張 亮

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510420）

東南亞地區(qū)常年炎熱多雨，施工環(huán)境惡劣。級配碎石作為倒裝結(jié)構(gòu)路面關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)層，對水穩(wěn)定性和承載力有較高的要求。將規(guī)范和設(shè)計要求結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗，優(yōu)化施工工藝，優(yōu)化施工機械，縮短工期，同時保證良好的施工質(zhì)量。該文對柬埔寨金港高速在級配碎試驗段及施工過程中取得到的數(shù)據(jù)進行分析，從初壓、復(fù)壓、提漿、收面以及驗收時間等方面提出合理的優(yōu)化方案。

1 工程概況

柬埔寨某主線高速路面結(jié)構(gòu)為4cmSBS改性AC-13C上面層+6cmSBS改性AC-20C中面層+12cmATB-25瀝青穩(wěn)定下面層+16cm級配碎石基層+32cm級配碎石基層+32cm水泥穩(wěn)定碎石下面層。按照規(guī)范及設(shè)計圖紙要求，驗收時級配碎石基層壓實度≥98%，固定碼率CBR>180%，驗收彎沉≤36.1mm。

2 施工工藝優(yōu)化

2.1 初壓工藝優(yōu)化

在東南亞高溫、多風(fēng)的天氣條件下，級配碎石表面失水較快。在單鋼輪壓路機進行初壓時，表面極易脫水發(fā)白。此時級配碎石含水量低于最佳含水量，需要使用水車噴灑霧狀水潤濕級配碎石表面然后繼續(xù)進行碾壓作業(yè)。這不僅增加了初壓時間，同時也延遲了復(fù)壓時間。因此，選擇合適的初壓工藝能夠有效縮短初壓時間，降低水分蒸發(fā)速度是需要解決的難題。

經(jīng)過試驗，使用膠輪壓路機進行初壓可以取得良好的效果。膠輪壓路機依靠自身質(zhì)量在行進時對級配碎石表面集料進行揉搓，封閉表面的開口孔隙，能夠減緩級配碎石內(nèi)部水分的散失速度，從而延長碾壓作業(yè)時間。徐工XP303膠輪壓路機自重為30.3 t，與寶馬格SD20噸單鋼輪壓路機強振時32 t的激振力基本相當(dāng)，能夠產(chǎn)生相當(dāng)?shù)膲簩嵍?。膠輪壓路機1擋工作最大速度為8 km/h，遠(yuǎn)大于寶馬格 SD20單鋼輪壓路機1擋工作最大速度 3 km/h。經(jīng)過試驗，在保證初壓的壓實度相當(dāng)?shù)那闆r下，膠輪壓路機可以減少30%的工作時間，縮短了初壓時間。此外，在級配碎石表面脫水時，膠輪壓路機可以灑霧狀水碾壓，在級配碎石表面形成水膜，保證了集料的含水量，減緩水分蒸發(fā)速度，保證級配碎石含水量處于最佳含水量附近，避免水車補水，從而有效提高施工效率。但是在試驗時發(fā)現(xiàn)，膠輪初壓會形成多條長條狀輪跡印，影響基層的表面橫向和縱向平整。在單鋼輪復(fù)壓時，單鋼輪壓路機前鋼輪通過振動可以將長條狀輪跡印完全碾壓平整，從而確?；鶎拥钠秸取?/p>

2.2 復(fù)壓工藝優(yōu)化

復(fù)壓工藝使用單鋼輪壓路機進行作業(yè)，重疊半輪，強振往復(fù)碾壓。按照國內(nèi)基層施工規(guī)范要求，級配碎石壓實度達(dá)到98%的壓實度即可。但按照國外規(guī)范和施工經(jīng)驗，壓實度需要達(dá)到102%以上，才能符合東南亞地區(qū)高溫多雨氣候條件下的級配碎石基層驗收要求。東南亞地區(qū)雨季時間在每年5月—10月，長達(dá)6個月，年平均溫度在29℃，溫差不超過6℃，空氣濕度大。氣候條件相比國內(nèi)的海南和福建等夏炎熱冬溫暖區(qū)更為惡劣。在雨季時，空氣濕度大，水分會沿著級配碎石的孔隙進入級配碎石內(nèi)部富集，使細(xì)集料產(chǎn)生遷移，破壞級配碎石的骨架結(jié)構(gòu)，降低了級配碎石的承載力，同時使ATB-25瀝青下面層層底拉應(yīng)力增大，造成瀝青下面層出現(xiàn)早期病害。倒裝式路面結(jié)構(gòu)在水穩(wěn)底基層開裂后，將退化為柔性基層結(jié)構(gòu)，ATB下面層層底將承擔(dān)拉剪疲勞，結(jié)構(gòu)的剩余壽命取決于ATB層的抗疲勞性能。為了延長級配碎石基層的使用壽命，需要提高級配碎的壓實度，降低孔隙率，避免水分遷移破壞基層的骨架結(jié)構(gòu)。因此，提高級配碎石的壓實度，降低孔隙率，增強水穩(wěn)定性是特別有必要的。

