摘要：文章通過對大粒徑級配碎石在廣西路網(wǎng)大中修改造升級中的應(yīng)用效果進行總結(jié)分析，提出大粒徑級配碎石的原材料要求、推薦級配范圍及現(xiàn)場施工控制要點，并采用現(xiàn)場承載板法依次對舊瀝青路面、大粒徑級配碎石基層進行回彈模量檢測。結(jié)果表明，大粒徑級配碎石較傳統(tǒng)級配碎石具有較高的模量，抗重載能力強。

關(guān)鍵詞：大粒徑級配碎石;路網(wǎng);大中修改造;應(yīng)用效果

0 引言

目前路網(wǎng)國省道干線公路大中修工程建設(shè)普遍存在投資費用低、舊路路況復(fù)雜、地方標(biāo)準(zhǔn)缺乏等困難，在這種條件下，用有限的資金建設(shè)出品質(zhì)工程是道路工作者需要解決的緊迫問題。

半剛性基層在我國高等級瀝青路面建設(shè)中應(yīng)用較普遍，技術(shù)也相對較成熟，但大規(guī)模使用后發(fā)現(xiàn)，半剛性基層材料性能受環(huán)境溫度和濕度變化影響很大，且由于其密實度較高、水泥固結(jié)作用等極易產(chǎn)生溫縮和干縮裂縫[4]。另外，由于路網(wǎng)干線公路提質(zhì)改造工程中基本只能采用半封閉或開放施工，不能中斷交通施工，因此若采用半剛性基層，其在施工期間的早期開裂問題和因交通荷載作用造成在半剛性材料結(jié)構(gòu)強度形成之前形成損傷（即早損問題）[3]，將嚴重影響著路面結(jié)構(gòu)的整體性與承載能力，大大縮短路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。

級配碎石材料由于不含結(jié)合料，是一種松散粒料結(jié)構(gòu)，溫縮、干縮系數(shù)幾乎為零，受周圍溫度和濕度變化影響小，不傳遞拉應(yīng)力和拉應(yīng)變。工程實踐表明，級配碎石作為路面柔性結(jié)構(gòu)層可有效地防治反射裂縫，改善基層排水，但其抗重載能力不足，受環(huán)境濕度變化和重載交通作用下易產(chǎn)生車轍變形（尤其是粉料潔凈度稍差時），影響路面的施工質(zhì)量，嚴重時會發(fā)生剪切破壞等結(jié)構(gòu)性破壞[1-2]。

已有工程實踐表明，大粒徑級配碎石混合料既繼承了傳統(tǒng)級配碎石材料的長處，又彌補了其抗重載能力不足的缺點，同時可利用重載交通荷載的二次壓密作用，促進骨架的嵌擠穩(wěn)定，減少道路的后期養(yǎng)護開支，對于路網(wǎng)公路大、中修工程的建設(shè)和施工環(huán)境具有較強的適應(yīng)性和經(jīng)濟效益。鑒于此，本文通過對已有大粒徑級配碎石材料在路網(wǎng)公路大、中修工程中的應(yīng)用實踐經(jīng)驗，提出大粒徑級配碎石的材料要求、推薦級配范圍及施工要點控制，并通過在S311線大寺至板利公路大中修工程中采用現(xiàn)場承載板法測試其回彈模量，表征其在舊瀝青路面中加鋪的適應(yīng)性，為往后大粒徑級配碎石材料在廣西路網(wǎng)公路大中修工程中的更大范圍推廣應(yīng)用提供借鑒。

1 原材料要求及推薦級配范圍

1.1 原材料要求

目前已施工建設(shè)完結(jié)的大粒徑級配碎石層采用的集料粒徑規(guī)格為20～50 mm、20～40 mm、10～30 mm、5～10 mm的碎石及4.75 mm以下的石屑組配而成，考慮到現(xiàn)場施工的和易性及均勻性，其最大粒徑宜控制在53.0 mm。從巖性角度出發(fā)，目前基于地方石材的限制，其集料大多采用石灰?guī)r或花崗巖集料。從施工效果上來看，石灰?guī)r集料較花崗巖集料易于碾壓成型，且穩(wěn)定性較好。有研究表明，采用具有粘附性的細集料能夠改善級配碎石的成型穩(wěn)定性。同時，從便于施工均勻性和防離析角度考慮，具有較好粘附性的細集料在與水發(fā)生作用后，能更好地粘附或分散在粗集料中。故綜合考慮：大粒徑級配碎石用粗集料可采用石灰?guī)r或花崗巖粗集料，但細集料宜選用石灰?guī)r或其他具有一定粘附性的細集料。

