淺析級配碎石基層材料對熱帶雨林山區瀝青道路工程的意義

陳俊森

（中國十九冶集團有限公司國際工程公司，四川成都 611730）

0 前言

本文工程實例采自巴布亞新幾內亞道路工程建設項目，項目目標為對該國摩羅比省萊城納札布至東部高地省的亨加諾菲橋的高地公路（全長210km）進行修繕，升級和維護，工程項目業主為巴布亞新幾內亞獨立國國家工程部。

該項目公路為巴新萊城至東高地省的唯一公路，道路標準相當于國內二級公路，項目基層設計鋪筑厚度為20cm，一經建成，短期內將不會進行重復性的投資。因此，需求設計、施工、監理等單位密切配合，科學合理地利用資源，創造高質量的公路建筑產品。

道路工程性能指標如承載力、道路結構、材料性能必須符合巴新國家工程部2016 年制定的道路橋梁規范（Department of Works Specification for Road and Bridge Works 2015），相關規定若不適用于現場實際條件可以參考澳洲標準并提出應用申請。

1 熱帶季風氣候對瀝青道路基層侵蝕

項目工程地屬北亞熱帶南部濕潤季風氣候，季風環流是支配境內氣候的主要因素，屬熱帶海洋性氣候，每年6—10 月為旱季，11 月至次年5 月為雨季，雨季期間，尤其處于低海拔的道路施工區間，降雨雨量大、頻率高，氣候濕，溫度高。以2021 年3 月晴雨表作為參考，雨季期間基本全月有雨，月平均降雨量250.0mm 左右，月平均降雨量最大能夠達到787.6mm。圖1 是2021 年三月晴雨表。

圖1 2021 年三月晴雨表

熱帶雨林氣候侵蝕是道路產生質量缺陷的重要原因之一，若基層材料質量不好、密實度不夠、細土顆粒過多、級配不合理，道路基層施工完成后，若不及時對基層進行透油和瀝青表處護理，裸露基層將頻繁受到雨水和潮濕環境的侵蝕，經過車輛移動荷載的來回碾壓，在較大的動水壓力頻繁沖擊基層面的作用下，基層保護面很快會發生破壞，裸露的基層骨料會受到進一步侵蝕，基層出現不平整現象，在一段時間后惡化成如圖2 所示的坑槽，該處道路使用性能和舒適性受到嚴重影響，基層質量缺陷已嚴重危害公共交通安全，交通事故頻發，潛在道路安全隱患較大。

圖2 Umi 和 Zumin 橋梁路段路面坑槽情況惡劣并有積水

2 基層材料質量保證計劃

使用一定厚度、級配要求和含水率的優良級配碎石作為基層，使用質量較次材料鋪筑的次要承重層作為底基層，是巴新道路工程主要使用的基層類型。對于質量缺陷問題，熱帶雨林氣候侵蝕是道路產生質量缺陷的重要原因之一，除上述原因之外，基層材料優良級配，含水率、壓實度、和施工工藝對道路質量也有決定性影響，常見的瀝青路面道路質量缺陷如開裂、沉降、坑槽和雍包等問題的原因絕大部分來自于不合格的施工工藝、交通控制和材料質量。

對此，考慮到本項目基層級配粒料在主營地附近河道中挖取符合要求的砂礫石進行破碎參配，為使其達到設計級配要求，通過監理基層施工標準，承包商提出材料質量保證計劃，約束并規范生產工藝，確保產出的基層材料質量達到要求，保障道路質量，制備工藝流程如下：

原料取樣試驗→河床原料采取→原料生產破碎→細加工→參配拌制→基層材料取樣試驗→上料施工→路面基層壓實度試驗

其中，最重要的是對基層材料的級配進行科學的配比，相較于老路面，經過研究計算，基層級配粒料的最大粒徑應不大于37.5mm，壓碎值不大于35%，其有害物質含量及顆粒組成和塑性指數應符合規范規定要求。根據實際條件與設計條件，形成的級配粒料配比見表1。

