用集料技術指標情況

（3）根據JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術細則》推薦的級配范圍和綜合考慮以往工程經驗，設計上線、中線、下線3條級配曲線，通過配合比試驗，優化級配，形成嵌擠型良好的級配。詳細情況，如下見表2、表3、表4。

表2　礦料篩分結果

表3　三條級配曲線摻配比例

表4　三條級配曲線合成級配

從表2、表3以及表4中可以看出，上線、中線、下線級配均符合JTG/TF20-2015《公路路面基層施工技術細則》推薦的級配G-A-4要求。

（4）碎石樣品試驗完成后，進行混合料組成設計，基層混合料組成設計采用重型擊實方法進行［3］。

（5）混合料技術要求：用于不同公路等級、交通荷載等級和結構層位的級配碎石，CBR強度標準應滿足的基本條件為：對于高度公路和一級公路來說，當其滿足極重以及特重交通需求時其級配碎石材料的CBR強度標準應不小于200，當其滿足重交通運輸需求時其級配碎石材料的CBR強度標準應不小于180，當其滿足中、輕交通運輸需求時其級配碎石材料的CBR強度標準應不小于160；對于二級及二級以下的公路來說，當其滿足極重以及特重交通需求時其級配碎石材料的CBR強度標準應不小于160，當其滿足重交通運輸需求時其級配碎石材料的CBR強度標準應不小于140，當其滿足中、輕交通運輸需求時其級配碎石材料的CBR強度標準應不小于120。

（6）級配碎石混合料組成設計步驟：

①根據上文表3之中的三條級配曲線摻配比例，分別按3%、4%、5%、6%、7%五種不同含水率進行兩組平行重型擊實試驗，試驗結果為：中線的平均最佳含水率為5.2%，平均最大干密度為2.29g/cm3；上線的平均最佳含水率為5.1%，平均最大干密度為2.30g/cm3；下線的平均最佳含水率為5.1%，平均最大干密度為2.28g/cm3。

②根據重型擊實最佳含水率和最大干密度結果以及三條級線摻配比例，成型CBR試件，試驗結果為：中線的CBR為 200.2；上線的 CBR為 182.4；下線的 CBR為187.0。

③因上線級配中石屑摻量較多，不利于級配碎石基層滲水且施工過程中不易控制0.075mm通過率，故不采用上線作為設計級配。中線、下線各項指標均符合要求。

④根據級配碎石的路用性能及工程經驗選用CBR值較大的符合要求的中線級配，作為工程使用的目標級配。

⑤最終選定的目標配合比結果為：礦料比例：（19～26.5）mm∶（9.5～19）mm∶（4.75～9.5）mm∶（0～4.75）mm=20∶25∶15∶40；最大干密度：2.29/cm3；最佳含水率：5.2%；承載比為200.2%。

（7）根據目標配合比確定的各檔材料比例，進行第一階段試生產：

①調試和標定拌和設備：通過各料倉在規定時間（如3min）流出的料（單檔料）與理論上應流出的質量比較，調整R值，使其滿足碎石允許偏差為理論質量的±3%，R值調整公式（非線性）：設計質量÷實際質量×R值=新R值（經驗公式），R值一經確定不宜隨意調動，否則會使配料精度變差，導致級配失調。電腦的屏幕顯示可以跟配合比一樣，但可以通過改變R值來改變料的流量。

②用裝載機和一輛貨車配合標定，采用裝載機接料，先按經驗固定設置一個R值，以3min為準稱取單檔料的輸出量進行過磅。看是否與理論相符合，不符合則通過（設計質量÷實際質量×R值=新R值）來調整，重新設定R值，再進行過磅標定。

③按設定好的施工參數進行第一階段試生產，驗證生產級配。試拌混合料，開動拌和機，突然停機，在傳送帶上截取約1m長的混合料進行篩分試驗，當結果不理想時，進行微調比例，以保證級配符合設計要求。

（8）在第一階段試生產試驗的基礎上進行第二階段試驗：

①按目標配合比設計的最佳含水率5.2%以及最佳含水率增加0.5%、1.0%含水率，分別試拌混合料。

②取不同含水率混合料進行試驗，測定混合料的實際含水率為5.1%、5.4%、5.9%；以及通過擊實試驗，測定對應的混合料最大干密度的為2.28、2.27、2.24；通過CBR試驗，測定對應的混合料CBR值為198.5、194.3、185.0。

③試驗結果表明，實際用水量適當加大混合料最大干密度有所降低，CBR值有所減小。因此施工過程中的質量控制，應以每天現場取樣的混合料為代表性試樣進行最大干密度和CBR試驗，嚴格控制水流量計的范圍，在配合比設計結果的基礎上，混合料生產含水率可根據施工因素和氣候條件增加0.5%～1.0%。

3　質量控制要點

（1）材料質量控制要從進場前開始，定期對破碎場的集料進行試驗，合格后方可進場；材料堆場要進行搭棚和分倉隔離工作。

（2）在施工中水的摻量對級配碎石的壓實效果影響很大，為了更好控制最佳含水率，在拌合過程中要根據運距和天氣適當地調節含水率使其略高于最佳含水率，運輸過程中必須全程遮蓋篷布防止水分蒸發。在施工過程配置灑水車對表面風干或局部碾壓段含水量偏低時進行均勻噴灑，調節含水率。

（3）拌和過程中控制好螺旋電機轉速及料門開度，確保各種材料配比準確。

（4）碾壓過程中路邊緣碾壓容易松散，宜采用小噸位壓路機進行邊線碾壓并指定工人進行拍邊修邊。同時應避免過壓欠壓現象，如果過壓將會降低級配碎石的排水性能。

（5）碾壓結束后立即進行壓實度檢測，高速公路級配碎石基層壓實度應達到99%以上，平整度應小于8mm，檢驗應做到原始記錄齊全，數據真實可靠。

（6）級配碎石基層在施工完畢后禁止開放交通。施工完成后不宜立即灑布透層，應在級配碎石層表面水分蒸發后略顯潮濕的狀態下灑布，并及時噴灑黏層油與石屑，同時盡快安排上覆層瀝青穩定碎石ATB的施工［4］。

4　結束語

級配碎石材料主要靠集料之間的嵌擠形成強度，其強度較一般水泥穩定基層低。要提高級配碎石基層的強度和穩定性，除了要選擇母材強度高的碎石外，還必須認真研究碎石的級配，使其形成的嵌擠力最大。通過選擇合理的級配碎石配合比，使級配碎石混合料通過碾壓獲得最佳的密實狀態、力學性能，以此獲得高密度、高強度且具有一定排水性能的級配碎石基層。

［1］中華人民共和國交通運輸部.JTG/TF20-2015，公路路面基層施工技術細則［S］.北京：人民交通出版社.

［2］中華人民共和國交通部.JTG E42-2005，公路工程集料試驗規程［S］.北京：人民交通出版社.

［3］中華人民共和國交通部.JTG E40-2007，公路工程土工試驗規程［S］.北京：人民交通出版社.

［4］福建省高速公路建設指揮部.福建省高速公路施工標準化管理指南（第二版）［M］.北京：人民交通出版社，2013.