一種改進的填隙碎石設計及應用

覃開蠻，梁進欽，趙承偉

(1.廣西壯族自治區防城公路管理局，廣西 防城港 530800；2.廣西壯族自治區浦北公路管理局，廣西 浦北 535300；3．廣西道路結構與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007；4．廣西交科工程咨詢有限公司，廣西南寧 530001)

0 引言

級配碎石材料由于不含結合料，溫縮、干縮系數幾乎為零，受周圍溫度和濕度變化影響小；級配碎石材料是一種松散的粒料結構，不傳遞拉應力和拉應變，既能防反射裂縫又能起到排水作用[1-3]。

粗集料最大粒徑為53 mm及以上的級配碎石在路網干線公路小修保養中得到廣泛的應用，這些粗大粒徑的級配碎石抗變形能力強，能經受重載交通荷載的考驗。

1 工程概況

2016年8月S308線興業至靈山公路(規劃G324線)浦北大江口至樂民段樁號為K29+250～K45+000開始路面大修，除K35+534～K39+000段寨圩鎮過境公路外，路面結構為：碎石化舊混凝土路面+220 mm填隙碎石(大粒徑間斷級配碎石)基層+15 mm兩油兩料同步碎石封層+60 mm AC-16C瀝青混凝土面層。

填隙碎石采用粗集料最大粒徑為53 mm及以上的集料，但按《公路路面基層施工技術規范》(JTJ034-2000)8.1.2要求的方法進行施工，施工工序復雜，使用的人工較多，進度緩慢。填隙碎石經壓路機初壓后再撒布填隙料，填隙料不能很好地滲透整個填隙碎石層。填隙碎石壓實厚度可取集料最大粒徑的1.5～2.0倍，集料的最大粒徑為53 mm，觀察現場測坑，填隙料大約的滲透深度為100～130 mm，底部50～80 mm范圍孔隙較多，開放交通后不密實的填隙碎石結構層變形較大，車轍明顯，此外，人工撒布的填隙料薄厚不均，撒布過多的部位，開放交通重車走后也易變形。

依托S308線大修路面工程，在不改變填隙碎石級配范圍的前提下，粗大粒徑碎石混合料按照機拌、機鋪、機壓的方法進行施工，改進的填隙碎石層經受了重車載交通的考驗，抗變形能力強，該路段經過一年多的運營，路面結構穩定、路況良好，本文對改進的填隙碎石(簡稱大粒徑間斷級配碎石)的礦料組成、工藝控制、成品質量檢測等進行分析評價，相關參數可作為類似工程項目參考的依據。

2 改進的填隙碎石混合料(大粒徑間斷級配碎石)級配設計

采用玉林癸陽石場的石料，大粒徑間斷級配碎石(最大公稱為53 mm)層采用三檔集料：20～50 mm，10～30 mm，0～5 mm(石屑)，集料的篩分(干篩法)結果見表1。

大粒徑間斷級配碎石(最大公稱為53 mm)顆粒組成較傳統級配碎石粗，但《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20-2015)中對填隙碎石的級配未作規定。在K30+400～K30+600試驗段借鑒以往工程經驗和試配結果，初步擬定摻配比例為：20～50 mm∶10～30 mm∶0～5 mm=56.1∶20.9∶23.0，后施工配合比調整為20～50 mm∶10～30 mm∶0～5 mm=50.9∶25.6∶23.5，篩分結果見表2。施工過程抽樣篩分結果見表3。

結合表2、表3，從K32+000處優化配合比后，攤鋪現場壓路機初次碾壓輪印較優化前更淺，大粒徑間斷級配混合料嵌擠效果得到優化，19 mm、9.5 mm、4.75 mm的通過率約為50%、33%、26%，粗集料的用量占到74%，可起到多級嵌擠咬鎖穩定作用，2.36 mm的通過率分別約18%，細集料可起到填充密實的作用。

3 改進的填隙碎石混合料的拌制與運輸

改進的填隙碎石(大粒徑間斷級配碎石)采用拌合機集中生產，采用三倉配料、電子稱稱量，拌合時間控制在28～38 s內，含水量控制應根據氣候情況進行調節，正常情況下最佳含水量一般控制在2.3%。拌合機產量90 m3/h，基本滿足攤鋪現場機械化施工的要求。