在進行試驗時，選擇了多云無風(fēng)的天氣下，同時位于攤鋪機起步處的一處斷面，避免天氣造成表面脫水從而對試驗結(jié)果造成影響。試驗員采用灌砂法連續(xù)測量復(fù)壓時級配碎石壓實度，每次測量三點取平均值作為壓實度檢測結(jié)果。復(fù)壓由單鋼輪重疊半輪強振進行往復(fù)碾壓。在保證表面不發(fā)白脫水的情況下，檢測碾壓第4遍~第8遍碾壓完成時級配碎石的壓實度。試驗最終結(jié)果如圖1所示，壓實度隨著碾壓遍數(shù)呈拋物線形式，變化相關(guān)度為0.991。在第4遍時，壓實度達(dá)到98%；第6遍時壓實度達(dá)到峰值105.30%；第7遍之后壓實度開始下降。繼續(xù)增加單鋼輪壓實遍數(shù)，基層壓實度反而逐漸下降。壓路機的激振力將本來已經(jīng)十分密實的集料嵌擠結(jié)構(gòu)破壞掉，減弱了集料之間的嵌擠作用，破壞了基層的承載力。對于級配碎石基層完成使用功能，增加ATB-25瀝青穩(wěn)定碎下面層的使用壽命是的是極為不利的。

圖1 壓實現(xiàn)場檢測結(jié)果

如圖1所示，將壓實度與碾壓遍數(shù)進行相關(guān)性分析，可以得到拋物線公式=-0.9961+13.052+62.571，相關(guān)系數(shù)=0.994。由公式可知，在碾壓遍數(shù)=6.552時，壓實度得到最大值105.33。因此，在實際施工過程中，單鋼輪復(fù)壓6遍即可達(dá)到最大壓實度，與現(xiàn)場試驗結(jié)果相同。

實驗室同時在現(xiàn)場取樣，同步進行進行室內(nèi)試驗，檢測CBR和吸水率。如圖2，CBR與壓實度呈線形正相關(guān)。在壓實度達(dá)到96%時，試件的CBR就達(dá)到了182.4，滿足了國內(nèi)基層規(guī)范要求。當(dāng)壓實度繼續(xù)增長時，試件CBR繼續(xù)呈線性增長。如圖3所示，室內(nèi)條件下CBR與壓實度呈線形呈現(xiàn)線性負(fù)相關(guān)。室內(nèi)條件下，試件在壓實度到98%以上時，吸水量遍降到28g以下。由此，提高級配碎石的壓實度可以有效增強級配碎石承載力，降低吸水率，從而提高級配碎石在高溫多雨條件下的水穩(wěn)定性。因此，級配碎石復(fù)壓時，單鋼輪強振碾壓6遍，從而使級配碎石獲得最大的壓實度的施工工藝是合理而且有效的。

圖2 室內(nèi)CBR檢測結(jié)果

圖3 室內(nèi)吸水率檢測結(jié)果

2.3 灑水提漿工藝優(yōu)化

級配碎石灑水提漿工藝采用灑水振動法。級配碎石在飽水狀態(tài)下，壓路機的激振力將級配碎石中的泥土和多余粉粒提出到表面，降低集料之間的富余粉料含量，從而增強集料顆粒之間的嵌擠作用，同時降低塑性指數(shù)，提高水穩(wěn)定性。復(fù)壓完成后，灑水車在表面來回灑水形成一層較厚的水膜，然后單鋼輪振動壓路機緊隨其后進行往返強振碾壓。在振動力和水的洗滌作用下，碎石中的大顆粒下沉，小顆粒上浮，泥土和小于0.075mm的顆粒被富余水帶出結(jié)構(gòu)層，剩余的集料嵌擠在一起，形成結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的馬賽克結(jié)構(gòu)。

因此，單鋼輪振動壓路機的振動碾壓遍數(shù)是提漿工藝的關(guān)鍵控制工藝。試驗段分別采用振動碾壓1遍提漿與振動碾壓2遍提漿工藝施工，檢測成型后基層的彎沉從而確定提漿工藝。

