陳俊森

（中國(guó)十九冶集團(tuán)有限公司國(guó)際工程公司，四川成都 611730）

0 前言

本文工程實(shí)例采自巴布亞新幾內(nèi)亞道路工程建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目目標(biāo)為對(duì)該國(guó)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(zhǎng)210km）進(jìn)行修繕，升級(jí)和維護(hù)，工程項(xiàng)目業(yè)主為巴布亞新幾內(nèi)亞獨(dú)立國(guó)國(guó)家工程部。

該項(xiàng)目公路為巴新萊城至東高地省的唯一公路，道路標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于國(guó)內(nèi)二級(jí)公路，項(xiàng)目基層設(shè)計(jì)鋪筑厚度為20cm，一經(jīng)建成，短期內(nèi)將不會(huì)進(jìn)行重復(fù)性的投資。因此，需求設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等單位密切配合，科學(xué)合理地利用資源，創(chuàng)造高質(zhì)量的公路建筑產(chǎn)品。

道路工程性能指標(biāo)如承載力、道路結(jié)構(gòu)、材料性能必須符合巴新國(guó)家工程部2016 年制定的道路橋梁規(guī)范（Department of Works Specification for Road and Bridge Works 2015），相關(guān)規(guī)定若不適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件可以參考澳洲標(biāo)準(zhǔn)并提出應(yīng)用申請(qǐng)。

1 熱帶季風(fēng)氣候?qū)r青道路基層侵蝕

項(xiàng)目工程地屬北亞熱帶南部濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，季風(fēng)環(huán)流是支配境內(nèi)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(qū)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(dá)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(chǎn)生質(zhì)量缺陷的重要原因之一，若基層材料質(zhì)量不好、密實(shí)度不夠、細(xì)土顆粒過(guò)多、級(jí)配不合理，道路基層施工完成后，若不及時(shí)對(duì)基層進(jìn)行透油和瀝青表處護(hù)理，裸露基層將頻繁受到雨水和潮濕環(huán)境的侵蝕，經(jīng)過(guò)車輛移動(dòng)荷載的來(lái)回碾壓，在較大的動(dòng)水壓力頻繁沖擊基層面的作用下，基層保護(hù)面很快會(huì)發(fā)生破壞，裸露的基層骨料會(huì)受到進(jìn)一步侵蝕，基層出現(xiàn)不平整現(xiàn)象，在一段時(shí)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(yán)重影響，基層質(zhì)量缺陷已嚴(yán)重危害公共交通安全，交通事故頻發(fā)，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(zhì)量保證計(jì)劃

使用一定厚度、級(jí)配要求和含水率的優(yōu)良級(jí)配碎石作為基層，使用質(zhì)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(duì)于質(zhì)量缺陷問(wèn)題，熱帶雨林氣候侵蝕是道路產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的重要原因之一，除上述原因之外，基層材料優(yōu)良級(jí)配，含水率、壓實(shí)度、和施工工藝對(duì)道路質(zhì)量也有決定性影響，常見(jiàn)的瀝青路面道路質(zhì)量缺陷如開(kāi)裂、沉降、坑槽和雍包等問(wèn)題的原因絕大部分來(lái)自于不合格的施工工藝、交通控制和材料質(zhì)量。

對(duì)此，考慮到本項(xiàng)目基層級(jí)配粒料在主營(yíng)地附近河道中挖取符合要求的砂礫石進(jìn)行破碎參配，為使其達(dá)到設(shè)計(jì)級(jí)配要求，通過(guò)監(jiān)理基層施工標(biāo)準(zhǔn)，承包商提出材料質(zhì)量保證計(jì)劃，約束并規(guī)范生產(chǎn)工藝，確保產(chǎn)出的基層材料質(zhì)量達(dá)到要求，保障道路質(zhì)量，制備工藝流程如下：

原料取樣試驗(yàn)→河床原料采取→原料生產(chǎn)破碎→細(xì)加工→參配拌制→基層材料取樣試驗(yàn)→上料施工→路面基層壓實(shí)度試驗(yàn)

其中，最重要的是對(duì)基層材料的級(jí)配進(jìn)行科學(xué)的配比，相較于老路面，經(jīng)過(guò)研究計(jì)算，基層級(jí)配粒料的最大粒徑應(yīng)不大于37.5mm，壓碎值不大于35%，其有害物質(zhì)含量及顆粒組成和塑性指數(shù)應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定要求。根據(jù)實(shí)際條件與設(shè)計(jì)條件，形成的級(jí)配粒料配比見(jiàn)表1。

