冉隆舉，禤煒安

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng)　550003；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧　530007；3.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧　530007)

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基于貝雷參數(shù)法的級(jí)配碎石施工效果評(píng)價(jià)

冉隆舉1，禤煒安2，3

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng)550003；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧530007；3.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧530007)

為研究不同粗細(xì)級(jí)配的級(jí)配碎石混合料的施工質(zhì)量差異，設(shè)計(jì)4種級(jí)配碎石混合料并計(jì)算各級(jí)配的貝雷參數(shù)，分析貝雷參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)鋪筑效果的關(guān)系。結(jié)果表明：貝雷參數(shù)CA值越小，施工級(jí)配波動(dòng)性越大，離析現(xiàn)象越嚴(yán)重，指標(biāo)穩(wěn)定性越差；級(jí)配碎石混合料的CA值應(yīng)控制在0.47以上，兼顧混合料的骨架結(jié)構(gòu)，4.75 mm篩孔通過率宜控制在35%左右，能夠較好地保證級(jí)配碎石的整體質(zhì)量與性能長(zhǎng)期穩(wěn)健。

；道路工程；級(jí)配碎石；貝雷參數(shù)；級(jí)配波動(dòng)；離析

級(jí)配碎石是一種柔性路面結(jié)構(gòu)層，可用于路面結(jié)構(gòu)的基層、底基層或墊層。級(jí)配碎石常常用于底基層，為滿足承載力以及荷載擴(kuò)散能力需求，級(jí)配碎石層級(jí)配設(shè)計(jì)主要采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)形式。然而如何平衡骨架與密實(shí)則成了混合料配合比設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)，骨架的形成來(lái)源于足夠的粗集料，密實(shí)則又需要有充足的細(xì)集料填充空隙。

盡管級(jí)配碎石已在工程中應(yīng)用多年，并且不同的規(guī)范也給出了一些級(jí)配設(shè)計(jì)范圍，但實(shí)際應(yīng)用效果好壞至今仍未有定論，因此設(shè)計(jì)規(guī)范與施工規(guī)范對(duì)級(jí)配范圍存在較大的差異，尤其是關(guān)鍵篩孔4.75 mm的通過率要求，其對(duì)骨架結(jié)構(gòu)形成具有重要影響。貝雷法作為一種混合料級(jí)配設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)的方法，通過計(jì)算混合料合成級(jí)配的CA、FAc、FAf3個(gè)參數(shù)的大小反映混合料的骨架結(jié)構(gòu)和各級(jí)填充效果，能夠?qū)旌狭霞?jí)配的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文設(shè)計(jì)4種不同粗細(xì)的級(jí)配，在實(shí)際工程中進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑，分析貝雷參數(shù)與篩孔通過率變異性、離析狀況、技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系，為級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)提供參考。

1　級(jí)配設(shè)計(jì)及貝雷參數(shù)計(jì)算

1.1混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

用于配合比設(shè)計(jì)的集料分為4檔：19～31.5 mm、9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、0～4.75 mm。對(duì)各檔集料進(jìn)行篩分并以4.75 mm通過率控制在26%～40%設(shè)計(jì)4種不同粗細(xì)的級(jí)配，各檔集料摻配比例及合成級(jí)配如表1所示。

1.2貝雷參數(shù)計(jì)算

貝雷法是一套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)級(jí)配的方法，目前，貝雷法不僅可用于所有密級(jí)配瀝青混合料和SMA斷級(jí)配瀝青混合料的設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)，而且還適用于其他混合料級(jí)配設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)。

貝雷法對(duì)粗細(xì)集料的劃分有別于傳統(tǒng)方法，通過3個(gè)控制篩孔的通過率計(jì)算混合料級(jí)配的粗細(xì)集料比例，由集料的粗細(xì)比例分析級(jí)配的狀態(tài)，包括骨架嵌擠狀態(tài)和填充密實(shí)狀態(tài)。

