大粒徑級配碎石基層施工質量控制分析

蒙翠瓊

(廣西壯族自治區橫縣公路管理局，廣西 南寧 530300)

0 引言

我國重載交通道路普遍應用半剛性基層瀝青路面，是因其承載力、整體穩定性及抗疲勞性能都比較好。但近年來半剛性瀝青路面的問題逐漸凸顯，裂縫病害、排水不良產生的沖刷、唧漿、層間脫空等病害突出[1]。而大粒徑級配碎石作為半剛性基層和瀝青路面之間的上基層，在功能上可有效地防止和減緩瀝青路面的反射裂縫，提高整個路面結構的抗疲勞性能和抗永久變形能力，同時起到排水基層的作用[2]。

本文依托那陽至百合公路某標段災后重建工程，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成果的基礎上，結合當地氣候和工地實際情況，對大粒徑級配碎石基層的施工及質量控制進行研究。

1 工程概況

那陽至百合段公路處于山地丘陵性盆地地貌區，屬亞熱帶季風氣候區，其年平均氣溫為16.5 ℃～23.1 ℃，最高氣溫33.7 ℃～42.5 ℃，該地區氣候溫暖，雨水豐沛，干濕分明，冬少夏多，季節變化明顯。年均降水量為1 500～2 000 mm。因此要求重建路面具有良好的排水和抗水損性能。

舊有公路設計為二級公路，設計速度80 km/h，路基寬12 m，路面寬9 m。舊路面結構形式為瀝青混凝土路面。路面已出現較多網狀裂縫、縱橫向裂縫、面層瀝青骨料脫落等破壞，局部路段出現唧泥現象。重建工程保持公路設計等級不變，路基路面寬度不變，針對原公路病害，結合氣候和實際情況進行施工，工期從2016-03-31至2016-12-28共9個月，重建公路總長13.62 km，設計將原路面作為底基層，在其上加鋪厚度15～18 cm大粒徑級配碎石基層+1.5 cm熱瀝青同步碎石封層(兩油兩料)+9 cm瀝青混凝土面層。

2 舊路狀況評估

2.1 PCI路面破損調查

根據《公路技術狀況評定標準》(JTG H20-2007)中，瀝青混凝土路面損壞狀況指數PCI評估方法，對舊路面進行檢測和評價，PCI指數<60，路面破損狀況較差，各樁號的檢測表如表1所示。

表1 路面破損狀況檢測匯總表

由表1可見，除局部樁位外，舊路面破損PCI指數都較低，路面破損狀況嚴重。

2.2 路面彎沉檢測

采用落錘式彎沉儀(FWD)對舊瀝青混凝土路面的彎沉進行評價。FWD通過計算機控制下的液壓系統提升并下落一重錘，對路面施加脈沖荷載。通過埋設5～9個傳感器測定路面變形情況(見圖1)。

圖1 路面彎沉大小分布圖

由圖1可見，路面各樁位中，K3、K10處的彎沉值較大，其變異性也較大，其余彎沉測試值均<40(0.01 mm)，表明半剛性基層舊瀝青路面的路基、路面整體結構處于穩定狀態，具有足夠的強度、剛度、結構承載能力，不需要進行結構補強。明確在重建工程中主要工作是恢復路面現有的排水系統、防治反射裂縫、恢復瀝青路面的功能。

2.3 水泥穩定碎石基層無側限抗壓強度檢測

通過基層鉆芯取樣測定基層的無側限抗壓強度，以評估舊路面水泥穩定碎石基層的性能，得到表2試驗結果。

表2 水泥穩定碎石基層芯樣無側限抗壓強度試驗結果表

測得的芯樣強度基本在6.0 MPa以上，平均值達15.6 MPa，滿足設計要求。這是因為水泥穩定碎石基層在使用年限內，強度一直增加，在舊路面破壞時，其強度生成完全，將原有路面作為底基層時，其強度能夠滿足規范要求。

3 新建路面的原材料與配合比設計

3.1 材料要求

根據《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)要求，對于瀝青混合料結構層，工程使用的粗集料為石灰巖碎石，細集料為機制砂，礦粉采用憎水石灰巖磨細礦料，要求集料堅硬耐磨，干燥潔凈無雜質，顆粒組成合理。結合工程所在地溫熱多雨氣候特點，工程選用70#A級瀝青，瀝青用量為2.4～2.8 kg/m2。

對于大粒徑級配碎石基層，根據潮濕多雨的特點，選用塑性指數<6的大粒徑級配碎石材料，主要包含粒徑為37.5～19 mm、19～9.5 mm、9.5～4.75 mm，合理組配以達到較高強度和穩定性。嚴格控制其細土含量，并控制其公稱最大粒徑在37.5 mm。碎石中針片狀顆粒的總含量應≤20%，壓碎值≤30%。

