級配碎石倒裝結構在養護工程中的應用

楊美坤,王 飛,楊 洋

（1.山東省交通規劃設計院有限公司，山東 濟南 250031；2.齊魯交通發展集團，山東 濟南 250101）

引言

目前，我國高速公路瀝青路面多為無機結合料穩定類基層瀝青路面，基層強度高、整體性強，是一種良好的筑路材料，但易產生溫縮、干縮裂縫，反射至瀝青面層形成反射裂縫。為減少或延緩基層反射裂縫，除增加瀝青面層的厚度等措施外，可在無機結合料穩定類基層上設置級配碎石層或瀝青碎石層[1]。

福建省在無機結合料穩定類基層上同時設置級配碎石層和瀝青碎石層，瀝青碎石層厚度一般為15～18 cm，瀝青混凝土面層為10 cm；當僅設置級配碎石層，且瀝青面層較薄時，國外常稱為“倒裝結構”路面，這種結構在南非、澳大利亞等較為普遍，其中南非高等級公路常用的路面結構為5 cm瀝青混凝土面層+15 cm級配碎石聯接層+30 cm水泥碎石基層+路基改善層。

1 既有高速概況

試驗路所在高速公路于2000年建成通車，2010年中修加鋪罩面4 cm SMA-13，現有路面結構組合為4 cm SMA-13+4 cm AC-13+5 cm AC-20+6 cm AC-25+2×18 cm 水泥穩定碎石+18 cm 水泥穩定砂礫。

目前，路段主要病害為橫縫，裂縫間距多在15～30 m不等，取芯發現裂縫多為基層反射裂縫，基層芯樣多數已開裂，但僅個別芯樣完全松散破碎、不成形。

根據2016年交通量觀測數據，交通量自然數為14 584輛/天，換算為標準車為23 463輛/天，車型見表1。

2 倒裝結構組合設計

倒裝結構組合首先需確定級配碎石層的厚度，其厚度多采用10～15 cm，如法國一般為12 cm，澳大利亞為10 cm，南非多為15 cm。鐘夢武等建議級配碎石基層厚度的適宜范圍為12～18 cm,宜采用15 cm[2]，試驗段級配碎石基層厚度取14 cm。

倒裝結構中瀝青面層受力模式與典型無機結合料穩定基層瀝青路面結構不同，荷載作用下，瀝青面層層底受拉，面層太薄時，易發生疲勞開裂，文獻推薦高速公路的瀝青面層厚度宜大于12 cm[2]。項目通過采用SMA-13、高模量改性瀝青混凝土等高品質瀝青混合料，將瀝青面層厚度減薄至10 cm，同時為分析薄瀝青面層倒裝結構損傷特點，設置了5 cm瀝青面層試驗對比段。

最終確定的倒裝結構組合見圖1。

圖1 倒裝結構試驗段路面結構組合

級配碎石基層上噴灑PC-2乳化瀝青、鋪設熱融橡膠瀝青碎石封層，以增強瀝青面層與級配碎石基層之間的層間粘結，同時防止水分滲入級配碎石層。

級配碎石基層為典型的非線形材料，其側向約束越大，強度越高。因此，舊路銑刨時級配碎石層寬度方向各預留50 cm臺階不銑刨，作為側向約束；同時，考慮到級配碎石基層浸水后強度降低，在路側每隔30 m設置橫向邊緣排水系統一處。

3 級配碎石基層混合料設計

3.1 公稱最大粒徑要求

為避免離析，確保級配碎石層具有穩定的技術性能，集料公稱最大粒徑宜為26.5 mm，當碎石層強度難以達到規定要求（CBR≥200%）時，也可將公稱最大粒徑設增大到31.5 mm，但不得超過31.5 mm。

3.2 集料分檔與摻配

級配碎石需用不少于4種規格的碎石摻配拌制而成，一般可按0.075～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～19 mm、19～26.5 mm共4檔集料按比例摻配。