從級配碎石基層成型后第3天開始，每隔2天檢測一次試驗段彎沉。從圖4可知，在第3天以后，碾壓1遍段落的彎沉隨著時間顯著下降，彎沉在第3天之后始終處于彎沉驗收合格線之內(nèi)；而碾壓2遍段落的彎沉隨著時間逐漸增大，在第3天之后始終處于彎沉驗收合格線之外。筆者分別在兩個段落開孔觀察，發(fā)現(xiàn)碾壓2遍的級配碎石段落，表面有一層硬殼，級配碎石間粉狀細(xì)集料相對碾壓一遍的段落較少，集料之間結(jié)構(gòu)相對較為松動，嵌擠效果相對較差。這是由于單鋼輪碾壓兩遍提漿，粉料被過度提出到表面，改變了級配碎石層內(nèi)的級配，使集料之間的嵌擠作用相對減弱，在外力作用時，集料能夠產(chǎn)生相對較大的自由位移，彎沉指標(biāo)相對較大。同時隨著含水量的下降，集料間由水分子產(chǎn)生的黏結(jié)力也逐漸縮小，集料相互之間發(fā)生越來越多的相對位移。檢測彎沉?xí)r，在車輪荷載作用下，集料產(chǎn)生的位移量相對較大，從而測得較大的彎沉。因此，灑水提漿時單鋼輪壓路機只需要1遍振動提漿即可，不能夠進行第二遍碾壓提漿，否則會破壞級配嵌擠結(jié)構(gòu)。

圖4 彎沉與碾壓遍數(shù)關(guān)系

2.4 收面工序優(yōu)化

在提漿完成后，根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗，表面稍微風(fēng)干之后，需要進行灑水碾壓收面。但是在實踐過程中筆者發(fā)現(xiàn)該工藝存在一定的理論矛盾。按照碾壓原理，已經(jīng)密實的結(jié)構(gòu)在繼續(xù)灑水之后，水分子會增大集料之間的潤滑作用。在振動力作用下，集料之間會產(chǎn)生顯著位移，破壞本來已經(jīng)形成的嵌擠結(jié)構(gòu)。因此，筆者試驗了不灑水碾壓的收面工藝，同時追蹤檢測了采用兩種工藝段落的1個月的彎沉。

由圖5可知，采用兩種工藝的段落彎沉均滿足驗收指標(biāo)。未灑水收面的段落相對未灑水段落的彎沉下降趨勢更明顯，彎沉更小，彎沉代表值偏小1.01mm~3.69mm。這是由于不灑水碾壓收面時，壓路機產(chǎn)生的振動力會閉合由水分子蒸發(fā)造成的開口孔隙，使級配碎石結(jié)構(gòu)進行二次密實，提高了集料之間的嵌擠作用，從而減少了彎沉，提高了承載力。

圖5 灑水與不灑水段落彎沉變化

因此，后期養(yǎng)護不需要進行灑水，直接收面即可。

2.5 驗收時間優(yōu)化

級配碎石在驗收時，需要確保彎沉處于最小值。由經(jīng)驗可知，隨著晾曬時間增長，級配碎石的彎沉肯定是越來越小的。但是柬埔寨每年施工時間非常短，無法長時間等下去，需要確定最佳的驗收時間。因此，筆者追蹤檢測了200m長度基層的1個月的彎沉數(shù)據(jù)。從圖6中可知，從第1天~第9天，彎沉下降趨勢是非常明顯的，第9天后彎沉下降趨勢非常緩慢。因此，選擇第9天驗收基層較為合理，不必等待更長的時間。選擇9天作為驗收時間，能夠有效縮短基層的施工周期，同時也能夠防止當(dāng)?shù)剀囕v對級配的長時間碾壓造成二次破壞。

圖6 彎沉隨時間變化結(jié)果

3 結(jié)論

初壓選擇膠輪壓路機，可以縮短初壓時間，減緩級配碎石水分蒸發(fā)速度。復(fù)壓時，單鋼輪壓路機碾壓6遍，即可達(dá)到最大壓實度。灑水提漿時，單鋼輪壓路機進行1遍振動提漿，即可取得良好效果。復(fù)壓收面時，單鋼輪壓路機直接進行碾壓收面，不需要水車灑水。級配碎石基層在第9天就可以進行驗收。在初壓、復(fù)壓、灑水提漿、收面、驗收等階段進行試驗分析，并結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)范和經(jīng)驗進行工藝優(yōu)化，在保證質(zhì)量的同時，避免了額外設(shè)備和資源的投入，有效縮短了施工工期，取得了良好的經(jīng)濟效益。