大粒徑級配碎石著重以粗集料的嵌擠骨架提供結(jié)構(gòu)強度，故應(yīng)適當(dāng)提高對碎石的針片狀及壓碎值要求，建議按一級或高速路面基層中級配料對碎石的要求，要求碎石中針片狀顆粒的總含量應(yīng)≤20%，壓碎值≤30%。碎石中應(yīng)避免含有黏土塊、植物等有害物質(zhì)，粉料應(yīng)控制好含泥量[5]。碎石應(yīng)由堅硬耐久的巖石軋制而成，且應(yīng)具有足夠的強度和耐磨性能，其顆粒形狀應(yīng)具有棱角，近似立方體，無軟質(zhì)石料及其他雜物。應(yīng)采用反擊式、圓錐式或沖擊式破碎機作為二級破碎。不同粒徑的碎石應(yīng)分開堆放，堆放石屑的場地應(yīng)架設(shè)防雨蓬。

1.2 推薦級配范圍

根據(jù)以往靖西、橫縣、賓陽、浦北、合浦、上思等地區(qū)8個已施工完結(jié)的工程經(jīng)驗及文獻資料，綜合考慮機械、施工和易性及均勻性，建議路網(wǎng)工程中大粒徑級配碎石級配范圍可參考表2所示，其中從施工和易性及防離析的角度出發(fā)，建議若現(xiàn)場采用石灰?guī)r集料，2.36的通過率宜取中值偏下;若采用花崗巖集料，2.36的通過率宜取中值偏上。

2 現(xiàn)場控制要點

2.1 施工離析控制

大粒徑級配碎石混合料由于粗骨架粒料較多，粒徑相對偏大，故施工過程中的主要問題就是圍繞如何減少施工局部離析。

局部離析會導(dǎo)致粗細集料分離，級配產(chǎn)生波動，導(dǎo)致骨架結(jié)構(gòu)的不均勻，降低大粒徑級配碎石基層的承載力。大粒徑級配碎石層離析產(chǎn)生的原因有：

（1）拌和機傳送帶離析。由于粗細集料自重不同，粗細集料在傳送帶末端輸送到料斗的過程中由于慣性作用粗集料繼續(xù)向前傳送，細集料則很快降落，造成粗細集料在料斗里面發(fā)生離析。

（2）攤鋪離析。大粒徑級配碎石層所用攤鋪機型號一般較老，螺旋布料器進料口處無反向螺旋，且攤鋪機未加裝側(cè)擋板，螺旋布料器中布料量不足，造成布料口離析較重，尤其是料車尾料。

（3）攤鋪機停機換料離析。運料車尾料一般粗顆粒含量多，而在大粒徑級配碎石層攤鋪過程中，基本都是尾料攤鋪完再換新料攤鋪，因此停機換料處粗集料明顯多于正常攤鋪路段。

（4）級配設(shè)計。由于大粒徑級配碎石骨料粒徑增大，且骨料用量明顯增加，因此在施工過程中難免會產(chǎn)生離析。

以上四種離析情況，第一、二、三種是根源，第四種情況可以通過優(yōu)化級配設(shè)計來減少離析。第一種離析可以通過在傳送帶末端加設(shè)擋板來改善;第二種離析可以在攤鋪機加裝反向螺旋或控制螺旋布料器內(nèi)混合料高度來改善;第三種則建議減少收斗次數(shù)，將新舊料在送料板上直接混合攤鋪以減少離析。

2.2 大粒徑級配碎石層灑布石粉用量控制

大粒徑級配碎石基層碾壓完成后，其表面具有較多的空隙，如果不及時灑布石粉進行填隙密實，在車輛作用下，表面碎石會被壓散、帶走，從而產(chǎn)生坑槽，進而影響整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在施工過程中，石粉灑布量應(yīng)根據(jù)以下要點進行控制：（1）結(jié)構(gòu)面空隙填實、嵌擠穩(wěn)定，在荷載作用下碎石不飛散;（2）對于粗集料離析處適當(dāng)提高灑布量，細集料離析處少撒或不撒。灑布石粉的目的也是為了保證碎石表面嵌擠的穩(wěn)定，確保結(jié)構(gòu)的完整。

3 現(xiàn)場承載板法檢測回彈模量分析與評價

為掌握舊路加鋪大粒徑級配碎石的適用性及承載力表征，擬對S311線大寺至板利公路（新G210線）大寺至板利段瀝青路面大修工程中同一路段的舊路面、加鋪大粒徑層依次進行現(xiàn)場承載板法檢測各結(jié)構(gòu)層的回彈模量。其原路面為瀝青路面，大中修加鋪結(jié)構(gòu)為15 cm大粒徑級配碎石基層+15 cm摻2.0%水泥改善大粒徑級配碎石+1.5 cm兩油兩料同步碎石封層+5 cmAC-16C瀝青混凝土下面層+4 cmAC-13C瀝青混凝土上面層。將設(shè)計值（彈性模量及厚度）轉(zhuǎn)化為各結(jié)構(gòu)層頂當(dāng)量回彈模量，然后將實測值與設(shè)計值相比較，由此對比設(shè)計與施工的一致性及加鋪大粒徑層后路面結(jié)構(gòu)的承載力狀況。

