趙三元

（河北高速公路集團有限公司承德分公司，河北承德067000）

1 引言

一般情況下，凍土地區(qū)具有低溫時間長、降溫速率快以及晝夜溫差大等特點， 所用路面材料及結(jié)構(gòu)往往需要滿足特殊要求[1]。級配碎石是一種由各種集料和石屑按照一定比例混合而成的混合料，已經(jīng)在公路路面結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。 在凍土地區(qū)修建公路時， 在其路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用級配碎石不僅可以起到消除反射裂縫等功能， 還可以使路面結(jié)構(gòu)變形和溫度狀況等得到較大改善[2]。 因為凍土地區(qū)具有較長的負(fù)溫時間，且路面結(jié)構(gòu)時常受到凍融循環(huán)作用， 為確保級配碎石的功能得到有效發(fā)揮，必須對其設(shè)計和施工進(jìn)行一定控制，以確保級配碎石具有更長的使用壽命。

2 重凍區(qū)級配碎石設(shè)計方法研究

當(dāng)前， 相關(guān)規(guī)范中關(guān)于級配碎石組成設(shè)計的規(guī)定較為簡單，碎石材料以原材料技術(shù)要求進(jìn)行選定之后，初選級配按照其推薦的級配范圍進(jìn)行擬訂， 再通過擊實試驗得出最佳含水量以及最大干密度，最后，以CBR 試驗對所選定的級配進(jìn)行驗證，確定其是否和目標(biāo)級配相符即可[3]。 該種設(shè)計方法在具體應(yīng)用時存在過寬推薦范圍以及單一控制指標(biāo)等問題。 特別是對重凍區(qū)的級配碎石所能起到的指導(dǎo)意義較為有限， 規(guī)范中并未對其做出特殊規(guī)定。

針對該種情況， 人們對凍土地區(qū)的級配碎石設(shè)計方法展開了較多研究， 并基于對CBR 試驗和剪切強度的研究提出，通過雙指標(biāo)控制重凍地區(qū)級配碎石質(zhì)量的設(shè)計方法， 即CBR值應(yīng)在180%以上，剪切強度應(yīng)在0.52 MPa 以上[4-6]。 并在此基礎(chǔ)上得到級配碎石關(guān)鍵篩孔和相應(yīng)通過率的推薦范圍， 具體如表1 所示。

表1 關(guān)鍵篩孔通過率合理變化范圍

當(dāng)設(shè)計級配符合CBR 值和剪切性能的要求之后，再以抗凍性能對所確定的最佳級配進(jìn)行驗證， 即通過一次凍融循環(huán)后所確定的最佳級配碎石應(yīng)該具有180%的CBR 值。 其具體設(shè)計流程如圖1 所示。

圖1 重凍區(qū)級配碎石組成設(shè)計流程圖

（1）選擇并試驗原材料。 針對所確定原材料的表觀密度、液塑性指標(biāo)等進(jìn)行試驗，確保原材料各項指標(biāo)滿足要求，建議塑性指標(biāo)在4 以下，最好是不具備塑性，若部分指標(biāo)無法符合要求，則需要重新進(jìn)行原材料的選擇，直至符合要求。 （2）初選級配。 基于所給出的關(guān)鍵篩孔通過率變化情況，確定3 組左右級配。（3）CBR 試驗和抗剪試驗優(yōu)選級配。通過CBR 試驗和抗剪試驗對所確定級配是否符合指標(biāo)要求進(jìn)行測試， 若符合則選擇最佳組合，若不符合，則需要重新進(jìn)行級配選擇。 （4）驗證抗凍、滲水等試驗。 對所確定的級配開展抗凍和滲水等試驗，對級配碎石經(jīng)過凍融后的強度和滲水性能進(jìn)行驗證， 在有條件的情況下，還可開展動三軸試驗。（5）確定目標(biāo)級配?；谏鲜鲈囼灲Y(jié)果以及CBR 值確定所需要的級配。

3 重凍區(qū)級配碎石施工方法

因重凍區(qū)施工特殊性，為確保施工質(zhì)量，一般在重凍區(qū)中進(jìn)行級配碎石的施工必須要遵守以下原則： 一是確保原材料質(zhì)量；二是確保按照設(shè)計的目標(biāo)級配確定混合料級配；三是確?；旌狭蠑備佔銐蚓鶆蚯夷雺鹤銐蛎軐?。

3.1 施工準(zhǔn)備

重凍區(qū)的級配碎石施工準(zhǔn)備類似廠拌法。 因重凍區(qū)雨季較長，且降水量多變，主要為陣雨，因此，必須按照相關(guān)要求進(jìn)行防雨棚的搭設(shè)，確保礦料處于干燥水平。

