東南亞地區級配碎石施工工藝優化

張 亮

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510420）

東南亞地區常年炎熱多雨，施工環境惡劣。級配碎石作為倒裝結構路面關鍵的結構層，對水穩定性和承載力有較高的要求。將規范和設計要求結合當地施工經驗，優化施工工藝，優化施工機械，縮短工期，同時保證良好的施工質量。該文對柬埔寨金港高速在級配碎試驗段及施工過程中取得到的數據進行分析，從初壓、復壓、提漿、收面以及驗收時間等方面提出合理的優化方案。

1 工程概況

柬埔寨某主線高速路面結構為4cmSBS改性AC-13C上面層+6cmSBS改性AC-20C中面層+12cmATB-25瀝青穩定下面層+16cm級配碎石基層+32cm級配碎石基層+32cm水泥穩定碎石下面層。按照規范及設計圖紙要求，驗收時級配碎石基層壓實度≥98%，固定碼率CBR>180%，驗收彎沉≤36.1mm。

2 施工工藝優化

2.1 初壓工藝優化

在東南亞高溫、多風的天氣條件下，級配碎石表面失水較快。在單鋼輪壓路機進行初壓時，表面極易脫水發白。此時級配碎石含水量低于最佳含水量，需要使用水車噴灑霧狀水潤濕級配碎石表面然后繼續進行碾壓作業。這不僅增加了初壓時間，同時也延遲了復壓時間。因此，選擇合適的初壓工藝能夠有效縮短初壓時間，降低水分蒸發速度是需要解決的難題。

經過試驗，使用膠輪壓路機進行初壓可以取得良好的效果。膠輪壓路機依靠自身質量在行進時對級配碎石表面集料進行揉搓，封閉表面的開口孔隙，能夠減緩級配碎石內部水分的散失速度，從而延長碾壓作業時間。徐工XP303膠輪壓路機自重為30.3 t，與寶馬格SD20噸單鋼輪壓路機強振時32 t的激振力基本相當，能夠產生相當的壓實度。膠輪壓路機1擋工作最大速度為8 km/h，遠大于寶馬格 SD20單鋼輪壓路機1擋工作最大速度 3 km/h。經過試驗，在保證初壓的壓實度相當的情況下，膠輪壓路機可以減少30%的工作時間，縮短了初壓時間。此外，在級配碎石表面脫水時，膠輪壓路機可以灑霧狀水碾壓，在級配碎石表面形成水膜，保證了集料的含水量，減緩水分蒸發速度，保證級配碎石含水量處于最佳含水量附近，避免水車補水，從而有效提高施工效率。但是在試驗時發現，膠輪初壓會形成多條長條狀輪跡印，影響基層的表面橫向和縱向平整。在單鋼輪復壓時，單鋼輪壓路機前鋼輪通過振動可以將長條狀輪跡印完全碾壓平整，從而確?；鶎拥钠秸?。

2.2 復壓工藝優化

復壓工藝使用單鋼輪壓路機進行作業，重疊半輪，強振往復碾壓。按照國內基層施工規范要求，級配碎石壓實度達到98%的壓實度即可。但按照國外規范和施工經驗，壓實度需要達到102%以上，才能符合東南亞地區高溫多雨氣候條件下的級配碎石基層驗收要求。東南亞地區雨季時間在每年5月—10月，長達6個月，年平均溫度在29℃，溫差不超過6℃，空氣濕度大。氣候條件相比國內的海南和福建等夏炎熱冬溫暖區更為惡劣。在雨季時，空氣濕度大，水分會沿著級配碎石的孔隙進入級配碎石內部富集，使細集料產生遷移，破壞級配碎石的骨架結構，降低了級配碎石的承載力，同時使ATB-25瀝青下面層層底拉應力增大，造成瀝青下面層出現早期病害。倒裝式路面結構在水穩底基層開裂后，將退化為柔性基層結構，ATB下面層層底將承擔拉剪疲勞，結構的剩余壽命取決于ATB層的抗疲勞性能。為了延長級配碎石基層的使用壽命，需要提高級配碎的壓實度，降低孔隙率，避免水分遷移破壞基層的骨架結構。因此，提高級配碎石的壓實度，降低孔隙率，增強水穩定性是特別有必要的。