3.1 實測各結(jié)構(gòu)層層頂當(dāng)量回彈模量

路面結(jié)構(gòu)的厚度設(shè)計是以彈性層狀體系為理論，各結(jié)構(gòu)層為彈性層，路基為彈性半空間體，以承載板法測路基以及各結(jié)構(gòu)層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量時即將各層頂以下看作為彈性半空間體。根據(jù)彈性層狀理論和Bisar軟件計算舊瀝青路及加鋪各結(jié)構(gòu)層層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量。詳見表3～5。

3.2 設(shè)計條件下各結(jié)構(gòu)層層頂理論當(dāng)量回彈模量

在充分考慮舊路路況、殘留承載能力及加鋪大粒徑層受力特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)計文件及公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容，利用Bisar軟件，采用靜態(tài)模量計算各結(jié)構(gòu)層層頂回彈模量理論值。為更好地在設(shè)計計算中體現(xiàn)舊路情況，其中舊路的靜態(tài)模量按照實測值代入計算，其他路面結(jié)構(gòu)層的模量及厚度的取值如表6所示（由公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范可知，傳統(tǒng)級配碎石模量取值一般在200～300 [HTSS]MPa之間）。

由彈性層狀體系理論可知，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)確定后，各結(jié)構(gòu)層的響應(yīng)僅與荷載的大小有關(guān)。因此，為了方便后續(xù)計算分析，將荷載固定為0.7 [HTSS]MPa，直徑為30 cm。依據(jù)表6的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立彈性層狀模型，計算在設(shè)計值的條件時，各結(jié)構(gòu)層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量計算結(jié)果如表7所示。

3.3 實測當(dāng)量回彈模量與設(shè)計條件下的當(dāng)量回彈模量理論值對比分析

（1）大粒徑級配碎石層層頂當(dāng)量回彈模量對比

按設(shè)計條件下的結(jié)構(gòu)層層頂理論當(dāng)量回彈模量反算結(jié)果可知，大粒徑級配碎石層頂設(shè)計當(dāng)量回彈模量為290MPa，實際檢測的均值為375MPa，且所有檢測點的當(dāng)量回彈模量均>290 MPa，說明大粒徑級配碎石層整體強度較高，能滿足設(shè)計要求，且其模量較傳統(tǒng)級配碎石要高。但變異系數(shù)也達到了13.8%。由此可見，大粒徑級配碎石層在整體強度上能達到設(shè)計的要求，但大粒徑級配碎石層的強度的均勻性一般。這主要是由于大粒徑級配碎石層材料在實際施工時，局部離析較重，大粒徑級配碎石層的下承層強度不均勻。

（2）2.0%水泥改善大粒徑層層頂當(dāng)量回彈模量對比

根據(jù)理論計算得出2.5%水泥改善大粒徑層頂面的當(dāng)量回彈模量的設(shè)計值為389 MPa，實測平均值為479.8MPa，說明摻加一定量的水泥能夠通過水泥的膠合作用進一步增強大粒徑級配碎石粗集料骨架的嵌擠穩(wěn)定能力，從而提高大粒徑級配碎石的承載能力及抗雨水沖刷能力。

4 結(jié)語

（1）由承載板法實測當(dāng)量回彈模量和設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下的當(dāng)量回彈模量對分分析可知，在設(shè)計條件下，大粒徑級配碎石模量取值為400MPa時（高于傳統(tǒng)級配碎石的200～300 MPa），其實測值仍能滿足設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下的模量要求，說明大粒徑級配碎石的整體承載能力要優(yōu)于傳統(tǒng)級配碎石，具有較好的抗重載能力。

（2）由實測當(dāng)量回彈模量分析統(tǒng)計可知，各結(jié)構(gòu)層層頂當(dāng)量回彈模量值計算的變異系數(shù)均超過10%。建議實際現(xiàn)場施工中應(yīng)在級配設(shè)計、機械選擇及工藝過程中進一步加強防離析控制。

（3）本文通過對廣西路網(wǎng)大中修工程中大粒徑級配碎石的原材料要求、推薦級配范圍及施工關(guān)鍵點進行總結(jié)分析，對大粒徑級配碎石在路網(wǎng)大中修工程中的進一步推廣應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。建議應(yīng)持續(xù)對相關(guān)實體應(yīng)用工程進行跟蹤觀測，掌握大粒徑級配碎石加鋪瀝青路面方案的適用性和病害產(chǎn)生及擴展的規(guī)律，為進一步優(yōu)化該技術(shù)提供參考。

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作者簡介：龍海濤（1978—），工程師，主要從事公路工程工作。