此外， 因為要在靜碾初壓下層之后再將瀝青灑到級配碎石層，因此，要預(yù)先準(zhǔn)備好相應(yīng)數(shù)量的瀝青。

3.2 混合料拌和

3.2.1 級配控制

原材料碎石和石屑適宜采用不同粒徑級且尺寸單一的，在拌和機內(nèi)以預(yù)定配合比進(jìn)行級配碎石混合料的拌制。 在現(xiàn)場堆放碎石時，應(yīng)根據(jù)粒徑的不同分堆進(jìn)行放置，避免出現(xiàn)混放的情況。 施工前應(yīng)該嚴(yán)格篩分各級配和石屑，并繪制篩分曲線。 各級配碎石和礦粉所需摻配的比例應(yīng)該根據(jù)目標(biāo)級配進(jìn)行確定，再基于各自松裝密度對各自體積比進(jìn)行計算，最后再以拌和機進(jìn)行試拌，并相應(yīng)測試其含水量和開展篩分試驗，確定所得級配和含水率是否和目標(biāo)一致，若出現(xiàn)偏差，應(yīng)基于篩分結(jié)果對各級集料比例及用水量做出調(diào)整， 直至與目標(biāo)級配相符。 若所調(diào)整級配無法全部滿足目標(biāo)要求，則應(yīng)使關(guān)鍵篩孔通過率和目標(biāo)級配相接近。

3.2.2 控制均勻性

一般情況下通過強制式水泥混凝土拌和機開展1 min 以上的拌和， 在出料時不會有顯著的離析現(xiàn)象時為最佳的拌和時間。 因混合料存在慣性下落的情況，因此，不管是料斗取料或者料車取料，都會有離析現(xiàn)象出現(xiàn)。 解決方法為在出料穩(wěn)定之后停止拌和，使傳送皮帶上的混合料有所停留。 混合料的用料量應(yīng)根據(jù)試驗進(jìn)行確定，截取一段開展篩分試驗。 傳送帶應(yīng)滿足如下要求：根據(jù)現(xiàn)場情況對傳送帶傾斜角度進(jìn)行調(diào)整，避免傳送帶上的混合料在停止拌和后下滑到地面。 若篩分?jǐn)?shù)據(jù)和目標(biāo)級配要求相符，則可進(jìn)行大規(guī)模施工，若不相符則需再次進(jìn)行級配的調(diào)整。

3.2.3 控制含水率

從運輸?shù)侥雺旱倪^程中， 級配碎石的含水率均會有所損失，為使級配碎石碾壓時保持在最佳含水率下，應(yīng)基于現(xiàn)場條件調(diào)整拌和的加水量。 較好的含水率控制方法為， 溫度較高時，在混合料拌和前一晚先澆灑適量的水，以達(dá)到預(yù)先吸水飽和的目的，一般基于路途長短確定拌和場的含水率，確?；旌狭线\輸?shù)浆F(xiàn)場并通過攤鋪機攤鋪時， 混合料的含水率高于最佳含水率約1.5%，以平地機施工時可以高出約2.5%。 在低溫和潮濕的環(huán)境下， 攤鋪機施工時混合料的含水率宜高出1.8%，平地機施工時宜高出1.5%。 在攤鋪機施工完并碾壓后，應(yīng)基于具體情況通過灑水車補水。

在正式開展拌和之前，應(yīng)先開展試拌以及攤鋪。 以試驗確定的施工級配開展試驗路段的試鋪， 以此確定施工時的松鋪厚度和密實度等，為后續(xù)施工提供指導(dǎo)。

3.3 下層攤鋪與初壓

基于現(xiàn)有的施工經(jīng)驗， 作為松散性材料的級配碎石在施工時難以碾壓密實，特別是在邊緣位置該情況更為顯著，將會對施工質(zhì)量造成較大影響。 在攤鋪和碾壓施工時應(yīng)分層進(jìn)行，基于級配碎石結(jié)構(gòu)層厚度確定分層層數(shù)。

按照分層厚度以及試攤?cè)〉盟射佅禂?shù)之后， 通過攤鋪機等攤鋪下層。 廠拌混合料適宜通過攤鋪機以松鋪厚度進(jìn)行均勻攤鋪，針對個別離析的集料，需通過人工的方式進(jìn)行重新拌和，確保級配碎石攤鋪均勻。 現(xiàn)場集中翻拌的混合料攤鋪時可通過平地機進(jìn)行施工， 但應(yīng)確保施工后的混合料有均勻的含水率，且應(yīng)大于最佳含水率1%左右。 攤鋪施工后應(yīng)再次進(jìn)行靜碾初壓2 次左右，確保下層混合料保持穩(wěn)定。

