礦粉在級配碎石混合料墊層中的應用技術研究

袁先軍

（四川公路橋梁建設股份有限公司四川雙流610200）

礦粉在級配碎石混合料墊層中的應用技術研究

袁先軍

（四川公路橋梁建設股份有限公司四川雙流610200）

級配碎石墊層是處于公路路基與半剛性基層之間的一種無粘結性能的柔性結構層，該結構層具有良好的隔溫性、隔水性和排水性，可有效擴散應力，并保護土路基不受水與冰凍等不利自然條件的侵蝕。目前，四川地區級配碎石墊層多采用卵石軋制而成的粗集料和細集料進行鋪筑，而施工中發現卵碎石級配混合料墊層不易碾壓，細集料填隙不好，致密性欠佳，整體強度較差。結合四川地區路面墊層施工過程中的成功經驗和不足之處，本文通過成都第二繞城高速公路墊層施工中采用相同施工工藝和集料級配，且路基壓實度和回彈彎沉一致的條件下，對摻加適量礦粉的卵碎石級配碎石墊層的穩定性和路用性能等進行技術研究。

成都第二繞城高速公路；墊層；施工

1　工程概況

成都第二繞城高速公路西段項目LM1合同段起于K93+ 048.426，止于K134+313.772，路線全長41.268km。路面基層結構類型為：15cm級配碎石墊層+18cm水穩底基層+36cm水穩基層。根據設計文件要求，其路面墊層、水穩（底）基層等施工用碎石均采用沿線河壩卵石軋制，而施工中發現卵碎石級配混合料墊層不易碾壓，細集料填隙不好，致密性欠佳，整體強度較差。為此，通過優化級配和摻加適量礦粉對卵碎石級配碎石墊層進行了級配改良，并增強級配碎石顆粒間嵌鎖效果來提高其整體強度和穩定性。

2　級配碎石混合料主要特點

根據混合料不同粗細集料比例，可將其劃分為骨架空隙結構、骨架密實結構和懸浮密實結構3種結構類型。骨架密實結構密實度較大、內摩阻力較大、抗剪強度較強，施工時易于壓實成型，故其是一種較為理想的結構類型。骨架密實結構中粗集料數量較多，可以形成空間骨架結構，粗集料骨架空隙又能剛好被細集料填充密實，形成較大的密實度和較小的殘余空隙率。該種骨架一密實結構密實度較大，抗剪強度較強，施工時易于壓實成型，是一種較為理想的結構類型。

3　級配碎石摻礦粉配合比設計

3.1集料級配組成

原材料選定后，根據不同規格集料通過率，先繪出級配碎石級配曲線，然后確定不同規格集料的比例，使其形成骨架密實結構。根據級配碎石的級配曲線最終確定了級配碎石不同規格集料的比例為：0～4.75mm：4.75～9.5mm：9.5～19mm：19～31.5mm= 26%：12%：22%：40%，外摻5%礦粉。關鍵篩孔4.75mm通過率宜在28～31%之間。

3.2最佳含水量和最大干密度的確定

試驗采用振動壓實法進行最佳含水量和最大干密度測定。

根據振動成型擊實試驗可以得到：未摻加礦粉的級配碎石最佳含水量為4.18%，最大干密度為2.344g/cm3；摻加適量礦粉的級配碎石最佳含水量為4.03%，最大干密度為2.345g/cm3。

3.3混合料CBR試驗研究

摻加適量礦粉的級配碎石混合料CBR平均值為50%；未摻加礦粉的級配碎石混合料CBR平均值為43%，并且均大于設計指標40%。

4　級配碎石墊層施工工藝及技術要求

4.1一般要求

（1）清掃作業面表面，保證施工作業面平整度滿足相關規范規定要求，表面無浮塵、積水、無彈簧現象、松散顆粒等，并將作業面表面灑水濕潤。

（2）開始攤鋪的前一天要進行測量放樣，按攤鋪機寬度與傳感器間距，一般在直線上間隔為10m，在平曲線上為5m，做出標記，并打好厚度控制線支架，根據松鋪系數算出松鋪厚度，決定控制線高度，掛好控制線。用于攤鋪機攤鋪厚度控制線鋼絲的拉力應不小于800N。

4.2施工準備

4.2.1材料的準備

集料按19～31.5mm，9.5～19mm，4.75～9.5mm，0～4.75mm四種規格備料，礦粉由合格材料供應商提供。堆料場地和拌和場內的道路要硬化處理，以防止泥土的混入。采用未篩分碎石時其級配應滿足規定要求。

4.2.2機械設備的準備

墊層施工的主要機械設備：攤鋪機2臺，13t雙鋼輪壓路機1臺，20t單鋼輪壓路機2臺，膠輪壓路機1臺，噸運輸車輛等。

4.2.3鋪筑前路段的準備

（1）對下承層壓實度、平整度、標高和彎沉值等指標進行檢驗。凡不符合設計和規范要求的路段，必須根據實際情況，采用相關措施處理解決，使其達到規范規定的標準后方可鋪筑級配碎石層。

（2）用15t以上的壓路機進行復壓，在碾壓過程中，如發現土過干或者表面松散時應適當灑水，如土過濕，應根據實際情況進行挖開晾曬、換土、摻石灰的方式進行處理。驗收不合格禁止進入下道工序。

4.3拌和

本項目用500t/h拌和機集中場拌。在正式拌制混合料之前，必須先調試所用設備到正常工作狀態且計量準確，使混合料的顆粒組成和含水率達到規定要求。原材料的顆粒組成發生變化時，應重新調試設備。

拌和時，拌和的時間和用料稱量應準確，用水量應視運輸的遠近和天氣情況，適當調整加水量，混合料含水量宜略大于最佳含水量，以保證混合料在壓實前達到最佳含水量。總之，混合料的含水量以碾壓時不出現“彈簧”現象為佳。

