洛南高速公路級配碎石配合比設計方法對比研究

王書杰

（交通運輸部科學研究院，北京 100029）

0 引言

級配碎石作為一種路面結構層材料，已經在國內很多地區的高等級公路中運用，但施工中對于級配碎石的成型方法存在分歧。本文通過對級配碎石不同成型方法及試驗指標的對比分析，從而確定適宜本項目級配碎石的最合理設計方法。

1 原材料與成型方法

1.1 原材料

本項目級配碎石原材料采用平頂山郟縣采石廠所產的石灰巖碎石，按規范要求的級配范圍分為19～31.5mm、9.5～19mm、4.75～9.5mm、0～4.75mm四檔，集料的各項技術指標經檢測均符合《路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）中對集料的要求。

1.2 成型方法

1.2.1 重型擊實法

重型擊實方法是在室內通過施加沖擊荷載對級配碎石材料進行壓實。重型擊實儀見圖1。從通過對材料產生剪應力使之壓實的效果看，重型擊實方法與現場靜力壓路機的作用過程相似。但重型擊實與振動壓路機通過高頻振動作用使材料產生“液化”，從而使混合料密實的過程是完全不同的。即使重型擊實與振動壓實的壓實功相同，由于兩者作用機理不同，形成的被壓實材料的最大干密度和最佳含水率也是不一樣的。因此，重型擊實試驗所得出的最大干密度和最佳含水率和現場振動壓路機碾壓下能達到的最大干密度和所需要的最佳含水率是不一致的。

近年來，大噸位振動壓路機已得到廣泛使用，重型擊實下的擊實功確定的最大干密度和最佳含水率，已經不能與現場實際情況相一致，不能有效地模擬施工現場運用振動碾壓工藝的壓實效果。

圖1 重型擊實儀

1.2.2 振動成型法

振動成型法是在室內通過動態沖擊對材料進行壓實。振動成型儀見圖2。其產生荷載作用，使得材料內部顆粒隨之振動，重新排列，被壓實材料顆粒間隙不斷減小，密度不斷增加，而且顆粒間隙的減小使顆粒之間的接觸面積增大，導致被壓實材料內摩擦力增大，承載能力得到提高。再者，用振動成型方法設計修筑的道路抵抗溫縮和干縮裂縫的能力較優。振動使材料內部產生振動力，被壓實的顆粒在振動力的作用下，由靜止狀態過渡到運動狀態，被壓實材料之間的摩擦力也由摩擦狀態逐漸進入到動摩擦狀態。

圖2 振動成型儀

2 數據對比

2.1 室內數據

根據《路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000），級配碎石級配范圍的具體要求見表1。分別使用重型擊實儀和振動成型儀對級配碎石進行配合比設計，并根據兩組配合比設計結果分別進行了300m試驗段的試鋪工作。試鋪期間在現場采集了大量的試驗數據，通過對室內和現場的試驗數據進行對比、分析，確定適合本項目級配碎石的成型方法，試驗數據及對比分別見表2和圖3。

表1 公路路面基層施工技術規范（JTJ 034—2000）中的級配碎石級配范圍

表2 重型擊實和振動成型試驗數據對比

圖3 級配碎石試驗數據對比圖

從表2和圖3可以看出，重型擊實法所確定的最大干密度較低，施工時較易達到設計壓實度，但混合料內部并沒有完全壓實，其成型后水分散失較快，造成表面空隙多，局部離析、松散，彎沉值也受其影響，試驗結果明顯偏大；而振動成型法確定的最大干密度，比較接近該混合料的壓實密度，成型后比較密實，不易松散且承載能力較好。

3 結論

重型擊實法與振動成型法室內和現場試驗數據結果顯示，振動成型法配合比設計的試驗數據和現場實際效果都優于重型擊實法，最終確定本項目級配碎石配合比設計采用振動成型法。

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