在進行試驗時，選擇了多云無風的天氣下，同時位于攤鋪機起步處的一處斷面，避免天氣造成表面脫水從而對試驗結果造成影響。試驗員采用灌砂法連續測量復壓時級配碎石壓實度，每次測量三點取平均值作為壓實度檢測結果。復壓由單鋼輪重疊半輪強振進行往復碾壓。在保證表面不發白脫水的情況下，檢測碾壓第4遍~第8遍碾壓完成時級配碎石的壓實度。試驗最終結果如圖1所示，壓實度隨著碾壓遍數呈拋物線形式，變化相關度為0.991。在第4遍時，壓實度達到98%；第6遍時壓實度達到峰值105.30%；第7遍之后壓實度開始下降。繼續增加單鋼輪壓實遍數，基層壓實度反而逐漸下降。壓路機的激振力將本來已經十分密實的集料嵌擠結構破壞掉，減弱了集料之間的嵌擠作用，破壞了基層的承載力。對于級配碎石基層完成使用功能，增加ATB-25瀝青穩定碎下面層的使用壽命是的是極為不利的。

圖1 壓實現場檢測結果

如圖1所示，將壓實度與碾壓遍數進行相關性分析，可以得到拋物線公式=-0.9961+13.052+62.571，相關系數=0.994。由公式可知，在碾壓遍數=6.552時，壓實度得到最大值105.33。因此，在實際施工過程中，單鋼輪復壓6遍即可達到最大壓實度，與現場試驗結果相同。

實驗室同時在現場取樣，同步進行進行室內試驗，檢測CBR和吸水率。如圖2，CBR與壓實度呈線形正相關。在壓實度達到96%時，試件的CBR就達到了182.4，滿足了國內基層規范要求。當壓實度繼續增長時，試件CBR繼續呈線性增長。如圖3所示，室內條件下CBR與壓實度呈線形呈現線性負相關。室內條件下，試件在壓實度到98%以上時，吸水量遍降到28g以下。由此，提高級配碎石的壓實度可以有效增強級配碎石承載力，降低吸水率，從而提高級配碎石在高溫多雨條件下的水穩定性。因此，級配碎石復壓時，單鋼輪強振碾壓6遍，從而使級配碎石獲得最大的壓實度的施工工藝是合理而且有效的。

圖2 室內CBR檢測結果

圖3 室內吸水率檢測結果

2.3 灑水提漿工藝優化

級配碎石灑水提漿工藝采用灑水振動法。級配碎石在飽水狀態下，壓路機的激振力將級配碎石中的泥土和多余粉粒提出到表面，降低集料之間的富余粉料含量，從而增強集料顆粒之間的嵌擠作用，同時降低塑性指數，提高水穩定性。復壓完成后，灑水車在表面來回灑水形成一層較厚的水膜，然后單鋼輪振動壓路機緊隨其后進行往返強振碾壓。在振動力和水的洗滌作用下，碎石中的大顆粒下沉，小顆粒上浮，泥土和小于0.075mm的顆粒被富余水帶出結構層，剩余的集料嵌擠在一起，形成結構嚴密的馬賽克結構。