試驗人員應重點進行級配碎石混合料的級配組成及含水量的檢測。

拌和完成的標志是：混合料色澤一致，粗細集料混合均勻，且無夾心、結團、集料離析現象。

4.4運輸

級配碎石混合料采用15t以上自卸車運輸，裝料前需清洗車輛車廂并晾干，保證車廂內清潔干燥。裝料時按前、后、中的順序移動裝料，以避免或減少混合料離析，不得裝料過滿，以免造成集料外溢。運輸過程中車輛應覆蓋篷布，以防止水分蒸發流失。

4.5攤鋪

采用攤鋪機進行攤鋪碎石墊層。如下承重層是穩定細粒土，應先將下承重層拉毛，再進行攤鋪。

拌和機與攤鋪機的生產能力應互相匹配。如拌和機的生產能力較小，用攤鋪機攤鋪時應采用低速，減少停機待料的情況。

4.6碾壓

級配碎石墊層攤鋪、修整后，應立即用16t以上（18～20t）壓路機跟在攤鋪機后進行全路幅碾壓，1次碾壓長度控制在50～80m內。碾壓段落層次分明，且須設置明顯的分界標志。壓實按靜壓→弱振→強振→收壓等4道工序進行，初壓可用雙鋼輪壓路機靜壓1～2遍，碾壓速度以1.5～1.7km/h為宜；復壓采用單鋼輪壓路機振動碾壓4～6遍，碾壓速度以1.8～2.2km/h為宜；終壓采用膠輪壓路機碾壓1～2遍，以消除輪跡，提高密度，碾壓速度以1.5～1.7km/h為宜。

碾壓過程中，嚴禁壓路機驅動輪在已完成或正在碾壓的路段上調頭或急剎車，以保證已完成路段表面不受破壞；級配碎石層表面應保持濕潤，當水分蒸發較快時，應及時補灑少量霧狀水，嚴禁灑大水或沖水碾壓；如級配碎石攤鋪層表面出現彈簧、松散、起皮等現象，應及時挖開晾曬或用符合要求的混合料進行換填處理，以保證施工質量。

4.7養生與交通管制

級配碎石墊層碾壓完成并經壓實度檢測合格后，應立即開始養生。養生以保持墊層表面濕潤為原則。養生期間，應封閉交通；不能封閉交通時，應限制重載車輛通行，車速不超過30km/h，且不得轉彎、調頭及急剎車。

5　級配碎石墊層性能研究

5.1施工穩定性

工程應用表明：摻加礦粉能夠有效改善卵碎石級配碎石的工作性能，利于填充碎石顆粒間的孔隙，促使集料較好地嵌擠，并達到較高的密實度，從而提高混合料攤鋪后的壓實度，且避免其在攤鋪過程中出現離析現象。碾壓過程中，摻加適量礦粉的卵碎石級配碎石墊層較未摻加礦粉的卵碎石級配碎石墊層更能減小碾壓產生的混合料推移，且無明顯輪跡，從而有利于提高級配碎石墊層的壓實質量。摻加適量礦粉的卵碎石級配碎石墊層碾壓后表面狀況見圖1。

圖1　摻加適量礦粉和未摻加礦粉的卵碎石級配碎石墊層攤鋪后表面狀況

5.2結構穩定性

彎沉值是道路設計中的重要指標，墊層頂面回彈彎沉值的大小直接體現級配碎石墊層的承載能力和強度，其與墊層級配及下承層路床結構強度和承載能力有關，同時也反映出材料的結構穩定性。在路基回彈彎沉和級配碎石層壓實度基本相同的情況下，對摻加適量礦粉和未摻加礦粉的卵碎石級配碎石墊層試驗段進行彎沉試驗，分析摻加適量礦粉和未摻加礦粉的卵碎石級配碎石層的承載能力的大小。

表1　彎沉測試結果和回彈模量計算匯總

從表1可以看出，摻加適量礦粉后，卵碎石級配碎石層回彈模量提高了13%，其強度及其結構穩定性明顯優于未摻加礦粉的卵碎石級配碎石層。

6　結語

（1）通過成都第二繞城高速公路西段項目LM1合同段相關設計文件要求的基礎上結合四川地區的特點進一步完善、優化了路面墊層材料配合比的設計方法。

（2）在摻加適量礦粉的級配碎石和未摻加礦粉的級配碎石級配相同時，摻加適量礦粉的級配碎石混合料膨脹率和吸水率均小于未摻加礦粉的級配碎石混合料膨脹量和吸水率；摻加適量礦粉的級配碎石混合料CBR平均值大于未摻加礦粉的級配碎石混合料CBR平均值；說明了摻加適量礦粉的級配碎石混合料的整體板結性能和強度優于未摻加礦粉的級配碎石混合料的整體板結性能和強度。

（3）在施工工藝和集料級配相同，且路基壓實度和回彈彎沉一致的條件下，摻加適量礦粉的卵碎石級配碎石墊層的整體嵌固和致密性較未摻加礦粉的卵碎石級配碎石墊層的要好，強度更高，輪跡更淺，彎沉值更小，整體穩定性更好。

（4）摻加適量礦粉的卵碎石級配碎石墊層較未摻加礦粉的卵碎石級配碎石墊層的路用性能更好，更能使高速公路路面具有堅實、穩定的基礎，可以更有效地防止或緩解路面因路基反射裂縫和路基滲水導致的路面破壞，從而提高公路的使用壽命。

[1]《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）.

[2]《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTGE51-2009）.

[3]《公路工程集料試驗規程》（JTGE42-2005）.

U416.214

A

1673-0038（2015）14-0217-02

2014-3-23

袁先軍（1979-），男，工程師，本科。