李曉明

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司技術(shù)中心， 四川 成都 610000）

1 概述

級(jí)配碎石墊層是處于公路路基與水穩(wěn)層之間的一種無(wú)粘結(jié)性能的柔性結(jié)構(gòu)層，是公路重要的結(jié)構(gòu)層之一。級(jí)配碎石墊層起到保護(hù)土路基不受水與寒冷等不利自然條件侵蝕的作用，有良好的擴(kuò)散應(yīng)力能力，良好的隔溫性、隔水性和排水性以及有效減少路基反射裂縫產(chǎn)生的能力。本文依據(jù)成都第二繞城高速公路西段項(xiàng)目LM1合同段路面工程進(jìn)行摻入礦粉的級(jí)配碎石試驗(yàn)路鋪筑，樁號(hào)為K99+680～K99+908.8），提出在級(jí)配碎石中摻入礦粉可以提高級(jí)配碎石路用性能及整體板結(jié)效果，并介紹了摻入礦粉后級(jí)配碎石墊層施工中的材料控制、生產(chǎn)拌制、攤鋪碾壓及工后養(yǎng)生等環(huán)節(jié)的施工及質(zhì)量控制。

2 級(jí)配碎石材料組成與級(jí)配優(yōu)化

在混合料使用過(guò)程中，影響其性能的因素有很多，如結(jié)構(gòu)構(gòu)造、粘結(jié)材料等。而在級(jí)配碎石過(guò)程中，混合料結(jié)構(gòu)是影響其性能的主要因素之一，如果級(jí)配碎石沒(méi)有將瀝青、水泥等粘結(jié)作用發(fā)揮出來(lái)，便會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，本試驗(yàn)采用粗、中、細(xì)三種級(jí)配碎石級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)，分別與三種盧曼結(jié)構(gòu)類型相對(duì)應(yīng)，即骨架空隙結(jié)構(gòu)、懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)和骨架結(jié)構(gòu)。本次試驗(yàn)所選用的破碎卵石粗細(xì)集料均采用沿線河壩采集的卵石軋制而成，礦粉由合格材料供應(yīng)商提供。各檔集料應(yīng)按設(shè)計(jì)文件或者規(guī)范要求進(jìn)行篩分、密度、壓碎值等試驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)文件內(nèi)容規(guī)定，在整個(gè)項(xiàng)目工程建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)不同規(guī)格集料的通過(guò)率進(jìn)行確定，之后確定出級(jí)配曲線，再根據(jù)不同的比例系數(shù)，促使其形成符合要求的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)

表2 .1 卵石細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果

表2 .2 卵石細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果

表2 .3 粗集料試驗(yàn)結(jié)果

表2 .4 礦粉試驗(yàn)結(jié)果

表2 .5原材料篩分結(jié)果

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圖2 .1 級(jí)配碎石墊層的合成級(jí)配曲線

根據(jù)級(jí)配碎石的級(jí)配曲線,最終確定了級(jí)配碎石不同規(guī)格集料的比例，外摻礦粉均為5%。

表2 .6 級(jí)配碎石級(jí)配粒徑比例

圖2 .2未摻入級(jí)配碎石的級(jí)配碎石擊實(shí)試件

圖2 .3摻入礦粉的級(jí)配碎

石擊實(shí)試件

表2 .7級(jí)配碎石重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)粗中細(xì)三個(gè)級(jí)配試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，對(duì)應(yīng)的重?fù)魧?shí)試驗(yàn)中含水量最小、于密度最大，CBR承載力最高，并靠近中值，是典型的“S”型連續(xù)骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。因此，中級(jí)配為最佳級(jí)配。

3 級(jí)配碎石墊層性能研究

3.1 級(jí)配碎石墊層CBR值

表3 .1 摻入礦粉級(jí)配碎石混合料CBR平均值

根據(jù)粗中細(xì)級(jí)配碎石CBR平均值中級(jí)配最大，說(shuō)明了其強(qiáng)度相對(duì)最高，黏聚性和嵌擠作用最好，因此選擇中級(jí)配級(jí)配碎石進(jìn)行施工作業(yè)。