3.2 配合比設計

3.2.1 瀝青混凝土級配設計

AC-13、AC-16瀝青混凝土面層采用馬歇爾試驗配合比設計方法，根據標準要求的動穩定度、水穩性和滲水系數，結合工程經驗，給出其級配范圍如表3所示。

表3 AC-13C/AC-16C級配范圍表

為了確保在目標配合比級配最佳含水量下的CBR值≥100%，同時固體體積率≥85%，設計的大粒徑級配碎石級配范圍如表4所示。

表4 大粒徑級配碎石設計級配表

3.3 路面結構方案

結合以上分析和工程實際經驗，得出重建工程的路面設計方案(見表5)。

表5 重建路面結構方案表

4 大粒徑級配碎石施工質量控制

4.1 施工前準備

施工前，需要對舊路面進行清理清掃，對路面裂縫、破損、唧泥等病害部位重點清理，清理工作完成后要灑水保持路面潤濕。合理編制施工進度計劃，做好技術交底，確保施工高效有序進行。

4.2 拌合與運輸

根據施工現場布置，選擇合理的拌合與運輸方案，本項目大粒徑級配碎石施工主要采用場站內集中拌合，分級備料，分級堆放。由于級配碎石在施工過程中水分會蒸發，含水率下降，要確保碾壓施工在最佳含水量范圍內進行，需要加水使集料含水量在最佳含水量之上。針對不同的天氣特點，對溫度低而濕度大的天氣，應當高出最佳含水量0.5%～1%；在溫度較高，空氣干燥的情況，高出最佳含水量的1%～2%更適宜。在施工前，將水適量撒布在粗集料中，使其預先吸水達到飽和，能起到粗集料含水量保持在較高水平的效果，確保施工質量。此時應保持細集料和石屑的干燥，能使集料的施工性能達到最佳。另外要規范拌合工藝，確保不發生離析現象。

4.3 攤鋪

采用攤鋪機進行攤鋪。攤鋪機司機必須有熟練的技術水平，調試好攤鋪機的工藝參數，以滿足平整度、坡度、高程及橫斷面要求，且盡可能減小離析。攤鋪前宜采用人工輔助鋪設土工格柵反包級配碎石層。攤鋪過程中，找平工要注意送料器的存料高度，及時調整。設置可移動基準面，保證兩臺攤鋪機之間的標高基準面準確，兩機重疊攤鋪，控制重疊長度為20～30 cm，保持攤鋪機之間的距離在8～10 m范圍。安排專人負責搭接處的離析，加裝反轉螺旋葉片以減少機械原因造成的離析，盡可能確保攤鋪施工的質量。

4.4 碾壓

嚴格控制碾壓工序、時間、接縫及橋頭處理等環節的施工質量，能夠使基層壓實度符合要求，使路面平整度達到標準。碾壓施工的一般原則是：從高程較低的一側向高程高的一側，由慢壓到快壓，先輕壓一遍再接著重壓。

由于大粒徑級配碎石的特點，只有在不小于最佳含水量條件下才能到最佳壓實效果[3]，因此現場碾壓時應嚴格控制含水量。級配碎石攤鋪后應緊跟及時碾壓，拖延壓實時間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，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。如果含水量過高，應立即停止碾壓，并用平地機翻曬，待其接近最佳含水量時，再進行碾壓。

級配碎石基層可采用振動壓路機與輪胎壓路機碾壓組合工藝。采用振動壓路機和膠輪壓路機聯合碾壓，碾壓效果較好。首先用靜壓碾壓級配碎石，材料取得密實的結構和相當的穩定性能后，再采取強弱振動結合施工，進一步降低空隙率，提升結構的密實性和穩定性。施工最后過程采取膠輪壓路機碾壓，通過上述的施工工序，基層的內外結構面密實性最大。根據路面攤鋪厚度，各路段要求的壓實度標準，隨時調整碾壓施工的次數，從而可在避免過壓的同時，確保壓實施工質量。

4.5 保養

大粒徑級配碎石基層碾壓完成后，要及時開放交通，并根據天氣變化情況進行灑水保養，確保基層表面濕潤不流淌。

5 大粒徑級配碎石施工質量檢測

經檢測，那陽至百合公路災毀恢復重建工程大粒徑級配碎石基層的壓實度、彎沉值、平整度、厚度、寬度等各項指標均符合設計和相關規范的要求，施工質量優良，達到了設計和施工的預期目標。

6 結語

(1)通過對舊路面的狀況調查分析發現，原有路面的破損情況嚴重，PCI評價較差，但原路面的彎沉和抗壓強度都滿足作為底基層的標準。新路面的設計基于此條件，在舊路面底基層和新鋪瀝青混凝土面層間鋪筑大粒徑級配碎石基層，能夠滿足路面強度和路面排水兩方面的要求。

(2)大粒徑級配碎石結構層的強度，是依靠碾壓施工來保證的，通過碾壓工序，級配碎石中的大顆粒集料成為聯結嵌擠的結構，而細顆粒填充進空隙中，從而取得路用強度。因此碾壓施工的質量，很大程度決定級配碎石基層的質量。另外要采取適合級配碎石的保水措施，保證施工時的最佳含水量，以取得最佳的壓實效果。

(3)在針對大粒徑級配碎石基層碾壓施工時，使用振動壓路機和膠輪壓路機組合碾壓工藝，可以取得良好的效果。能使結構層空隙率降低，內部更密實。

(4)大粒徑級配碎石的強度、耐久性、施工和易性主要受到其級配影響。應避免施工中產生離析，能夠使其級配穩定，避免發生級配變異。嚴格控制材料拌合工序和攤鋪、碾壓施工質量可以減少離析發生的可能，保證施工的質量。