因此，單鋼輪振動壓路機的振動碾壓遍數是提漿工藝的關鍵控制工藝。試驗段分別采用振動碾壓1遍提漿與振動碾壓2遍提漿工藝施工，檢測成型后基層的彎沉從而確定提漿工藝。

從級配碎石基層成型后第3天開始，每隔2天檢測一次試驗段彎沉。從圖4可知，在第3天以后，碾壓1遍段落的彎沉隨著時間顯著下降，彎沉在第3天之后始終處于彎沉驗收合格線之內；而碾壓2遍段落的彎沉隨著時間逐漸增大，在第3天之后始終處于彎沉驗收合格線之外。筆者分別在兩個段落開孔觀察，發現碾壓2遍的級配碎石段落，表面有一層硬殼，級配碎石間粉狀細集料相對碾壓一遍的段落較少，集料之間結構相對較為松動，嵌擠效果相對較差。這是由于單鋼輪碾壓兩遍提漿，粉料被過度提出到表面，改變了級配碎石層內的級配，使集料之間的嵌擠作用相對減弱，在外力作用時，集料能夠產生相對較大的自由位移，彎沉指標相對較大。同時隨著含水量的下降，集料間由水分子產生的黏結力也逐漸縮小，集料相互之間發生越來越多的相對位移。檢測彎沉時，在車輪荷載作用下，集料產生的位移量相對較大，從而測得較大的彎沉。因此，灑水提漿時單鋼輪壓路機只需要1遍振動提漿即可，不能夠進行第二遍碾壓提漿，否則會破壞級配嵌擠結構。

圖4 彎沉與碾壓遍數關系

2.4 收面工序優化

在提漿完成后，根據當地施工經驗，表面稍微風干之后，需要進行灑水碾壓收面。但是在實踐過程中筆者發現該工藝存在一定的理論矛盾。按照碾壓原理，已經密實的結構在繼續灑水之后，水分子會增大集料之間的潤滑作用。在振動力作用下，集料之間會產生顯著位移，破壞本來已經形成的嵌擠結構。因此，筆者試驗了不灑水碾壓的收面工藝，同時追蹤檢測了采用兩種工藝段落的1個月的彎沉。

由圖5可知，采用兩種工藝的段落彎沉均滿足驗收指標。未灑水收面的段落相對未灑水段落的彎沉下降趨勢更明顯，彎沉更小，彎沉代表值偏小1.01mm~3.69mm。這是由于不灑水碾壓收面時，壓路機產生的振動力會閉合由水分子蒸發造成的開口孔隙，使級配碎石結構進行二次密實，提高了集料之間的嵌擠作用，從而減少了彎沉，提高了承載力。

圖5 灑水與不灑水段落彎沉變化

因此，后期養護不需要進行灑水，直接收面即可。

2.5 驗收時間優化

級配碎石在驗收時，需要確保彎沉處于最小值。由經驗可知，隨著晾曬時間增長，級配碎石的彎沉肯定是越來越小的。但是柬埔寨每年施工時間非常短，無法長時間等下去，需要確定最佳的驗收時間。因此，筆者追蹤檢測了200m長度基層的1個月的彎沉數據。從圖6中可知，從第1天~第9天，彎沉下降趨勢是非常明顯的，第9天后彎沉下降趨勢非常緩慢。因此，選擇第9天驗收基層較為合理，不必等待更長的時間。選擇9天作為驗收時間，能夠有效縮短基層的施工周期，同時也能夠防止當地車輛對級配的長時間碾壓造成二次破壞。

圖6 彎沉隨時間變化結果

3 結論

初壓選擇膠輪壓路機，可以縮短初壓時間，減緩級配碎石水分蒸發速度。復壓時，單鋼輪壓路機碾壓6遍，即可達到最大壓實度。灑水提漿時，單鋼輪壓路機進行1遍振動提漿，即可取得良好效果。復壓收面時，單鋼輪壓路機直接進行碾壓收面，不需要水車灑水。級配碎石基層在第9天就可以進行驗收。在初壓、復壓、灑水提漿、收面、驗收等階段進行試驗分析，并結合當地規范和經驗進行工藝優化，在保證質量的同時，避免了額外設備和資源的投入，有效縮短了施工工期，取得了良好的經濟效益。