尼瑪卓瑪,周 勇

(1.西藏自治區(qū)交通工程質(zhì)量安全監(jiān)督局,拉薩 850001;2.廣東華路交通科技有限公司,廣州 510420)

0 概述

半剛性基層瀝青路面是我國(guó)應(yīng)用最成功且廣泛應(yīng)用的一種瀝青路面結(jié)構(gòu)形式，已建成的半剛性基層瀝青路面大部分使用狀況良好。然而，多年來的實(shí)踐表明，半剛性基層瀝青路面本身存在一些不可避免的缺陷，如由于半剛性基層材料的收縮特性或應(yīng)力過大而導(dǎo)致瀝青路面早期開裂嚴(yán)重等問題[1-3]。為解決半剛性基層抗裂等問題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了各種新型路面結(jié)構(gòu)的探索，如柔性基層、組合式基層或倒裝結(jié)構(gòu)的瀝青路面，取得了一定的成果。研究表明，級(jí)配碎石作為緩沖層置于半剛性基層中間或者頂面，在一定程度上能起到防反射裂縫的作用；同時(shí)，滲透入基層的雨水也能更有效地排出，減小基層水侵蝕作用[4]。

廣東省地屬濕熱地區(qū)，夏季高溫且雨水充足，交通荷載較大，半剛性基層瀝青路面承受的應(yīng)力荷載或高溫動(dòng)水壓力更大，如何解決路面基層的抗裂問題又能具有較好的排水能力，是該地區(qū)面臨的主要問題之一。目前，省內(nèi)瀝青路面基本以半剛性基層為主，其他路面結(jié)構(gòu)型式較少，借鑒其他省應(yīng)用成功的倒裝路面結(jié)構(gòu)，開發(fā)出具有抗裂、排水功能的耐久性瀝青路面，意義重大。

基于此，本文對(duì)級(jí)配碎石上基層配合比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)其性能進(jìn)行了研究和工程應(yīng)用，以期改善半剛性基層瀝青路面易開裂等問題，豐富廣東地區(qū)的路面結(jié)構(gòu)類型。

1 配合比設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)級(jí)配碎石設(shè)計(jì)多采用重型擊實(shí)法成型試件，通過擊實(shí)試驗(yàn)得到不同級(jí)配混合料的最大干密度和最佳含水量，以最大干密度成型試件，檢驗(yàn)其路用性能而優(yōu)選出最佳級(jí)配。然而，重型擊實(shí)法所配置的壓實(shí)功與現(xiàn)場(chǎng)碾壓功差距較大，且壓實(shí)原理也不同，試驗(yàn)得到的混合料最大干密度和性能指標(biāo)并不能完全代表施工現(xiàn)場(chǎng)混合料的實(shí)際性能。振動(dòng)壓實(shí)法較大程度地模擬了現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)的實(shí)際情況，通過振動(dòng)壓實(shí)，粗骨料破損面較小且相互嵌擠，得到的混合料結(jié)構(gòu)更接近于骨架密實(shí)，同時(shí)細(xì)集料通過振動(dòng)更易填充混合料的間隙，整體更加密實(shí)。

基于此，本文采用振動(dòng)壓實(shí)法進(jìn)行級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考慮級(jí)配碎石的固體體積率、飽水CBR強(qiáng)度和有側(cè)限抗壓回彈模量，并結(jié)合全國(guó)成功鋪設(shè)高性能級(jí)配碎石的經(jīng)驗(yàn)，采用最優(yōu)方案。

1.2 原材料

級(jí)配碎石上基層所用粗集料規(guī)格分別為19～31.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm碎石；細(xì)集料為0～4.75mm石屑。主要性能指標(biāo)見表1和表2。

表1 粗集料試驗(yàn)結(jié)果

表2 細(xì)集料試驗(yàn)結(jié)果

1.3 礦料級(jí)配

根據(jù)路面結(jié)構(gòu)組成以及級(jí)配碎石層的厚度，確定級(jí)配碎石材料的最大粒徑并擬定材料的級(jí)配。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，調(diào)研了多個(gè)成功應(yīng)用到路面并發(fā)揮較好性能的級(jí)配，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)集料篩分結(jié)果進(jìn)行礦質(zhì)混合料組成設(shè)計(jì)。級(jí)配碎石采用振動(dòng)成型法，按照級(jí)配范圍要求，調(diào)整各種礦料比例設(shè)計(jì)粗、中、細(xì)5組級(jí)配。通過試驗(yàn)調(diào)整，最后確定級(jí)配碎石的合成級(jí)配，如圖1所示。

