河百高速同步碎石封層技術參數確定及施工技術優化

張 龍 （中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

關鍵字：封層；碎石粒徑；碎石用量；有效厚度；工藝

1 設計文件中主要存在的問題分析

設計原文為“河百高速公路路面設中要求封層采用1cm同步碎石封層，使用A級70號道路石油瀝青，瀝青用量為1.5kg/m2；采用粒徑為4.75～9.5mm的碎石，壓碎值不大于22%，碎石用量為7～9m3/1000m2”。根據設計文件七《施工方案及注意事項》和《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40），結合廣西大學梁軍林教授的咨詢意見我們將設計文件中主要存在的問題歸納如下：

①按照4.75～9.5mm碎石用量為7～9m3/1000m2的要求，將會形成至少2層的碎石堆積，且對于1.5kg/m2的瀝青用量只能形成厚度1.5mm的瀝青膜，瀝青膜不能完全包裹碎石，會存在抗剪強度和抗疲勞性能極差的夾層，不僅不會起到封層的作用，還會大大降低道路的使用壽命；

②根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40），設計厚度1cm，瀝青用量1.5kg/m2，4.75～9.5mm碎石用量為7～9m3/1000m2的封層宜采用層鋪法施工，采用單層層鋪法施工，密度為1300～1650kg/m3的碎石和1.5kg/m2的瀝青用量，碾壓后形成的瀝青處治封層剩余空隙率為0.35～0.30，不滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40）第6.4.2封層完全不透水的技術要求；

③設計文件要求的堅固性質量損失不大于12%，吸水率不大于2%，相對密度不低于2.60，為低品質碎石的技術指標；而壓碎值不大于22%，遠遠超過《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40）表面層不大于26%，其它層次不大于28%的技術要求，只有極少數火成巖碎石可以滿足要求，設計文件要求4.75～9.5mm碎石的壓碎值，并沒有相應的評價方法，壓碎值試驗采用9.5～13.2mm的碎石進行評價，不同粒徑的碎石并不具有相同的壓碎值，小碎石的壓碎值會明顯大于大碎石的壓碎值，這并不是材料強度不足，而是定義了通過2.36mm篩孔為壓碎，小碎石的粒徑離2.36mm更近些，不需要壓碎大集料，相同壓力或作用功時壓碎值會增大。

2 問題解決方案

2.1 初步方案

本項目結合路用材料的實際條件，和已有的技術標準從封層的定義和功用出發，在廣西大學梁軍林教授指導下，我們總結出以下幾點同步封層應當具備的技術指標。

①同步封層的厚度采用《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中規定的大于6mm的技術要求。

②瀝青灑布量采用設計規定值不小于1.5kg/m2。

③同步封層用碎石采用滿足瀝青下面層的技術指標的石灰巖碎石。

2.2 方案細化

根據封層有效厚度需要大于6mm，瀝青撒布量為1.5kg/m2，以及技術規范中要求完全不透水我們可以對碎石撒布量進行以下計算。

碎石有效厚度應按以下公式1計算：

其中D為封層的總厚度，為6mm；Dp為瀝青有效厚度，計算值為瀝青單位面積質量與瀝青表觀密度的比值，瀝青密度為0.96kg/m3～1.04kg/m3之間，為方便計算取1.0kg/m3則DG為4.5mm。

由于在同步封層碎石施工中，碎石不產生堆疊時其經膠輪碾壓后的狀態應介于堆積密實狀態和絕對密實狀態之間，其中堆積密實狀態單位體積質量可以用堆積密度表征，絕對密實狀態的單位體積質量可以用毛體積密度表征，經過對本項目使用的石灰巖碎石4.75mm～9.5mm及9.5mm～13.2mm的搗實密度分別為1.55kg/m3和 1.54kg/m3，毛體積密度均為 2.68kg/m3，這樣碎石撒布量就可以按以下公式2計算上下限值：

其中ρ為碎石的密度，分別取堆積實密度和毛體積密度代入，即得出碎石撒布量的邊界值，經計算，上限值為12kg/m2，下限值為7kg/m2。

根據計算結果，我們開展了相關試驗，確定碎石應采用的規格。

其簡要試驗過程：采用手工平鋪的方法將預設單位面積質量的碎石平鋪于已標記尺寸的地面上，實行盲樣，評價碎石滿鋪情況和堆疊情況，滿鋪率可用肉眼觀察估計。

以下是試驗結果整理。

編號 碎石類別 單位面積碎石質量（kg/㎡） 評價1 1# 8 滿鋪率約為90%，局部存在堆疊情況2 1# 10 滿鋪率為100%，存在堆疊情況3 2# 8 滿鋪率約為75%，無堆疊4 2# 10 滿鋪率約為85%，無堆疊5 2# 12 滿鋪率約為95%，偶見堆疊