表1 路面基層級(jí)配粒料的級(jí)配范圍

合理計(jì)算材料用量，根據(jù)路段底基層的寬度、厚度及預(yù)定的干壓實(shí)密度，確定需要的干集料數(shù)量。

在料場(chǎng)拌制級(jí)配混合料之前，先調(diào)試所用的拌和設(shè)備，使混合料的顆粒組成和含水量都達(dá)到規(guī)定的要求。在料場(chǎng)裝運(yùn)前在料堆上進(jìn)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(yùn)過(guò)程中的集料離析現(xiàn)象。

3 基層材料進(jìn)場(chǎng)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)檢試驗(yàn)

在基層上料施工之前，對(duì)材料進(jìn)行材料進(jìn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)主要包括級(jí)配試驗(yàn)、含水率試驗(yàn)和加州承載力試驗(yàn)?；鶎蛹?jí)配試驗(yàn)結(jié)果如圖3 和圖4 所示，該基層材料級(jí)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(guī)范AS12893.6.3 道路基層材料級(jí)配要求。

圖3 基層級(jí)配試驗(yàn)報(bào)告

圖4 基層級(jí)配碎石曲線

基層材料為非剛性材料，在后續(xù)的施工過(guò)程中材料含水率能夠影響材料之間的粘結(jié)力和凝聚力進(jìn)而影響壓實(shí)度和密實(shí)度，為了保證材料靠近或者達(dá)到最佳含水率進(jìn)而達(dá)到最優(yōu)干密度，在施工前對(duì)基層材料進(jìn)行含水率試驗(yàn)也是至關(guān)重要的基層材料，含水率試驗(yàn)如圖5 所示，試驗(yàn)取四組試樣分別對(duì)相等質(zhì)量的基層材料進(jìn)行60mL、120mL、180mL 和240mL 進(jìn)行加水養(yǎng)護(hù)。

圖5 材料含水率報(bào)告

經(jīng)過(guò)穩(wěn)定后對(duì)材料濕密度和干密度進(jìn)行測(cè)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(shuō)明當(dāng)材料含水率達(dá)到6.74%時(shí)，材料干密度數(shù)值達(dá)到最大為2.051g/cm3，當(dāng)加水量超過(guò)或者小于6.74%時(shí)，材料干密度減少，粘結(jié)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(guān)系

為最終確保基層材料的性能滿足道路基層要求，需要對(duì)基層材料進(jìn)行承載力測(cè)試試驗(yàn)，即荷載穿透試驗(yàn)，試驗(yàn)報(bào)告如圖7 所示（5mm 范圍誤差），試驗(yàn)說(shuō)明，隨著時(shí)間對(duì)材料進(jìn)行壓實(shí)并逐漸增大壓力荷載（雙側(cè)荷載應(yīng)用函數(shù)為kN=0.0149t+0.1773），當(dāng)時(shí)間達(dá)到2.5min 時(shí)，材料受豎向荷載為12.4kN，橫向荷載為13.2Km，材料變化模量達(dá)到124mm，材料加州承載比為93.9%。至5min 時(shí)，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(dá)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(guī)定的道路荷載，滿足材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠作為本項(xiàng)目道路基層應(yīng)用材料。

圖7 基層材料加州承載試驗(yàn)

為確保施工工藝和其他變量不會(huì)對(duì)最終的道路基層的質(zhì)量產(chǎn)生不良的影響，在基層材料經(jīng)過(guò)上料攤鋪、灑水、壓實(shí)、翻漿和精平后，承包商對(duì)路面基層進(jìn)行了壓實(shí)度取樣試驗(yàn)（打孔取樣），試驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示，試驗(yàn)結(jié)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(shí)度為110%，所得數(shù)據(jù)與材料性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差不大，說(shuō)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(fā)揮。

圖8 基層壓實(shí)度試驗(yàn)報(bào)告

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在貫徹實(shí)施基層質(zhì)量保證計(jì)劃后，合理參配的級(jí)配碎石基層其各項(xiàng)性能指標(biāo)如壓實(shí)度（承載力）、抗?jié)B性等均得到較好的提升，在良好的施工工藝的應(yīng)用下，基層材料的各項(xiàng)性能均能夠得到較好的發(fā)揮，路面性能產(chǎn)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(yōu)良的級(jí)配碎石基層

綜上所述，對(duì)于道路工程，基層是道路的主體，對(duì)于熱帶雨林道路工程項(xiàng)目，大量的質(zhì)量缺陷來(lái)自于基層質(zhì)量和施工工藝的不成熟和不規(guī)范。對(duì)級(jí)配碎石基層材料進(jìn)行合理的質(zhì)量控制是重要的，良好的級(jí)配碎石基層材料能夠提升基層各項(xiàng)性能指標(biāo)如基層承載力，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抗?jié)B性，經(jīng)過(guò)合理的瀝青表面處置，道路使用壽命能獲得延長(zhǎng)，達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足使用要求。