圖1 級(jí)配碎石合成級(jí)配

1.4 最大干密度及最佳含水量

對(duì)初選五種級(jí)配的混合料分別在不同含水量下振動(dòng)成型試件，尋找不同級(jí)配最大干密度所對(duì)應(yīng)的最佳含水量。試驗(yàn)分兩組進(jìn)行，每組變化五個(gè)含水率，其結(jié)果如圖2～圖6所示。

圖2 級(jí)配1含水量與干密度關(guān)系

圖3 級(jí)配2含水量與干密度關(guān)系

圖4 級(jí)配3含水量與干密度關(guān)系

圖5 級(jí)配4含水量與干密度關(guān)系

圖6 級(jí)配5含水量與干密度關(guān)系

結(jié)合圖2～圖6，可得到基于振動(dòng)成型的級(jí)配碎石最大干密度及對(duì)應(yīng)的最佳含水量，見表3。

表3 最大干密度及對(duì)應(yīng)的最佳含水量

1.5 性能試驗(yàn)

目前規(guī)范對(duì)于級(jí)配碎石的力學(xué)性能主要是以CBR值來進(jìn)行評(píng)價(jià)，該指標(biāo)表征了級(jí)配碎石在一定荷載作用下的承載與抗變形能力，CBR值越大，級(jí)配碎石強(qiáng)度越高，抗變形能力越強(qiáng)[5-6]。參考國(guó)內(nèi)外大量成功的經(jīng)驗(yàn)，高性能級(jí)配碎石4d飽水CBR值一般要求不小于160。

為提高級(jí)配碎石的密實(shí)度，除CBR這個(gè)重要指標(biāo)以外，國(guó)外常常以固體體積率(空隙率)作為設(shè)計(jì)指標(biāo)之一。其中南非高等級(jí)公路工程中大量應(yīng)用了級(jí)配碎石且較為成功，設(shè)計(jì)指標(biāo)中明確規(guī)定，重載交通路段級(jí)配碎石空隙率宜控制在12%～14%；中型交通路段級(jí)配碎石空隙率宜不大于15%；輕交通路段級(jí)配碎石空隙率宜不大于20%。調(diào)研表明，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較成功的級(jí)配碎石空隙率控制在10%～15%，固體體積率均大于85%?；诖?，本文設(shè)計(jì)制備的高性能級(jí)配碎石固體體積率按不小于85%控制。

研究發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室采用承載板法測(cè)定級(jí)配碎石回彈模量往往比實(shí)際值偏小，試件在無側(cè)限情況下并不能真正反映路面真實(shí)的抗變形能力[7-8]。因此，模擬試驗(yàn)時(shí)，采用有側(cè)限頂面法對(duì)圓柱體試件進(jìn)行抗壓回彈模量的測(cè)試，模擬級(jí)配碎石在圍壓作用下的抗變形能力。其中固體體積率計(jì)算結(jié)果、飽水CBR值和有側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 級(jí)配碎石性能檢測(cè)結(jié)果

由表4可知，級(jí)配1和級(jí)配2固體體積率偏小，不滿足技術(shù)要求，故級(jí)配1和級(jí)配2不作為備選曲線。結(jié)合有側(cè)限抗壓回彈模量值300～500MPa的技術(shù)要求，可知級(jí)配4模量過高，也不滿足要求。級(jí)配3和級(jí)配5各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求，其中級(jí)配3的4d飽水CBR值大于級(jí)配5。綜上所述，在滿足固體體積率和回彈模量的前提下，選取CBR值最大的級(jí)配3作為最佳級(jí)配。試驗(yàn)段級(jí)配碎石以級(jí)配3作為生產(chǎn)配合比。

2 工程應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

JY-BL高速公路地處亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季受熱帶海洋副高壓影響，天氣悶熱，路表最高溫度達(dá)70℃以上，且雨水量充足，年平均降水量達(dá)2 254mm。該項(xiàng)目于2015年12月通車，倒裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段長(zhǎng)度約800m。原路面結(jié)構(gòu)從上至下依次為：4.5cm改性瀝青GAC-16瀝青混凝土+5.5cm改性瀝青GAC-20瀝青混凝土+7.0cm改性瀝青GAC-25瀝青混凝土+18.0cm5%水泥穩(wěn)定碎石上基層+18.0cm 5%水泥穩(wěn)定碎石下基層+20.0cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+15cm碎石墊層。倒裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)彎沉值見表5。

表5 倒裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段方案

2.2 機(jī)械配置

施工過程中采用1臺(tái)WDB800型水泥穩(wěn)定土拌合樓進(jìn)行混合料拌合生產(chǎn)，2臺(tái)水泥穩(wěn)定土攤鋪機(jī)前后錯(cuò)開5～10m梯隊(duì)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，配置1臺(tái)YZC13F型13t三一雙鋼輪壓路機(jī)、2臺(tái)XS262J型26t徐工單鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行路面碾壓作業(yè)；1臺(tái)XP302型30t徐工膠輪壓路機(jī)進(jìn)行路面搓揉碾壓作業(yè)，15臺(tái)大噸位自卸車進(jìn)行運(yùn)輸。

