G325廣州至南寧二級公路大粒徑碎石基層施工控制與應(yīng)用

作者簡介：鄧 磊（1980—），助理工程師，主要從事道路咨詢、橋梁、隧道檢測技術(shù)服務(wù)工作。

摘要：傳統(tǒng)半剛性基層容易開裂，早期病害多，而級配碎石空隙大，幾乎沒有裂縫，且應(yīng)力適應(yīng)性好。當(dāng)提高碎石粒徑后，形成大粒徑級配碎石，該種混合料具備級配碎石的優(yōu)點，且承載能力更高，適用于國省干線公路的大中修項目。文章對大粒徑碎石混合料的級配和施工控制進行了介紹，并對大粒徑級配碎石基層的試驗路項目進行了質(zhì)量檢測評價，為大粒徑級配碎石的進一步推廣應(yīng)用提供了理論借鑒。

關(guān)鍵詞：大粒徑碎石；原材料控制；施工控制；質(zhì)量檢測

中圖分類號：U416.214A180594

0 引言

我國的道路工程一直秉持“強基薄面”理念，即強調(diào)半剛性基層的重要性，因為該結(jié)構(gòu)層承載能力較高且施工成本低。然而，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，半剛性基層瀝青路面的大規(guī)模推廣卻帶來了諸多問題：水穩(wěn)材料自身的特性在環(huán)境作用下難以避免溫度裂縫及干燥收縮裂縫的產(chǎn)生，導(dǎo)致路面大面積開裂，危及道路結(jié)構(gòu)，造成早期損壞。而級配碎石是由不同級配的碎石在無結(jié)合料的情況下組合而成的柔性材料，通過形變可以很好地分解和擴散應(yīng)力，能很好地避免裂縫的產(chǎn)生，而且成本低、方便維修。而大粒徑碎石基層具有更大的顆粒粒徑，承載能力更高，更適應(yīng)于目前日益增長的交通荷載作用，因此從該技術(shù)工程控制應(yīng)用等方面對大粒徑級配碎石基層材料進行深入研究^［1-2］。

1 技術(shù)特點

與其他常規(guī)材料不同，級配碎石不含結(jié)合料，因此幾乎不會產(chǎn)生干縮或者溫縮，受環(huán)境影響小；級配碎石材料也分為很多種，其中具有松散特點的材料與其他材料有所不同，其具有拉應(yīng)變和不傳遞拉應(yīng)力這兩個顯著特征。由于該類型材料具備這兩種特征，在建造公路的過程中，能夠?qū)?jīng)常出現(xiàn)的反射裂縫進行有效防范；而較大的空隙率也保證了結(jié)構(gòu)的排水性。但傳統(tǒng)級配碎石最大的缺陷就是承載能力低，塑性變形大，易于產(chǎn)生剪切破壞，影響路面的平整度和行車安全。基于此，提高級配碎石的粒徑，既能繼承傳統(tǒng)級配碎石材料的優(yōu)點，又可以提高承載能力，滿足重載交通的需求。大粒徑級配碎石混合料可在舊路上直接加鋪，充分利用舊路結(jié)構(gòu)層的剩余價值，其較好的承載抗裂能力能夠降低養(yǎng)護費用，尤其適用于交通荷載重、道路養(yǎng)護經(jīng)費有限的國省干線公路的大中修工程，經(jīng)濟社會效益突出^［3-5］。

本文開展大粒徑級配碎石基層的施工控制與應(yīng)用分析，重點對大粒徑級配碎石基層原材料質(zhì)量、級配范圍、施工關(guān)鍵工序等進行控制。通過在實體工程中應(yīng)用大粒徑級配碎石后的檢測和評價，為在路網(wǎng)干線公路的建設(shè)和提質(zhì)改造工程中大規(guī)模合理使用大粒徑級配碎石材料提供參考和借鑒。

2 施工控制

2.1 原材料質(zhì)量控制

大粒徑級配碎石基層采用的粗集料碎石應(yīng)具備足夠的剛度、強度和耐磨性能，通常由質(zhì)地堅硬的巖石經(jīng)過多級破碎而成。其顆粒形狀應(yīng)近似于立方體，無雜物。碎石存放時應(yīng)按照粒徑分開堆放，并架設(shè)防雨棚。根據(jù)需求選擇適宜的材料，并使用級配適宜的原則，將一般碎石場的篩余料收集、篩選之后當(dāng)作石屑進行使用。細集料主要是控制石屑的顆粒組成、含泥量和摻加量，保證級配合適，且應(yīng)干燥、潔凈、無風(fēng)化、無雜質(zhì)。大粒徑碎石基層應(yīng)優(yōu)先采用石灰?guī)r細集料，其次是花崗巖細集料。

大粒徑級配碎石基層所采用的細集料和粗集料的具體質(zhì)量要求如表1和表2所示。

2.2 工程級配的確定

參考普通級配碎石的工程級配并考慮大粒徑碎石的特點，經(jīng)過室內(nèi)及現(xiàn)場施工探索，初步確定大粒徑級配碎石基層混合料的工程設(shè)計級配范圍應(yīng)符合表3中規(guī)定的級配范圍。