粗細(xì)集料的分界篩孔稱為第1控制篩孔PCS，等于0.22倍的公稱最大粒徑NMPS。第2控制篩孔SCS是細(xì)集料中粗細(xì)集料的分界篩孔，等于0.22倍的PCS，反映細(xì)集料中粗料部分與細(xì)料部分的嵌擠、填充情況。進(jìn)一步對(duì)細(xì)料部分進(jìn)行劃分，稱為第3控制篩孔，等于0.22倍的SCS。

根據(jù)上述劃分的3個(gè)控制篩孔的通過率計(jì)算貝雷的3個(gè)參數(shù)CA、FAc、FAf，公式如下：

(1)

FAc=PSCS/PPCS

(2)

FAf=PTCS/PSCS

(3)

采用CA值指標(biāo)的目的是對(duì)粗集料的級(jí)配進(jìn)行約束，其反映粗集料中PCS～D/2粒徑與D/2～NMPS粒徑集料比例關(guān)系，CA值過大會(huì)使得混合料骨架結(jié)構(gòu)不明顯，過小則容易出現(xiàn)離析和壓實(shí)方面問題。FAc、FAf則主要是反映各自粒徑區(qū)域的填充密實(shí)狀況，也應(yīng)控制在一定的范圍，否則會(huì)造成不易壓實(shí)的情況。

根據(jù)上述公式分別計(jì)算4種級(jí)配的貝雷參數(shù)，結(jié)果如表2所示。

表2 不同級(jí)配的貝雷參數(shù)計(jì)算級(jí)配類型CAFAcFAf1#級(jí)配0.940.400.402#級(jí)配0.650.400.413#級(jí)配0.470.400.414#級(jí)配0.340.410.41

可以看出，4種級(jí)配的FAc、FAf基本一致，說(shuō)明各級(jí)配的細(xì)料密實(shí)程度基本相同。而CA值則呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，即由1#級(jí)配到4#級(jí)配骨架結(jié)構(gòu)越明顯。

2　室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

采用上述設(shè)計(jì)的級(jí)配進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)(重型擊實(shí)法)，以檢測(cè)最大干密度及最佳含水率，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1　含水率與干密度關(guān)系圖

根據(jù)表3試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在最佳含水率條件下，最大干密度由大到小的排序?yàn)?#級(jí)配>2#級(jí)配>3#級(jí)配>4#級(jí)配，反映1#級(jí)配混合料更利于密實(shí)。

表3 各級(jí)配的最佳含水率與最大干密度級(jí)配類型最佳含水率/%最大干密度/(g·cm-3)1#級(jí)配4.22.2472#級(jí)配4.12.2243#級(jí)配4.02.1874#級(jí)配3.92.165

另外，在擊實(shí)試驗(yàn)過程中，4#合成級(jí)配擊實(shí)后可以看到表面大顆粒集料較多，基本無(wú)細(xì)集料，并且稍微搖晃混合料便從試模中脫落。而1#合成級(jí)配擊實(shí)后表面粗細(xì)集料分布均勻，需敲打試?；旌狭戏娇擅撀?，說(shuō)明具有較強(qiáng)的板結(jié)力。

3　貝雷參數(shù)對(duì)施工效果影響分析

課題組在某雙向四車道高速采用上述4種級(jí)配進(jìn)行級(jí)配碎石底基層試驗(yàn)段鋪筑。施工采用雙機(jī)梯隊(duì)作業(yè)攤鋪，壓路機(jī)配備有2臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)，1臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)和2臺(tái)膠輪壓路機(jī)，碾壓遍數(shù)共6遍。根據(jù)各試驗(yàn)段的施工效果具體分析如下。

3.1貝雷參數(shù)與級(jí)配波動(dòng)性的分析

試驗(yàn)中分別從不同級(jí)配試驗(yàn)段中隨機(jī)選取4個(gè)位置取料進(jìn)行級(jí)配篩分試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2　不同級(jí)配混合料篩分結(jié)果