在高速公路或一級公路進(jìn)行級配碎石的攤鋪施工時，應(yīng)注意如下幾點內(nèi)容：（1）針對路幅較寬的路段，可通過兩臺攤鋪機以全半幅的方式攤鋪級配碎石混合料， 此時兩臺機器應(yīng)保持約6～7 m 的距離，以0.5 m 重疊的方式同步攤鋪，并在機器后面選派專人跟蹤避免集料離析的情況出現(xiàn)。 （2）一般應(yīng)該以2.5～3 m/min 作為攤鋪速度，具體可結(jié)合攤鋪厚度以及級配類型對速度進(jìn)行調(diào)整。 （3）基于試驗段確定松鋪系數(shù)，一般保持在1.1～1.30。

在二級及以下公路進(jìn)行級配碎石的攤鋪施工時， 若場地中沒有攤鋪機，也可通過平地機進(jìn)行施工，此時應(yīng)注意如下幾點內(nèi)容：（1） 攤鋪前應(yīng)基于攤鋪層厚度所需達(dá)到的壓實干密度，對每臺車輛混合料的攤鋪面積進(jìn)行計算，在路幅中央均勻卸載混合料， 對于寬路幅路段也可以同時用兩臺攤鋪車對稱卸載混合料。（2）通過平地機整平場地時，應(yīng)反復(fù)進(jìn)行刮料。但刮平次數(shù)過多將會導(dǎo)致水分蒸發(fā)越嚴(yán)重， 導(dǎo)致混合料出現(xiàn)越嚴(yán)重的離析， 因此， 應(yīng)該結(jié)合具體情況在刮平前進(jìn)行補水。（3）整平后應(yīng)及時進(jìn)行碾壓，若過程中有補水行為，則應(yīng)該待水分下滲后再壓實混合料。

3.4 上層攤鋪及碾壓成型

鋪設(shè)約2 cm 厚的瀝青后再攤鋪上層混合料， 并開展穩(wěn)壓、復(fù)壓和整平等工作，一直循環(huán)到設(shè)計厚度。

在級配碎石的施工中，碾壓是其關(guān)鍵步驟，對級配碎石結(jié)構(gòu)是否密實有重要影響。 在攤鋪完混合料之后，應(yīng)確保其含水率大于最佳含水率約1%，之后再進(jìn)行碾壓。 碾壓施工工序共包含3 個，分別是靜壓初壓、振壓復(fù)壓以及靜壓終壓。初壓時可采用8 t 重、360 kN 激振力的振動式壓路機進(jìn)行施工，復(fù)壓時可以采用120 kN 以上的振動壓路機進(jìn)行施工， 直到壓實面保持穩(wěn)定。 終壓時可以通過光面壓路機進(jìn)行靜壓。 碾壓施工時應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）針對級配碎石混合料，應(yīng)通過振動壓路機和重型輪胎壓路機進(jìn)行碾壓，先以靜壓的方式開始，在其保持大致穩(wěn)定且密實度一定之后， 再通過高低頻結(jié)合的方式進(jìn)行施工，確保結(jié)構(gòu)層內(nèi)部足夠密實，使空隙率有所減小，最后再通過膠輪進(jìn)行碾壓，使結(jié)構(gòu)層密實度更大。 （2）碾壓施工時，后輪應(yīng)有1/2 輪寬的重疊，且需要超出兩段接縫處。 碾壓施工時，對于直線或未設(shè)超高平曲線路段，應(yīng)按照從兩端路肩朝向路中心的方式進(jìn)行施工，針對設(shè)置超高的平曲線路段，應(yīng)按照從內(nèi)側(cè)到外側(cè)路肩的方式進(jìn)行施工，且路面兩側(cè)應(yīng)多碾壓2 遍左右，直到其密實度滿足要求。 （3）通過壓路機進(jìn)行碾壓時，應(yīng)將前兩遍的速度控制在1.6 km/h 左右， 再按照2.3 km/h 的速度進(jìn)行施工。（4）碾壓施工時應(yīng)注重均勻性，避免出現(xiàn)超壓或有薄弱點出現(xiàn)。

4 結(jié)語

在凍土地區(qū)應(yīng)用的級配碎石混合料的設(shè)計與施工需滿足更高的要求。 在級配碎石設(shè)計時，以往的設(shè)計規(guī)范僅對一般性情況下做出限制， 而未針對性地面向重凍區(qū)的級配碎石設(shè)計作出解釋。 而因重凍區(qū)環(huán)境的特殊性，一般性情況下的規(guī)章往往不符合要求，據(jù)此，本文根據(jù)現(xiàn)有研究論述了以雙控制指標(biāo)進(jìn)行重凍區(qū)級配碎石設(shè)計的方法， 對其具體設(shè)計流程進(jìn)行分析。 此外，針對性地提出重凍區(qū)級配碎石的施工要點，以盡可能確保重凍區(qū)級配碎石的應(yīng)用質(zhì)量。