3.2 施工穩(wěn)定性

礦粉是一種由石灰?guī)r軋制而成的堿性材料，具有一定的粘結(jié)性，摻入到級(jí)配碎石里后，可以明顯提高級(jí)配碎石墊層的整體板結(jié)作用。通過(guò)本試驗(yàn)路及以往成功的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得到：礦粉不但在級(jí)配碎石中起到一定的填充作用，還能起到粘結(jié)作用，有效改善級(jí)配碎石的整體性能，增加級(jí)配碎石混合料的密實(shí)性。在施工中，可以有效減小或避免混合料的推移、離析等現(xiàn)象；碾壓成型后，減小，級(jí)配碎石在重車行車條件下出現(xiàn)的車轍深度，提高了對(duì)路面基礎(chǔ)整體質(zhì)量及使用性能。

圖3 .1 摻入礦粉級(jí)配碎石墊層攤鋪結(jié)果

圖3 .2 未摻入礦粉級(jí)配碎石墊層攤鋪結(jié)果

圖3 .3 摻入礦粉級(jí)配碎石墊層碾壓密實(shí)后的結(jié)果圖

3.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

級(jí)配碎石墊層的重要指標(biāo)是壓實(shí)度和彎沉值，壓實(shí)度指標(biāo)是密實(shí)度的一個(gè)指標(biāo)，回彈彎沉值可以表明級(jí)配碎石墊層的承載能力和強(qiáng)度，級(jí)配碎石壓實(shí)度能達(dá)到要求但彎沉值不一定能達(dá)到要求。彎沉值不僅可以反映墊層的級(jí)配結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力，也可以將下層路床結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載能力反應(yīng)出來(lái)。在路基回彈彎沉和壓實(shí)度相同的情況下，并且級(jí)配碎石都滿足規(guī)范要求的同時(shí)，進(jìn)行彎沉試驗(yàn)，分析摻入和未摻入礦粉的級(jí)配碎石墊層承載能力的大小。

根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果表明：當(dāng)施工工藝一致時(shí)，路基壓實(shí)度以及回彈彎沉也會(huì)保持一致，此時(shí)摻入適量礦粉的級(jí)配碎石墊層比未加入集料級(jí)配碎石墊層的車轍深度淺，如果此時(shí)的彎沉值降低，彎沉標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)出現(xiàn)一定的改變，這也充分說(shuō)明了級(jí)配碎石料的添加比卵碎石細(xì)集料級(jí)配碎石墊層的整體板結(jié)性較好，承載能力較高。

4 級(jí)配碎石施工控制

結(jié)合本項(xiàng)目級(jí)配碎石施工經(jīng)驗(yàn)，級(jí)配碎石施工重點(diǎn)應(yīng)控制內(nèi)容如下：

1)混合料離析控制：施工中要嚴(yán)格控制原材料的變異和施工中產(chǎn)生的離析。料場(chǎng)不同規(guī)格的集料必須分別堆放，并且嚴(yán)格控制集料高度，不宜超過(guò)3 m，可以防止集料塌落式離析。而在細(xì)集料的控制過(guò)程中，應(yīng)該以搭棚保護(hù)的形式為主，避免受到雨水的影響。除此之外，整個(gè)料場(chǎng)也應(yīng)該做好排水設(shè)施的建設(shè)工作。一旦設(shè)備出現(xiàn)大量的離析現(xiàn)象，將會(huì)對(duì)后續(xù)工作的開展造成嚴(yán)重影響，甚至還會(huì)導(dǎo)致停工情況。所以說(shuō)，工作人員應(yīng)該做好設(shè)備工作參數(shù)的調(diào)整工作，將施工段落清除。