表1 路面基層級配粒料的級配范圍

合理計算材料用量，根據路段底基層的寬度、厚度及預定的干壓實密度，確定需要的干集料數量。

在料場拌制級配混合料之前，先調試所用的拌和設備，使混合料的顆粒組成和含水量都達到規定的要求。在料場裝運前在料堆上進行灑水加濕，使其含水量較最佳含水量大1%~3%，從而能夠減少裝運過程中的集料離析現象。

3 基層材料進場試驗與現場檢試驗

在基層上料施工之前，對材料進行材料進場試驗，試驗主要包括級配試驗、含水率試驗和加州承載力試驗。基層級配試驗結果如圖3 和圖4 所示，該基層材料級配碎石由37.5mm、19.0mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm 的骨料組成，骨料含量分配合理且符合澳大利亞規范AS12893.6.3 道路基層材料級配要求。

圖3 基層級配試驗報告

圖4 基層級配碎石曲線

基層材料為非剛性材料，在后續的施工過程中材料含水率能夠影響材料之間的粘結力和凝聚力進而影響壓實度和密實度，為了保證材料靠近或者達到最佳含水率進而達到最優干密度，在施工前對基層材料進行含水率試驗也是至關重要的基層材料，含水率試驗如圖5 所示，試驗取四組試樣分別對相等質量的基層材料進行60mL、120mL、180mL 和240mL 進行加水養護。

圖5 材料含水率報告

經過穩定后對材料濕密度和干密度進行測試，得出如圖6 所示的材料干密度與含水率變化曲線，曲線說明當材料含水率達到6.74%時，材料干密度數值達到最大為2.051g/cm3，當加水量超過或者小于6.74%時，材料干密度減少，粘結力與土壤聚合力降低，即6.74%為最佳含水率（Optimum mositure content-OMC），2.051g/cm3為最大干密度（Maximum Dry Density-MDD）。

圖6 材料干密度與含水率變化關系

為最終確保基層材料的性能滿足道路基層要求，需要對基層材料進行承載力測試試驗，即荷載穿透試驗，試驗報告如圖7 所示（5mm 范圍誤差），試驗說明，隨著時間對材料進行壓實并逐漸增大壓力荷載（雙側荷載應用函數為kN=0.0149t+0.1773），當時間達到2.5min 時，材料受豎向荷載為12.4kN，橫向荷載為13.2Km，材料變化模量達到124mm，材料加州承載比為93.9%。至5min 時，材料材料受豎向荷載為18.9kN，橫向荷載為19.8km，材料變化模量達到189mm，材料加州承載比為95.5%。綜上所述，該基層材料能夠承受規定的道路荷載，滿足材料質量標準要求，能夠作為本項目道路基層應用材料。

圖7 基層材料加州承載試驗

為確保施工工藝和其他變量不會對最終的道路基層的質量產生不良的影響，在基層材料經過上料攤鋪、灑水、壓實、翻漿和精平后，承包商對路面基層進行了壓實度取樣試驗（打孔取樣），試驗結果如圖8 所示，試驗結果顯示，含水率為7.4%，濕密度為2.677g/cm3，干密度為2.492g/cm3，基層壓實度為110%，所得數據與材料性能試驗數據相差不大，說明良好施工工藝保障了基層材料的性能，能夠使基層材料的性能得到較好的發揮。

圖8 基層壓實度試驗報告

4 結論

經實驗證明，在貫徹實施基層質量保證計劃后，合理參配的級配碎石基層其各項性能指標如壓實度（承載力）、抗滲性等均得到較好的提升，在良好的施工工藝的應用下，基層材料的各項性能均能夠得到較好的發揮，路面性能產出與道路使用舒適性（參考圖9）得到令人滿意的效果。

圖9 優良的級配碎石基層

綜上所述，對于道路工程，基層是道路的主體，對于熱帶雨林道路工程項目，大量的質量缺陷來自于基層質量和施工工藝的不成熟和不規范。對級配碎石基層材料進行合理的質量控制是重要的，良好的級配碎石基層材料能夠提升基層各項性能指標如基層承載力，結構強度，抗滲性，經過合理的瀝青表面處置，道路使用壽命能獲得延長，達到質量標準，滿足使用要求。