3.3 級配設計控制指標

（1）試件成型方式：重型擊實；（2）CBR值：不小于200%（最佳含水率下3層擊實98次、4 d飽水）；（3）固體體積率：85%～90%。

3.4 壓實度及強度

（1）壓實度：依據重型擊實標準，按照灌砂法試驗測級配碎石基層壓度應≥100%。（2）回彈模量：采用承載板試驗，現場測試回填模量值應≥400 MPa。

3.5 推薦級配

推薦級配范圍見表2，施工時應通過配合比試驗，選擇CBR值最大且固體體積率滿足設計要求的級配作為最優級配。

表2 級配碎石推薦級配范圍

4 級配碎石壓實工藝

4.1 級配碎石基層施工流程

準備工作面→施工放樣→拌和與運輸→攤鋪→碾壓→接縫處理→透層、粘層。

4.2 級配碎石碾壓注意事項

（1）在攤鋪好的混合料達到碾壓長度（40 m）、表面水分尚未大量蒸發，含水量處于最佳含水量或略大于最佳含水量時立即進行碾壓。如需要補充混合料水分時，應采用噴霧式灑水車適量灑水。（2）用壓路機跟在攤鋪機后在全寬范圍內進行碾壓。碾壓應遵循先輕后重、先慢后快、從低到高的原則。（3）碾壓程序應按試驗路確認的方法進行。碾壓時，應重疊1/2輪寬，后輪必須超過兩段的接縫處。各部分碾壓到的次數應盡量相同，壓路機碾壓不到的地方用小型平板式振動器施振密實。

4.3 初步建議壓實工藝

（1）初壓：振動壓路機靜壓1遍；（2）復壓：輪胎壓路機1遍，振動壓路機弱振1遍，然后強振2遍，再靜壓1遍。（3）終壓：膠輪壓路機碾壓2遍,實際施工中，可根據現場情況調整，以達到要求的壓實度為準，但同時要避免碾壓過程中造成集料顆粒破碎。（4）嚴禁壓路機在已經碾壓成型的或正在碾壓的級配碎石路段上調頭或緊急制動。（5）壓實后表面做到平整密實，無輪跡或隆起，不得產生“大波浪”現象。施工過程中及時用3 m直尺進行平整度檢測，不合格立即處理。

5 試驗路觀測

通車半年后，對試驗段進行現場觀測。倒裝結構試驗段（一）、（二）均未發現橫向裂縫。病害主要為倒裝結構試驗段（一）的龜裂，集中在行車道右側邊緣，病害區域無明顯變形，病害形態見圖1。

通過查閱施工記錄，分析病害產生原因主要是鋪筑瀝青面層時，橡膠瀝青碎石封層粘輪嚴重，見圖2。由于級配碎石為無粘結散粒材料，封層脫落后，瀝青面層與級配碎石基層間無法產生有效粘結，導致瀝青面層單獨受力，在荷載反復作用下，特別是薄瀝青面層情況下，極易過早產生疲勞破壞形成龜裂。

圖1 倒裝結構試驗段（一）龜裂病害

圖2 橡膠瀝青碎石封層脫落

6 結語

（1）級配碎石基層的施工質量驗收宜采用壓實度和回彈模量雙指標控制。（2）由于級配碎石為無粘結材料，與瀝青層間粘結較差，薄瀝青面層的倒裝結構應加強層間粘結設計，避免瀝青面層單獨受力，過早的產生疲勞開裂。（3）為增加級配碎石層與瀝青面層之間的粘結效果，可參照水泥混凝土路面碎石后表層處置，增大透層灑布量，同時封層宜采用低粘度或不粘輪瀝青。（4）級配碎石倒裝結構可有效減緩無機結合料基層反射裂縫產生，但瀝青面層易產生疲勞開裂，因此，瀝青面層不宜過薄，結合本試驗段觀測結果，瀝青面層厚度宜不小于10 cm。