為保證施工質量，確保相關設備的使用效率，配備了足夠的運輸車輛，運輸過程中要保證運輸車輸的暢通，確保將拌制好的混合料運至現場及時攤鋪，以免水份蒸發不利于攤鋪及壓實。

為防止混合料在裝車的過程中出現離析，運料車輛的車斗離出料口的間距不能太大，控制下料的高度。裝料過程中不能向運料車車槽的中間部位連續卸料，應先向車槽前部卸料，再向后部卸料，最后向中間卸料。同時，在運輸過程中車速不能太快，以防止顛簸產生的離析。

4 改進的填隙碎石混合料的攤鋪、碾壓

在攤鋪混合料時，現場采用機械攤鋪、人工輔助收邊整形、補角的施工方式，攤鋪時攤鋪機兩側的厚度感應器同時置于兩側鋼絞線上，以保證基層鋪筑厚度和高程。

(1)攤鋪準備工作，對舊路面進行清理清掃，并灑水潤濕不流淌，清理靠近路肩側路面范圍內的土。清理基底并在舊路上恢復左、中、右邊樁。按半幅4.75 m寬度施工，每10 m設一樁，并在路肩兩邊設高程控制樁，然后對角拉線，確保厚度。

(2)采用一臺攤鋪機作業，現場采用機械攤鋪、人工輔助收邊整形、補角的施工方式，攤鋪機兩側的厚度感應器同時置于兩側鋼絞線上，以保證基層鋪筑厚度和高程。松鋪系數為1.3，松鋪厚度為286 mm。運料車輛到達攤鋪現場必須在2輛以上時才開始攤鋪，以保證攤鋪的連續性。攤鋪過程中，攤鋪機的行駛速度為1.8 m/min。

(3)大粒徑間斷級配碎石層碾壓步驟如下：①初壓：用重型振動壓路機靜壓2遍，使混合料穩定就位。在直線和不設超高的平曲線上，碾壓從兩側路肩開始，逐漸錯輪向路中心進行；在超高的平曲線上，碾壓從內側路肩開始，逐漸錯輪向外側路肩進行。錯輪時，每次重疊1/3輪寬。在第一遍碾壓后，再次找平。初壓終了時，檢查平整度和路拱橫坡，必要時應予修正。②復壓：用重型振動壓路機小幅振動碾壓2遍，大幅振壓3遍，碾壓過程必須遵守先慢后快，先低側后高側，先邊后中。錯輪時，每次重疊1/3輪寬。嚴禁壓路機在成型的碎石層上掉頭、急轉彎。

只有在不小于最佳含水量條件下才能達到最佳壓實效果。如果含水量偏低，尤其是夏季高溫季節施工，應根據情況以噴霧式灑水車適當灑水后再碾壓。

(4)達到壓實遍數后，人工在填隙碎石表面均勻撒布一層約5～10 mm的集料，在因攤鋪離析造成大顆粒集中的部位要適當增加撒布量，然后再用壓路機靜壓一遍整平，即可開放交通。

柔性的大粒徑間斷級配碎石層必須利用交通荷載行車壓密作用才能最終穩定、成型密實，早期的灑水養生、填隙料的補灑很是必要。但人工撒鋪填隙料需撒布均勻，填隙料如果撒布過厚，不利于后續的封層施工。級配碎石基層攤鋪碾壓完畢后，應在開放交通后10 d左右進行封層施工，一般不超過15 d，防止雨天、重載交通下，碎石層頂面出現坑槽等水損害。

在備料充足、天氣良好的前提下，大粒徑間斷級配碎石層每天可以攤鋪400 m全幅(攤鋪寬度9.5 m)。若施工遇到雨天，粉料遇水易結團，應停止施工。

5 改進的填隙碎石基層固體體積率的測試與評價

根據《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80/1-2004)，填隙碎石層要求檢測固體體積率，合格值≥83%，但是現行的公路質量試驗檢測規程沒有對檢測固體體積率做出具體的檢測方法，在查閱相關資料后，結合現場的檢測條件，采用灌砂法和灌水法檢測試坑體積。

經對比，用灌水法檢測的固體體積率比用灌砂法檢測固體體積率大3%～5%，分析原因有：(1)填隙碎石墊層表面不平整，水面不能和試坑表面平齊。(2)試坑洞壁凹凸不平，放入試坑的塑料薄膜袋不能貼緊洞壁，以上兩點原因造成用灌水法檢測出的試坑體積偏小，固體體積率計算結果偏大，確定用灌砂法檢測試坑的體積，用虹吸筒排水法檢測試樣的固體體積，然后按照計算公式計算固體體積率，具體的檢測方法如下：

