河百高速同步碎石封層技術(shù)參數(shù)確定及施工技術(shù)優(yōu)化

張 龍 （中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

關(guān)鍵字：封層；碎石粒徑；碎石用量；有效厚度；工藝

1 設(shè)計(jì)文件中主要存在的問題分析

設(shè)計(jì)原文為“河百高速公路路面設(shè)中要求封層采用1cm同步碎石封層，使用A級70號道路石油瀝青，瀝青用量為1.5kg/m2；采用粒徑為4.75～9.5mm的碎石，壓碎值不大于22%，碎石用量為7～9m3/1000m2”。根據(jù)設(shè)計(jì)文件七《施工方案及注意事項(xiàng)》和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40），結(jié)合廣西大學(xué)梁軍林教授的咨詢意見我們將設(shè)計(jì)文件中主要存在的問題歸納如下：

①按照4.75～9.5mm碎石用量為7～9m3/1000m2的要求，將會形成至少2層的碎石堆積，且對于1.5kg/m2的瀝青用量只能形成厚度1.5mm的瀝青膜，瀝青膜不能完全包裹碎石，會存在抗剪強(qiáng)度和抗疲勞性能極差的夾層，不僅不會起到封層的作用，還會大大降低道路的使用壽命；

②根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40），設(shè)計(jì)厚度1cm，瀝青用量1.5kg/m2，4.75～9.5mm碎石用量為7～9m3/1000m2的封層宜采用層鋪法施工，采用單層層鋪法施工，密度為1300～1650kg/m3的碎石和1.5kg/m2的瀝青用量，碾壓后形成的瀝青處治封層剩余空隙率為0.35～0.30，不滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40）第6.4.2封層完全不透水的技術(shù)要求；

③設(shè)計(jì)文件要求的堅(jiān)固性質(zhì)量損失不大于12%，吸水率不大于2%，相對密度不低于2.60，為低品質(zhì)碎石的技術(shù)指標(biāo)；而壓碎值不大于22%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40）表面層不大于26%，其它層次不大于28%的技術(shù)要求，只有極少數(shù)火成巖碎石可以滿足要求，設(shè)計(jì)文件要求4.75～9.5mm碎石的壓碎值，并沒有相應(yīng)的評價(jià)方法，壓碎值試驗(yàn)采用9.5～13.2mm的碎石進(jìn)行評價(jià)，不同粒徑的碎石并不具有相同的壓碎值，小碎石的壓碎值會明顯大于大碎石的壓碎值，這并不是材料強(qiáng)度不足，而是定義了通過2.36mm篩孔為壓碎，小碎石的粒徑離2.36mm更近些，不需要壓碎大集料，相同壓力或作用功時(shí)壓碎值會增大。

2 問題解決方案

2.1 初步方案

本項(xiàng)目結(jié)合路用材料的實(shí)際條件，和已有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)從封層的定義和功用出發(fā)，在廣西大學(xué)梁軍林教授指導(dǎo)下，我們總結(jié)出以下幾點(diǎn)同步封層應(yīng)當(dāng)具備的技術(shù)指標(biāo)。

①同步封層的厚度采用《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中規(guī)定的大于6mm的技術(shù)要求。

②瀝青灑布量采用設(shè)計(jì)規(guī)定值不小于1.5kg/m2。

③同步封層用碎石采用滿足瀝青下面層的技術(shù)指標(biāo)的石灰?guī)r碎石。

2.2 方案細(xì)化

根據(jù)封層有效厚度需要大于6mm，瀝青撒布量為1.5kg/m2，以及技術(shù)規(guī)范中要求完全不透水我們可以對碎石撒布量進(jìn)行以下計(jì)算。

碎石有效厚度應(yīng)按以下公式1計(jì)算：

其中D為封層的總厚度，為6mm；Dp為瀝青有效厚度，計(jì)算值為瀝青單位面積質(zhì)量與瀝青表觀密度的比值，瀝青密度為0.96kg/m3～1.04kg/m3之間，為方便計(jì)算取1.0kg/m3則DG為4.5mm。

由于在同步封層碎石施工中，碎石不產(chǎn)生堆疊時(shí)其經(jīng)膠輪碾壓后的狀態(tài)應(yīng)介于堆積密實(shí)狀態(tài)和絕對密實(shí)狀態(tài)之間，其中堆積密實(shí)狀態(tài)單位體積質(zhì)量可以用堆積密度表征，絕對密實(shí)狀態(tài)的單位體積質(zhì)量可以用毛體積密度表征，經(jīng)過對本項(xiàng)目使用的石灰?guī)r碎石4.75mm～9.5mm及9.5mm～13.2mm的搗實(shí)密度分別為1.55kg/m3和 1.54kg/m3，毛體積密度均為 2.68kg/m3，這樣碎石撒布量就可以按以下公式2計(jì)算上下限值：

其中ρ為碎石的密度，分別取堆積實(shí)密度和毛體積密度代入，即得出碎石撒布量的邊界值，經(jīng)計(jì)算，上限值為12kg/m2，下限值為7kg/m2。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我們開展了相關(guān)試驗(yàn)，確定碎石應(yīng)采用的規(guī)格。

其簡要試驗(yàn)過程：采用手工平鋪的方法將預(yù)設(shè)單位面積質(zhì)量的碎石平鋪于已標(biāo)記尺寸的地面上，實(shí)行盲樣，評價(jià)碎石滿鋪情況和堆疊情況，滿鋪率可用肉眼觀察估計(jì)。