表中1#碎石公稱粒徑為4.75mm～9.5mm，2#碎石公稱粒徑為9.5mm～13.2mm；通過試驗結果分析可知，單位面積碎石質量和碎石的公稱粒徑大小正相關，碎石發生堆疊的概率和碎石的公稱粒徑大小程負相關。

根據試驗結果，我們取2#料即公稱粒徑為9.5mm～13.2mm的碎石作為封層用碎石撒布料，以便于更好滿足規范要求。

3 下封層施工

透層油完全破乳后，即可進行瀝青同步碎石灑布。同步碎石采用智能瀝青同步碎石撒布車進行灑布。瀝青采用70#道路石油瀝青，瀝青用量按照1.5kg/m2設定，碎石撒布量按照10kg/m2設定，撒布前，對同步碎石撒布車管道及瀝青進行加熱至140℃以上，并確保管道通暢；碎石材料采用其潔凈、無雜質、無潮濕的9.5mm～13.2mm的石灰巖碎石，同時要檢查碎石滑槽的暢通狀況和開關的緊固程度，確保施工時滑槽及開關狀態不發生變化，出現撒布不均勻的現象。

撒布正式開始前，應當開展試撒布，試撒布段落不少于100m，試撒布過程中，采用已經標定質量m0的方形大不銹鋼淺盤置于撒布帶上，記錄撒布車輛的瀝青撒布參數和碎石撒布開關參數，待撒布車按照預定車速開過后立即取走淺盤，并稱量，其結果記為m，將淺盤在試驗室中加熱，小心收集淺盤中樣品，注意不使碎石遺失，將樣品置于三氯乙烯中洗凈并烘干，稱量烘干碎石質量為m2，則m2即為碎石撒布量，瀝青撒布量m3按照以下公式3計算：

根據試驗結果調整撒布參數，直至滿足要求，即可完成試撒布工作。

正式撒布時要注意撒布車尾部有人跟蹤，確保不出現花白、漏灑等現象，撒布過程中膠輪壓路機在確保行車安全的條件下盡量緊跟撒布車進行碾壓，確保碎石和瀝青的有效粘接。

4 下封層施工工藝優化

在實際施工過程中我們發現，無論經過怎樣的精細化管理，在下封層施工過程中仍然會出現碎石和瀝青粘接不夠牢固的情況，為解決這一問題，本項目開展了下封層施工工藝的優化工作。

其具體原因分析和優化調整方案以及效果評價如下表所示。

序號 可能原因 優化調整方案 效果評價1 碎石潔凈程度不夠 碎石經過水洗工藝有一定效果，但是碎石經水洗后難于干燥，出現粘接效果反而下降的情況2 瀝青降溫較快提高瀝青加熱溫度 受瀝青加熱溫度上限影響，效果不明顯減少壓路機和撒布車安全距離施工進度緩慢，易發安全事故3瀝青和碎石的溫度梯度過大提升碎石溫度，將碎石過瀝青熱料倉后，趁熱施工效果顯著，達到預期目標

經過實踐表明，提高同步封層施工質量，保證碎石和瀝青的有效性粘接，采用提升碎石溫度，將碎石過瀝青熱料倉后，趁熱施工的方法是最直接有效的，其實質就是降低瀝青與碎石的溫度梯度，其中為了保證瀝青具備一定的流變性條件，碎石的加熱溫度需要保證壓路機在碾壓時不低于100℃是比較合適的。以下是本項目同步封層施工方案優化后的成活效果。

5 結語

中交二航局在廣西河百高速公路路面標的建設過程中，在廣西大學梁軍林教授技術指導下，采用了許多基于科學性和嚴謹性的施工細節的優化方案，本文就是本項目瀝青路面封層施工中，在設計存在偏差、規范無明確要求的條件下，從最基本的定義出發，開展的瀝青同步碎石封層相關參數確定和施工技術優化的介紹。通過文中實例，對類似工程具備一定借鑒作用。