2.3 施工過程控制

2.3.1 拌和

基層用大粒徑級配碎石的制作過程相對較為簡單，主要涉及的場地為拌和場，使用的工具為拌和機，采用的生產(chǎn)方式為集中生產(chǎn)，配料機采用四倉配料。為了保證準確性，配備電子秤用以對重量進行稱量，并根據(jù)需要調(diào)整用水量。為了保證所生產(chǎn)材料質(zhì)量較高，對拌和的時間要進行控制，一般在30～40 s，含水量也不是一成不變的，需要根據(jù)天氣情況適當(dāng)調(diào)整，以確保大粒徑碎石混合料的質(zhì)量。

2.3.2 運輸

拌和站向汽車裝料時一定要注意混合料離析，一般采用“前、后、中”的順序進行裝車，且出料口與車斗不宜過遠，控制好混合料的卸料高度。做好事前準備工作，其中最重要的是保證運輸車輛的數(shù)量能夠滿足運輸需求。一般前場等待的車輛≥3輛，并保證車輛暢通，當(dāng)混合料在攪拌完成后的第一時間送達現(xiàn)場，保證足夠的車輛能夠?qū)ΜF(xiàn)有材料進行攤鋪。在運輸過程中，需要加蓋篷布。

2.3.3 攤鋪

（1）在準備階段，需要對舊路面進行全方位的清理和清洗，保證路面的清潔度。同時需要根據(jù)天氣情況進行灑水處理，使路面一直處于濕潤狀態(tài)，防止水往下流淌。為了保證路面的清潔程度，也需要定期清理，如緊挨著路肩側(cè)路面范圍內(nèi)的土。做好基底的清理工作，保證舊路的左、中、右三個方位的樁處于可使用的狀態(tài)，對其進行恢復(fù)。在施工過程中，要注意按照半幅（4.75 m）的寬度開展，設(shè)置路樁的距離為10 m一樁。同時，在路肩兩側(cè)也需要按照施工要求合理放置高程控制樁。在放置完成后，要對角拉線，確保厚度滿足施工需求。

（2）在施工過程中使用的機械較少，一般使用一臺攤鋪機即可滿足生產(chǎn)需求。施工現(xiàn)場的工作順序有先有后：第一步利用攤鋪機完成攤鋪工作；第二步人工就需要做好整形、收邊以及補角工作，完成之后，保證路面整潔。在整個工作過程中，需要使松鋪系數(shù)一直保持在1.3。為了保證攤鋪工作一直能夠進行下去，在施工現(xiàn)場需要配備3輛以上的運料車輛。為了使路面更平坦，攤鋪機需要以1.8 m/min的速度勻速前進。攤鋪過程中，人工輔助補料并找平。

2.3.4 碾壓

為保證路面的壓實效果，需要在大粒徑級配碎石攤鋪碾壓的過程中加入符合要求的水分。在施工過程中，需要對含水量進行嚴格控制。碾壓應(yīng)及時，一般在填隙碎石攤鋪后展開。如果水分不足，需要使用噴霧式灑水車補灑；如果水分太高則需要用鏟車或挖機翻曬，以保證含水量一直處于最佳狀態(tài)。

具體的施工工序及施工要求如表4所示。

2.4 施工質(zhì)量檢測與評價

大粒徑碎石基層作為承受面層傳遞下來的車輛荷載的重要層位，其整體層位的剛度和承載能力至關(guān)重要。層位剛度的評價采用彎沉指標，而大粒徑碎石的合理填充是保證層位剛度的重要前提，因此采用填隙碎石的固體體積率進行表征。另外，為評價大粒徑碎石在攤鋪過程中的均勻性和平整性，確保上承層具有良好的平整度和行車舒適性，還需要檢測大粒徑碎石基層的平整度指標^［6-7］。

彎沉和平整度指標的計算可參考相關(guān)規(guī)范，現(xiàn)重點介紹固體體積率的計算，其計算公式見式（1）。

式中：K——固體體積率（%）;

V_s——試樣的固體體積（cm³）;

V_h——試洞的體積（cm³）。

施工后應(yīng)及時對大粒徑級配碎石基層進行質(zhì)量檢測與評定，關(guān)鍵檢測指標的技術(shù)要求如表5所示。

3 工程實例分析

3.1 工程項目概況

G325廣州至南寧二級公路大修工程的起點樁號為K633+626，終點樁號為K672+000，全長38.374 km。全線設(shè)計行車速度為80 km/h，路基寬度為12 m，行車道路面寬度為9 m，雙向兩車道。

3.2 原材料選擇

項目周圍盛產(chǎn)花崗巖，經(jīng)過檢測其各項性能指標均符合規(guī)范及設(shè)計文件的要求。同時考慮到本地花崗巖多，性能滿足要求，方便運輸，成本較其他石材便宜，因此選擇本地花崗巖作為原材料^［8］。