2)施工含水量的控制：為了進(jìn)一步確保級(jí)配混合料在最佳含水條件下進(jìn)行碾壓，工作人員可以根據(jù)材料的含水量和天氣因素來(lái)確定加水量。例如，該項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域處于平原地區(qū)，溫度高，風(fēng)力強(qiáng)，混合料水分蒸發(fā)較快。因此，在夏季階段的含水量確定應(yīng)高于平時(shí)的1%左右，為混合料攤鋪工作的開展提供有利條件。待整個(gè)攤鋪工作技術(shù)之后，還可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行霧狀灑水。

3)級(jí)配碎石混合料的卸料與運(yùn)輸：在裝料工作開始之前，人們需要做好車廂的清洗工作，并保持內(nèi)部的清潔和干燥，尤其是在裝料過(guò)程中，應(yīng)確保車輛與下料口相接近。另外，人們對(duì)裝料工作的開展也有著十分明確的要求，需按照先后順序來(lái)移動(dòng)裝料，降低混合料的離析數(shù)量，整個(gè)裝料也不能過(guò)滿，當(dāng)車輛進(jìn)入到攤鋪區(qū)域之后，應(yīng)該降低車輛的行駛速度。而在卸料過(guò)程中，也應(yīng)該做到及時(shí)和迅速，避免第二次離析的出現(xiàn)。

4)混合料攤鋪：級(jí)配碎石墊層厚15cm，宜采用全斷面攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，搭接寬度為15～20 cm。攤鋪機(jī)行進(jìn)速度1.5～2 m／min。為了確保效果，管理人員可以安排專人來(lái)消除粗細(xì)集料的離析問(wèn)題，尤其是在粗集料“窩”附近，可利用細(xì)混合料的攪拌記憶新混合料填補(bǔ)措施，保持整體集料的攪拌均勻。

在人工攤鋪工作開展過(guò)程中，可以對(duì)鐵鍬進(jìn)行合理應(yīng)用，從而確?；旌狭蠑傞_的徹底，一旦發(fā)現(xiàn)攪拌不均勻問(wèn)題，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工翻拌，促使整個(gè)混合料保持均勻，還可以利用新的混合料填補(bǔ)，保持整體的勻稱特性。

5)混合料碾壓：在碾壓順序的確定上，以直線段和平曲線段為主，并以“先兩邊、后中間”的工作原則，進(jìn)行“由內(nèi)向外”的逐一碾壓。該種方式的實(shí)施可以概括為高頻、低幅 、慢壓等流程，碾壓次數(shù)一般以6到8遍為主，前兩遍采用20t單鋼輪壓路機(jī)靜壓一遍，微震一遍，碾壓速度采用1.5～1.7km/h為宜，然后采用20t單鋼輪強(qiáng)振碾壓1-2遍、膠輪碾壓1-2遍，碾壓速度為1.8～2.2km/h，最后采用12t雙鋼輪收壓1-2遍，收壓采用靜壓，在碾壓工作結(jié)束之后，工作人員需要對(duì)基層頂面標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，如果超過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)定值，應(yīng)該將高出的部分去除，如果低于設(shè)計(jì)值，則需要采取混合料的添加方式，在壓實(shí)之后在與標(biāo)高相對(duì)比。

5 施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

1)級(jí)配變異性控制：整體來(lái)看，級(jí)配碎石強(qiáng)度和剛度等影響因素以施工級(jí)配為主，再加上級(jí)配變異的影響，很容易引發(fā)原材料不穩(wěn)定問(wèn)題出現(xiàn)。因此，在具體工作開展過(guò)程中，需要對(duì)原材料中的利息問(wèn)題進(jìn)行有效控制。發(fā)現(xiàn)攤鋪時(shí)發(fā)現(xiàn)大面積離析，應(yīng)停工檢查調(diào)整設(shè)備，對(duì)施工中產(chǎn)生的局部離析應(yīng)派專人及時(shí)修補(bǔ)。