5.1 標定量砂密度及錐砂重

按照《公路路基路面現場測試規程》(JTG E60-2008)的灌砂法去標定量砂單位質量γs、灌砂筒下部圓錐體內砂質量m3。

5.2 測定試洞的體積

在測點位置挖試洞，直徑為φ20 cm，深度應等于測定層厚度，但不能有下層材料混入，從試洞挖起的每份試樣分別裝入塑料袋，把集料帶回試驗室，注意不要灑漏料樣，記錄取樣的樁號、位置、編號。裝量砂入灌砂筒至標定量，記錄灌砂前砂+灌砂筒質量m1，將灌砂筒放在試洞中間，打開開關，讓砂流入洞內，直到儲砂筒內的量砂停止流動時關閉開關，取下灌砂筒，稱灌砂后砂+灌砂筒質量m2，測出試洞體積V=(m1-m2-m3)/γs。

5.3 虹吸筒排水法檢測試樣的固體體積

取出帶回的集料試樣，分別裝在料盤內，放入烘箱烘干至恒量，試樣烘干后放在一容器內，蓋上蓋，待其冷卻。把虹吸筒放在平整的地方，擰開開關，注凈水入虹吸筒，直到虹吸管口有水溢出時停止注水，到流水停止時關閉開關。將烘干除去水份的試樣緩緩放入筒內，用鐵棒攪拌、插搗水下的試樣，排除試樣中的氣體，攪拌時勿使水濺出筒外，靜待5 min，在懸浮物降沉后取量筒放置于出水口，打開開關，放出筒內由固體加入而排走的水，待不再有水流出后，閉上開關，取盛載排水的量筒到天平上秤質量，測量筒內水的溫度，記錄(量筒+排水質量)m5、量筒質量m6及水的試驗溫度t。試樣的固體體積Vg=所排出的水體積Vw=[(量筒質量+排水質量)m5-量筒質量m6]/試驗溫度下的水密度γw。

5.4 計算固體體積率

固體體積率κ=100×試樣的固體體積Vg/試洞體積V。

按此方法，觀察檢測固體體積率挖開的試坑，整個結構層比較密實，填隙料能很好鑲嵌在填隙碎石中，K30+400～K30+600試驗段大粒徑間斷級配碎石層固體體積率的檢測結果見表4。

五個樁號中K30+425(左2.5 m)和K30+450(左2.5 m)為碾壓施工后的檢測結果，K30+475(左2.0 m)、K30+470(右2.5 m)和K30+500(右2.5 m)為通車2 d后的檢測結果。

施工過程S308線大粒徑間斷級配碎石層固體體積率匯總見表5。

從表4、表5可以看出，大粒徑間斷級配碎石固體體積率滿足設計的85%，代表值達到85%～89%，后期由于超載車輛碾壓后部分路段固體體積率會有所提高，開放交通后碎石結構層穩定，沒有出現明顯的變形和車轍。

6 改進的填隙碎石基層的彎沉

設計文件所要求的第1層路面頂面彎沉值LS=52.3(0.01 mm)。從表6大粒徑間斷級配碎石層彎沉檢測看，絕大部分在30～40(0.01 mm)之間，滿足設計彎沉52.3(0.01 mm)的要求。

7 結語

(1)改進的填隙碎石按20～50 mm∶10～20 mm∶0～5 mm體積比為2∶1∶1比例摻配后，19 mm、9.5 mm、4.75 mm的通過率分別為50%、33%、26%，粗集料的用量占到74%，起到多級嵌擠咬鎖穩定作用，2.36 mm的通過率約18%，細集料起到填充密實的作用。

(2)改進的填隙碎石采用機拌、機鋪、機壓，碎石嵌擠咬合穩定，填隙料能很好鑲嵌在碎石中，采用開發的虹吸筒法檢測的固體體積率大于設計值85%，代表值達到85%～89%。經行車荷載進一步壓密，碎石結構層穩定、無變形，固體體積率也可達90%，路面結構承載能力有保證。

(3)柔性的大粒徑間斷級配碎石層可充分利用交通荷載行車壓密作用，既可以提高路面各結構層的整體穩定性，縮短施工維護交通周期，也具有良好的路用性能。