為評(píng)價(jià)不同級(jí)配試驗(yàn)段施工級(jí)配的波動(dòng)性，計(jì)算各級(jí)配每一篩孔通過率的變異系數(shù)，結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出，隨著CA值的減小，不同級(jí)配同一粒徑篩孔通過率的變異系數(shù)基本呈現(xiàn)增大的規(guī)律。亦即CA值越小，級(jí)配的變異性越大，施工級(jí)配的波動(dòng)性越大。

3.2貝雷參數(shù)與離析狀況的分析

根據(jù)試驗(yàn)段表觀效果，1#級(jí)配和2#級(jí)配表面均勻性好，基本無(wú)離析現(xiàn)象。3#級(jí)配存在局部離析，4#級(jí)配存在多處較為嚴(yán)重的離析現(xiàn)象，離析位置多出現(xiàn)在兩臺(tái)攤鋪機(jī)縱向交接處，其他位置亦有不同程度地分布，離析嚴(yán)重的位置基本是20～30 mm的集料堆放排列，細(xì)集料少，板結(jié)力弱。

為進(jìn)一步評(píng)價(jià)不同級(jí)配混合料的離析程度，采用鋪砂法檢測(cè)攤平砂直徑。一般來(lái)說(shuō)，離析的位置攤開面積小，不離析的位置攤開面積大。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，4#級(jí)配試驗(yàn)段不同位置攤鋪直徑變化范圍為80～180mm；3#級(jí)配試驗(yàn)段不同位置攤鋪直徑變化范圍為120～185 mm；1#級(jí)配和2#級(jí)配試驗(yàn)段攤鋪直徑基本為195 mm，無(wú)過大的浮動(dòng)?？梢钥闯?，1#級(jí)配和2#級(jí)配試驗(yàn)段的攤鋪效果更均勻，對(duì)級(jí)配碎石底基層的整體質(zhì)量更有利。

表4 各篩孔通過率變異系數(shù)統(tǒng)計(jì)級(jí)配類型CA值各篩孔通過率變異系數(shù)31.526.5199.54.752.360.60.0751#級(jí)配0.940.00.962.332.702.423.835.725.282#級(jí)配0.650.01.672.363.553.375.046.738.653#級(jí)配0.470.02.912.584.997.397.0911.0612.824#級(jí)配0.340.03.323.324.3810.9911.2312.6110.51

防離析是混合料質(zhì)量控制最不可忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，但由于離析至今無(wú)明確的評(píng)價(jià)指標(biāo)，多以目測(cè)的表觀效果進(jìn)行衡量。存在離析的部位往往是早期病害的窩點(diǎn)，在行車荷載和外界環(huán)境的作用下，路面病害逐漸向周邊部位擴(kuò)散，嚴(yán)重危害路面質(zhì)量的長(zhǎng)期穩(wěn)健性。因此從防離析的角度出發(fā)，級(jí)配碎石混合料的CA值應(yīng)控制在0.47以上，兼顧混合料的骨架結(jié)構(gòu)，建議級(jí)配碎石混合料4.75 mm篩孔通過率宜控制在35%左右。

3.3貝雷參數(shù)與指標(biāo)穩(wěn)定性的分析

試驗(yàn)過程主要對(duì)常規(guī)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，包括壓實(shí)度、平整度、彎沉，分析貝雷參數(shù)對(duì)各指標(biāo)穩(wěn)定性、均衡性的影響。

3.3.1壓實(shí)度

試驗(yàn)段鋪筑過程中，現(xiàn)場(chǎng)采用灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度，具體如表5所示。

表5 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果級(jí)配類型CA值壓實(shí)度/%平均值標(biāo)準(zhǔn)差1#級(jí)配0.9499.60.512#級(jí)配0.6599.10.533#級(jí)配0.4799.01.564#級(jí)配0.3498.82.14