2)碾壓設(shè)備合理組合：有效控制級(jí)配碎石墊層的壓實(shí)度，同時(shí)有良好的嵌結(jié)構(gòu)骨料壓碎率小，必須嚴(yán)格控制機(jī)械配合。壓路機(jī)的振動(dòng)方式包括強(qiáng)振和弱振之分。在強(qiáng)振的作用下，由于穿透力較大，其影響深度也會(huì)得到進(jìn)一步擴(kuò)大，最高可以達(dá)到25cm，尤其是在結(jié)構(gòu)層中部到底層空間內(nèi)，壓實(shí)操作顯得十分重要，可確保整個(gè)設(shè)備組合滿足使用要求。其次，在膠輪的使用上，主要激發(fā)的是搓揉作用，讓整個(gè)系統(tǒng)表面的顆粒實(shí)現(xiàn)重新排序，為后續(xù)振動(dòng)壓實(shí)工作的開展提供便利條件。最后，將局部缺陷和輪跡消除。施工實(shí)踐證明，通過(guò)鋼輪壓路機(jī)的振動(dòng)壓實(shí)和輪胎壓路機(jī)的搓揉相互作用，最后雙鋼輪收壓，對(duì)碎石類墊層的壓實(shí)效果具有顯著的提高。因此，在級(jí)配碎石施工碾壓過(guò)程中，應(yīng)該以振動(dòng)壓路機(jī)和輪胎壓路為主要的工作形式。為了提升工作效果，人們可以將鋼輪靜碾加入其中，利用兩種結(jié)構(gòu)交換作業(yè)的方式，避免在施工中產(chǎn)生薄弱點(diǎn)和過(guò)強(qiáng)點(diǎn)。與此同時(shí)，還要對(duì)碾壓含水率進(jìn)行精確控制，可以根據(jù)碾壓結(jié)果來(lái)確定，促使整個(gè)級(jí)配碎石的碾壓達(dá)到最佳效果。

3)松鋪系數(shù)的控制：在攤鋪工作開展過(guò)程中，人們應(yīng)高做好松鋪系數(shù)的控制，如果系數(shù)過(guò)大，很容易增加攤鋪厚度，不利于材料的節(jié)約使用，增加了路面的下層厚度。如果松鋪系數(shù)高校，整個(gè)攤鋪過(guò)程也會(huì)出現(xiàn)厚度不足等問(wèn)題，增加了水泥的消耗量。因此，試驗(yàn)段施工中應(yīng)得出合理的松鋪系數(shù)，級(jí)配碎石施工松鋪系數(shù)一般在1.25～1.30之間。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）摻入適量礦粉的卵碎石級(jí)配碎石與卵碎石級(jí)配碎石具有良好的隔溫性、隔水性和排水性。

（2）級(jí)配碎石礦料級(jí)配優(yōu)化結(jié)果表明，采用“S”型連續(xù)骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)承載力優(yōu)于骨架間斷結(jié)構(gòu)和懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。

（3）在相同施工工藝和相同的集料級(jí)配，且在路基壓實(shí)度和回彈彎沉一致的條件下，摻入適量礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層的整體板結(jié)性較卵碎石級(jí)配碎石墊層的好，強(qiáng)度更高、車轍更淺、彎沉值更小，整體穩(wěn)定性更好。

（4）摻入適量礦粉的卵碎石級(jí)配碎石墊層較卵碎石級(jí)配碎石墊層的路用性能更好，賦予高速公路一個(gè)強(qiáng)而穩(wěn)定的基礎(chǔ)，避免由于反射縫的存在導(dǎo)致路面遭到破壞，提升公路的使用壽命。

（5）對(duì)碾壓機(jī)械組合方式進(jìn)行合理選擇，是提升壓實(shí)度的主要因素之一。由于振動(dòng)壓路機(jī)存在弱震效果，可以確保級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)層中的密實(shí)度得到充分保障，并提升底部到中層的密實(shí)情況，還能避免由于鋼輪的碾壓而出現(xiàn)了局部塌陷問(wèn)題。