簡述大碎石瀝青混合料柔性基層排水性能設計與施工控制

王新利，宋志強

（中鐵十五局集團第二工程有限公司，河南 焦作 454150）

1 概述

目前，通常所講的大碎石瀝青混合料（LARGE STONE ASPHALT MIXES，以下簡稱LSM）是從級配設計角度考慮的一種新型瀝青混合料，由較大粒徑（25～62 mm）的單粒徑集料和一定量的細集料組成。LSM作為柔性基層主要用于高速公路超重車道瀝青混凝土路面的基層或者舊路改造中。

1.1 實踐中被廣泛認知的LSM柔性基層的優點

1.1.1 明顯的抗永久變形能力

級配良好的LSM具有較好的抗車轍能力，可以抵抗較大的塑性和剪切變形，特別是對于縱坡較大、超重車路段，需要的持荷時間較長時，提高了瀝青路面的高溫穩定性，從而降低了運營期維護成本費用。

1.1.2 減少了瀝青總用量，降低工程造價

大粒徑集料的增多和礦粉用量的減少，減少了礦料的比表面積，使得在不減少瀝青膜厚度的前提下，減少了瀝青總用量，從而降低了建設期工程費用。

1.2 LSM 柔性基層的排水性能作為其優點之一也越來越被人們關注

開級配LSM中的水分是流通的，使得柔性基層具有排水的作用。從路面結構的整體系統來看，排水性能的優良與否是決定路面承受水損害程度的重要指標。本文從排水性能設計及施工控制為著入點，旨在引起人們對LSM柔性基層排水性能的認識和重視，并與廣大同仁商榷。

2 排水設計

（1）按《公路排水設計規范》（JTJ018－97）的規定，根據瀝青路面的表面水設計滲入率Ia、路面寬度，確定排水基層的有效厚度，由下式可以計算排水基層所要求的滲入量。

式中：Qi：縱向每延米路面結構表面水的滲入量，m3/（d·m）；

Ia：每平方米瀝青路面的表面水設計滲入率，m3/（d·m2）；

B：單向坡度路面寬度，m。

（2）按《公路排水設計規范》（JTJ018－97）的規定：滲入水在路面結構內的最大滲流時間：冰凍地區不應超過1 h，其他地區不應超過2（重交通時）～4 h（輕交通時）。地區材料的排水性能由滲透系數確定，其滲流速度可以根據達西定律進行計算，如下式：

式中：k：材料的滲透系數，一般取0.2 cm/s；

I：水頭梯度。

（3）LSM 排水基層的厚度應該視需要排泄的滲入水水量和所選透水材料的滲透系數而定，因此根據排水要求可以計算出排水基層所需要的有效厚度。

通過結構設計和排水設計可以得到LSM柔性基層的厚度，但應根據以下兩點進行修正：①根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40－2004）要求，厚度的確定還需要綜合考慮混合料鋪筑厚度與最大碎石的關系，瀝青混合料的鋪筑最小厚度應為最大公稱尺寸的 3倍，例如 LSM－25最大公稱尺寸為26.5mm，其3倍為79.5 mm，因此其最小鋪筑厚度應為9.5 cm。②通過大量數據研究表明，增加LSM排水基層厚度可以提高排水效率以及承載能力，但是太厚的排水基層容易產生較大的彎沉，且不經濟。

綜上，開級配LSM柔性基層適宜的鋪筑厚度為8～12 cm，最好不要超過15 cm，這一厚度也滿足排水設計規范的要求。

（4）為將滲入基層內部的水通過路肩排出，路肩也應具備透水功能，故可采用碎石路肩，使大碎石瀝青混合料基層與碎石路肩相連，順利排除路面結構層間水。碎石路肩采用級配碎石，級配碎石采用軋制碎石，級配要求可參考表1。

表1 碎石路肩級配要求

3 材料要求

大量的實踐數據表明，只有開級配LSM級配設計空隙率保持在 13%～18%，才能使柔性基層具有良好的排水性能，這就要求LSM中粗骨料達到相互嵌擠形成足夠的空間、細集料和填充料具有抗水損害能力、瀝青膜的包覆厚度大于12μm等指標，使LSM原材料特性不同于一般瀝青混合料。

（1）粗集料顆料要求物理性狀良好。顆料的細長及扁平顆粒含量不應超過15%，集料壓碎值應不大于20%，粗集料與瀝青應有良好的粘結力，粗集料與瀝青的粘結力為5級，以保證混合料達到水穩定性指標要求。