3.3 大粒徑級配碎石基層級配的確定

項目原材料有3檔：（0～5） mm、（10～30） mm、（20～50） mm。三檔集料的篩分結(jié)果見表6。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗及室內(nèi)級配設(shè)計，初步擬定摻配比例為（20～50） mm∶（10～30） mm∶（0～5） mm=55∶26∶19，根據(jù)現(xiàn)場集料的實際情況及室內(nèi)試驗，三檔的比例調(diào)整為53∶27∶20，最終的設(shè)計級配及現(xiàn)場取樣篩分檢測結(jié)果見表7。

根據(jù)表7的取樣篩分結(jié)果可知，現(xiàn)場攤鋪的大粒徑級配碎石混合料的級配基本符合設(shè)計級配的要求。

3.4 施工質(zhì)量評價

3.4.1 固體體積率檢測

對開放交通7 d后的大粒徑級配碎石基層進行固體體積率抽檢，結(jié)果見表8。抽檢結(jié)果表明，以大粒徑級配碎石為原料修建的公路，其基層固體體積率達到合格水平，均在85%以上，具有較好的密實性。

3.4.2 平整度檢測

施工完成后，對基層平整度進行抽檢，記錄見下頁表9。從抽檢結(jié)果來看，基層平整度基本滿足規(guī)范要求。

3.4.3 彎沉檢測

在基層施工完成7 d后，需要驗證公路的彎沉是否合格，檢驗采用的是貝克曼梁法。經(jīng)過檢驗所得結(jié)果如表10所示，結(jié)果顯示彎沉均滿足設(shè)計文件要求。

通過對該項目的固體體積率、平整度和彎沉等指標進行檢測，得出該項目鋪筑的大粒徑級配碎石基層具有三個較為突出的優(yōu)點：彎沉小，平整度好，基層固體體積率高，使用該材料能夠保證結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定，施工控制效果良好。

4 結(jié)語

大粒徑碎石基層具有較好的抗干縮、抗溫縮裂縫能力，且骨架穩(wěn)定、承載力高、空隙大、方便排水等，能較好地適用于交通荷載重、養(yǎng)護條件有限的國省干線公路。但大粒徑碎石基層與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)層不同，施工過程中需要特別注意以下幾點：

（1）認真做好大粒徑級配碎石級配設(shè)計和控制。大粒徑級配碎石在施工前，需要進行合理的級配設(shè)計，一般分兩階段進行：第一階段設(shè)計在施工前利用篩分設(shè)備對各檔集料進行篩分，根據(jù)篩分結(jié)果合成施工級配；第二階段調(diào)整在施工中根據(jù)混合料的離析情況和路面穩(wěn)固情況合理調(diào)整集料摻配比例，加強工后檢測，及時測量固體體積率并根據(jù)結(jié)果調(diào)整級配。

（2）注意控制大粒徑級配碎石的含水量。只有在最佳含水量下，大粒徑碎石基層才能碾壓密實，達到最大干密度，水分過多或過少都難以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)層密實。施工中在拌和場及前場攤鋪點要不定期抽檢集料的含水量，確保含水量合適。

（3）控制基層撒布石粉的用量。大粒徑級配碎石中石粉較少，碾壓完成后，其表面空隙較多。此時需要及時撒布石粉進行填隙密實。石粉撒布量的原則是結(jié)構(gòu)面空隙填實、嵌擠穩(wěn)定，在荷載作用下碎石不飛散，確保結(jié)構(gòu)完整。

（4）控制施工離析。大粒徑級配碎石粗細集料比例并不均衡，粗粒徑集料較多，經(jīng)過多道施工工序后容易出現(xiàn)離析。應(yīng)注意在級配組成方面適當(dāng)增加粗集料用量，減少細集料用量，并在碾壓成型后采取補粉填隙措施。注意降低攤鋪機的攤鋪速率，加強人工修補，盡量降低攤鋪離析的情況。

參考文獻

［1］夏彩娟，譚繼宗.大粒徑級配碎石在大修工程中的應(yīng)用研究［J］.西部交通科技，2018（9）：84-87.

［2］周小冬，黃 斌，張大斌.大粒徑級配碎石在路網(wǎng)工程中的應(yīng)用［J］.西部交通科技，2017（10）：27-30.

［3］朱 展.水穩(wěn)填充大粒徑碎石基層材料應(yīng)用研究［D］.南京：東南大學(xué)，2017.

［4］馬驍堯.級配碎石路面基層材料力學(xué)性能研究［D］.蘇州：蘇州科技大學(xué)，2017.

［5］李 頔.級配碎石材料力學(xué)特性和設(shè)計方法研究［D］.西安：長安大學(xué)，2013.

［6］史新杰.大粒徑碎石路基施工技術(shù)及檢測方法研究［D］.天津：河北工業(yè)大學(xué)，2014.

［7］蒙翠瓊.大粒徑級配碎石基層施工質(zhì)量控制分析［J］.西部交通科技，2018（10）：103-107.

［8］郭志國，譚 波，岳愛軍.花崗巖大粒徑級配碎石試驗方法［J］.土工基礎(chǔ)，2018，32（6）：668-671.