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以看出，4種級(jí)配壓實(shí)度均滿足規(guī)范要求，并且平均值相差不大。但標(biāo)準(zhǔn)差存在較大差異，由小到大的排序?yàn)?#級(jí)配<2#級(jí)配<3#級(jí)配<4#級(jí)配。可知貝雷參數(shù)CA值越小，級(jí)配越粗，壓實(shí)度均勻性較差。

3.3.2平整度

采用三米直尺法檢測(cè)級(jí)配碎石底基層試驗(yàn)段平整度，結(jié)果如表6所示。

表6 平整度檢測(cè)結(jié)果級(jí)配類型CA值平整度/mm平均值標(biāo)準(zhǔn)差1#級(jí)配0.944.01.002#級(jí)配0.654.31.243#級(jí)配0.475.71.884#級(jí)配0.346.12.63

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以看出，平整度由小到大的排序?yàn)?#級(jí)配<2#級(jí)配<3#級(jí)配<4#級(jí)配。因此，貝雷參數(shù)CA越大，級(jí)配越細(xì)，平整度越好，并且均勻性更好。這主要是因?yàn)檩^粗級(jí)配的混合料攤鋪到路面上存在一定的離析，不同位置檢測(cè)出的松鋪系數(shù)不一致，并且粗料位置的可壓實(shí)性比細(xì)料差，因此檢測(cè)的平整度離散程度較大。

3.3.3彎沉

采用貝克曼梁法對(duì)路面彎沉進(jìn)行檢測(cè)，后軸重15 t，檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

表7 彎沉檢測(cè)結(jié)果級(jí)配類型CA值彎沉/mm平均值標(biāo)準(zhǔn)差1#級(jí)配0.9465.65.572#級(jí)配0.6571.511.643#級(jí)配0.47104.216.394#級(jí)配0.34115.629.87

由表7可以看出，不同粗細(xì)級(jí)配的彎沉值呈現(xiàn)的規(guī)律與平整度的基本一致，由小到大的排序?yàn)?#級(jí)配<2#級(jí)配<3#級(jí)配<4#級(jí)配，反映了貝雷參數(shù)CA越大，彎沉值越小，均勻性越好。

4　結(jié)論

通過對(duì)不同粗細(xì)級(jí)配的級(jí)配碎石混合料的貝雷參數(shù)分析以及貝雷參數(shù)與施工效果的關(guān)系研究，可以得出以下結(jié)論：

1) 隨著貝雷參數(shù)CA值的減小，不同級(jí)配同一粒徑篩孔的變異系數(shù)均增大。亦即CA值越小，級(jí)配的變異性越大，施工級(jí)配的波動(dòng)性越大。

2) 級(jí)配碎石混合料的貝雷參數(shù)CA值應(yīng)控制在0.47以上，兼顧混合料的骨架結(jié)構(gòu)，4.75 mm篩孔通過率宜控制在35%左右。CA值越小，混合料的骨架結(jié)構(gòu)越明顯，但在施工過程中容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

3) 試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著貝雷參數(shù)CA值的減小，級(jí)配碎石混合料級(jí)配越粗，級(jí)配碎石層的壓實(shí)度、平整度、彎沉指標(biāo)的均勻性有所下降，路面施工質(zhì)量控制難度增大。

4) 建議級(jí)配碎石混合料配合比設(shè)計(jì)在遵循骨架結(jié)構(gòu)型式的同時(shí)，要合理兼顧級(jí)配的密實(shí)性、可實(shí)施性，避免大范圍的局部離析現(xiàn)象，提升路面整體質(zhì)量和性能長(zhǎng)期穩(wěn)健。

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2016-03-11

冉隆舉(1972-)，男，高級(jí)工程師，主要從事道路施工與管理。

；1008-844X(2016)03-0070-04

；U 416.214

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