以下是試驗(yàn)結(jié)果整理。

編號 碎石類別 單位面積碎石質(zhì)量（kg/㎡） 評價(jià)1 1# 8 滿鋪率約為90%，局部存在堆疊情況2 1# 10 滿鋪率為100%，存在堆疊情況3 2# 8 滿鋪率約為75%，無堆疊4 2# 10 滿鋪率約為85%，無堆疊5 2# 12 滿鋪率約為95%，偶見堆疊

表中1#碎石公稱粒徑為4.75mm～9.5mm，2#碎石公稱粒徑為9.5mm～13.2mm；通過試驗(yàn)結(jié)果分析可知，單位面積碎石質(zhì)量和碎石的公稱粒徑大小正相關(guān)，碎石發(fā)生堆疊的概率和碎石的公稱粒徑大小程負(fù)相關(guān)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，我們?nèi)?#料即公稱粒徑為9.5mm～13.2mm的碎石作為封層用碎石撒布料，以便于更好滿足規(guī)范要求。

3 下封層施工

透層油完全破乳后，即可進(jìn)行瀝青同步碎石灑布。同步碎石采用智能瀝青同步碎石撒布車進(jìn)行灑布。瀝青采用70#道路石油瀝青，瀝青用量按照1.5kg/m2設(shè)定，碎石撒布量按照10kg/m2設(shè)定，撒布前，對同步碎石撒布車管道及瀝青進(jìn)行加熱至140℃以上，并確保管道通暢；碎石材料采用其潔凈、無雜質(zhì)、無潮濕的9.5mm～13.2mm的石灰?guī)r碎石，同時(shí)要檢查碎石滑槽的暢通狀況和開關(guān)的緊固程度，確保施工時(shí)滑槽及開關(guān)狀態(tài)不發(fā)生變化，出現(xiàn)撒布不均勻的現(xiàn)象。

撒布正式開始前，應(yīng)當(dāng)開展試撒布，試撒布段落不少于100m，試撒布過程中，采用已經(jīng)標(biāo)定質(zhì)量m0的方形大不銹鋼淺盤置于撒布帶上，記錄撒布車輛的瀝青撒布參數(shù)和碎石撒布開關(guān)參數(shù)，待撒布車按照預(yù)定車速開過后立即取走淺盤，并稱量，其結(jié)果記為m，將淺盤在試驗(yàn)室中加熱，小心收集淺盤中樣品，注意不使碎石遺失，將樣品置于三氯乙烯中洗凈并烘干，稱量烘干碎石質(zhì)量為m2，則m2即為碎石撒布量，瀝青撒布量m3按照以下公式3計(jì)算：

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整撒布參數(shù)，直至滿足要求，即可完成試撒布工作。

正式撒布時(shí)要注意撒布車尾部有人跟蹤，確保不出現(xiàn)花白、漏灑等現(xiàn)象，撒布過程中膠輪壓路機(jī)在確保行車安全的條件下盡量緊跟撒布車進(jìn)行碾壓，確保碎石和瀝青的有效粘接。

4 下封層施工工藝優(yōu)化

在實(shí)際施工過程中我們發(fā)現(xiàn)，無論經(jīng)過怎樣的精細(xì)化管理，在下封層施工過程中仍然會出現(xiàn)碎石和瀝青粘接不夠牢固的情況，為解決這一問題，本項(xiàng)目開展了下封層施工工藝的優(yōu)化工作。

其具體原因分析和優(yōu)化調(diào)整方案以及效果評價(jià)如下表所示。

序號 可能原因 優(yōu)化調(diào)整方案 效果評價(jià)1 碎石潔凈程度不夠 碎石經(jīng)過水洗工藝有一定效果，但是碎石經(jīng)水洗后難于干燥，出現(xiàn)粘接效果反而下降的情況2 瀝青降溫較快提高瀝青加熱溫度 受瀝青加熱溫度上限影響，效果不明顯減少壓路機(jī)和撒布車安全距離施工進(jìn)度緩慢，易發(fā)安全事故3瀝青和碎石的溫度梯度過大提升碎石溫度，將碎石過瀝青熱料倉后，趁熱施工效果顯著，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)

經(jīng)過實(shí)踐表明，提高同步封層施工質(zhì)量，保證碎石和瀝青的有效性粘接，采用提升碎石溫度，將碎石過瀝青熱料倉后，趁熱施工的方法是最直接有效的，其實(shí)質(zhì)就是降低瀝青與碎石的溫度梯度，其中為了保證瀝青具備一定的流變性條件，碎石的加熱溫度需要保證壓路機(jī)在碾壓時(shí)不低于100℃是比較合適的。以下是本項(xiàng)目同步封層施工方案優(yōu)化后的成活效果。

5 結(jié)語

中交二航局在廣西河百高速公路路面標(biāo)的建設(shè)過程中，在廣西大學(xué)梁軍林教授技術(shù)指導(dǎo)下，采用了許多基于科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性的施工細(xì)節(jié)的優(yōu)化方案，本文就是本項(xiàng)目瀝青路面封層施工中，在設(shè)計(jì)存在偏差、規(guī)范無明確要求的條件下，從最基本的定義出發(fā)，開展的瀝青同步碎石封層相關(guān)參數(shù)確定和施工技術(shù)優(yōu)化的介紹。通過文中實(shí)例，對類似工程具備一定借鑒作用。