（2）細集料棱角性必須大于42%，砂當量值不小于65%。大碎石瀝青混合料可以使用人工砂和石屑作為細集料，但不準采用天然砂。

（3）填充料宜采用干燥消石灰粉或生石灰粉，高速公路LSM柔性基層用應滿足Ⅱ級以上要求，以期提高LSM的抗水損害能力。

（4）為提高LSM柔性基層的耐久性，混合料需要比較厚的瀝青膜，但同時必須防止混合料的析漏，因此應當采用粘度較高的瀝青膠結料。

目前國內通常采用的瀝青膠結料有SBS改性瀝青或MAC－70#改性瀝青。SBS改性瀝青技術要求見《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40－2004）；MAC－70#改性瀝青應滿足表2的相關要求。

4 施工過程控制

4.1 施工中常見的通病

眾所周知，LSM柔性基層的排水性能與混合料的孔隙率有著直接的關系。孔隙率過小，滲水效果達不到設計要求，造成路面結構層內滲水很難排出；孔隙率過大，排水效果顯著提高，但LSM柔性基層的耐久性受到影響。在實際施工中，由于瀝青混合料在卸料、運輸、送料、蝸輪傳送、收料倉收料的過程中無法避免大碎石產生離析，而且離析的程度相當嚴重，這就造成了LSM的實際孔隙率大于設計的偏差。離析造成的孔隙率的過大或偏小，所帶來的危害是相當多的，具體有：①粗集料過于集中使LSM的骨架嵌擠結構被破壞，造成受力性能和排水效果降低；②基層離析處的碎石易被震碎，使之改變了級配和該層路面的聯結強度，影響路面的使用壽命。

離析是大碎石的固有級配特性所決定的，是造成LSM柔性基層孔隙率難以控制的主要通病，要減少離析對排水性能所產生的危害，就要在各工序施工中嚴格控制，避免離析的出現。

表2 MAC－70 #改性瀝青的技術要求

4.2 LSM的拌和

（1）采用瀝青拌合機組拌和，拌和產量不小于260 t/h，拌和過程采用全部電子自動化計量。瀝青采用導熱油加熱，加熱溫度控制在 170～175 ℃范圍內，集料加熱溫度為 180～185℃，嚴格控制各階段的材料溫度，絕不允許有花料或半糊料現象發生。

（2）在正式試拌之前，先拌一鍋干料，取樣篩分，檢查混合料級配，級配無誤后加瀝青進行濕拌，并取樣做馬歇爾抽提試驗，檢驗瀝青用量；干拌時間不少于10～15 s，每盤的生產周期不小于45 s，拌和好的混合料應均勻一致，無花白料、無結團或嚴重的粗細料分離現象。

（3）LSM出廠溫度控制在170～180 ℃之間，高于195 ℃或低于145 ℃的混合料應予以廢棄；混合料出廠溫度逐車檢測評定。

（4）拌和機放料時，應至少分三次裝料，避免形成一個錐體使粗集料滾落而堆積在錐底形成離析。

4.3 LSM的運輸

（1）LSM采用15 t以上自卸車運輸，通過自重減少運輸中的顛簸振動，避免形成離析；同時裝料前車廂底板應清洗干凈，并刷一薄層油水（油∶水＝1∶3），以便容易卸料和防止污染。

（2）每輛運輸車都必須配有篷布，在運輸過程中用來進行保溫、防雨和防塵。

4.4 LSM的攤鋪

（1）LSM 的攤鋪采用兩臺攤鋪機攤鋪，避免螺旋布料器過長造成布料離析現象；攤鋪機成先后梯隊交錯排列，二者攤鋪間距保持5～10 m；兩幅之間應有10 cm左右寬度的搭接，攤鋪機行駛速度控制在1.5～2.0 m/min。

（2）在正式開始攤鋪前應保證有5輛以上的料車待鋪，以保證攤鋪的連續進行，避免停機待料現象的發生；攤鋪機不得中途停頓，不得隨意調整攤鋪機的行駛速度。

（3）攤鋪機料斗每次余料1/3料斗，以待與下車料同時攤鋪以消除離析現象。

4.5 LSM的碾壓

（1）碾壓按先輕后重，采用由低向高的方法壓實。

（2）壓路機行駛路線應由外側向路中心碾壓。

（3）壓路機碾壓時，應重疊1/2輪寬，并應不小于200 mm，后輪必須超過兩段的接縫處，后輪壓完路面全寬時為一遍。

（4）壓路機碾壓段的總長度應盡量縮短，不應超過30～50 m。

5 結束語

大碎石瀝青混合料作為柔性基層應用，對提高路面使用功能起到了巨大的推進作用，盡管LSM在施工中的不足造成了與設計的差距，使其排水性能還有待進一步的完善，但隨著新技術和新工藝的進步，大碎石瀝青混合料柔性基層也將得到進一步發展，這也與貫徹科學發展觀和建設資源節約型社會的客觀要求是相適應的。

1 《公路瀝青路面施工技術規范》（JTJF40－2004）

2 王松根.大粒徑透水性瀝青混合料（LSPM）柔性基層設計與施工指南［M］.北京：人民交通出版社，2007.1