2.3 施工質(zhì)量控制

級(jí)配碎石依靠集料間的嵌擠作用達(dá)到固結(jié)，不同于水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度形成機(jī)理，所以施工完畢后應(yīng)及時(shí)鋪筑封層，在灑布透層油和鋪筑封層后，應(yīng)封閉交通，并盡快鋪筑瀝青下面層，避免表層在車輛的行駛作用下松散。施工過程中應(yīng)注意以下問題：

(1)拌和站級(jí)配碎石計(jì)量允許偏差應(yīng)符合以下規(guī)定：粗細(xì)集料：±3%，水：±1%。

(2)拌合所用集料的含水量應(yīng)穩(wěn)定，集料吸水率過大或含水量過高對(duì)于控制混合料的含水量很不利，考慮到運(yùn)距及途中水分蒸發(fā)的因素，配置混合料時(shí)含水量應(yīng)略高于設(shè)計(jì)值，根據(jù)天氣情況，宜控制在0.3%～1.0%之間。

(3)混合料攤鋪速度由厚度決定，不宜過快或過慢。速度宜控制在1.5～2.5m/min之間，盡量保證連續(xù)攤鋪，避免停車等料或排隊(duì)等候料車過多的現(xiàn)象發(fā)生。施工過程中應(yīng)輔以人工隨時(shí)觀測(cè)混合料均勻程度，及時(shí)對(duì)離析區(qū)域進(jìn)行處理，尤其是嚴(yán)重離析部位應(yīng)挖除后用符合要求的混合料填補(bǔ)。

(4)碾壓宜按照穩(wěn)壓(靜壓)→弱振→強(qiáng)振→穩(wěn)壓收面的工序進(jìn)行壓實(shí)，一次碾壓段落長(zhǎng)度宜為30m～50m。雙鋼輪靜壓平整后，應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)激振力較大的單鋼輪和大噸位膠輪壓路機(jī)，碾壓車隊(duì)循序漸進(jìn)保持勻速。試驗(yàn)段碾壓方案見表6。

表6 試驗(yàn)段碾壓方案

(5)施工完成后應(yīng)盡快安排上層施工。由于級(jí)配碎石不用養(yǎng)生，因此可以考慮連續(xù)施工。級(jí)配碎石成型表面水分蒸發(fā)后略顯潮濕的狀態(tài)下噴灑透層油，待透層油養(yǎng)生1～2d充分滲透、固化后立即組織下封層和瀝青混合料施工。

2.4 工后質(zhì)量檢測(cè)

倒裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段級(jí)配碎石上基層施工完畢后，立即進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，結(jié)果見表7。

表7 級(jí)配碎石施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

由表7可知，級(jí)配碎石上基層礦料級(jí)配關(guān)鍵篩孔通過率在生產(chǎn)配合比的波動(dòng)范圍內(nèi)，且與設(shè)計(jì)礦料級(jí)配較為接近。路面施工完后表面平整密實(shí)，無坑洼、松散、彈簧等現(xiàn)象，無壓路機(jī)碾壓輪跡。性能指標(biāo)如下：4d飽水CBR值為188，含水量與設(shè)計(jì)值一致，回彈模量達(dá)到456MPa。壓實(shí)度、彎沉值、平整度等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

2.5 病害統(tǒng)計(jì)

截止到2019年12月，以每半年為一周期，采用人工逐個(gè)排查對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行病害統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示，試驗(yàn)段通車運(yùn)營(yíng)約4年半，均未發(fā)現(xiàn)裂縫、車轍、坑槽等病害，平整舒適，抗滑性能較好，路面狀況檢測(cè)指標(biāo)均為優(yōu)。

3 結(jié)語

(1)在滿足固體體積率大于85%的基礎(chǔ)上，選取CBR值最大作為最佳級(jí)配，礦料比例為19～31.5mm:9.5～19mm:4.75～9.5mm:0～4.75mm=18:22:18:42，最佳含水率6.0%，抗壓回彈模量480MPa，該級(jí)配各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求。

(2)基于振動(dòng)成型設(shè)計(jì)的高性能級(jí)配碎石基層試驗(yàn)段應(yīng)用成功，工后檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，通車運(yùn)營(yíng)4年半，路況良好，無裂縫、車轍、坑槽等病害。該倒裝結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用豐富了我國(guó)的路面結(jié)構(gòu)形式，對(duì)防止反射裂縫的出現(xiàn)具有較好的作用，具有良好的推廣價(jià)值。