高速公路级配碎石柔性基层施工技术

高速公路级配碎石柔性基层施工技术

周建湘

湖南路桥建设集团有限责任公司 湖南长沙 410004

摘要：在公路工程施工中，级配碎石柔性基层由于具有良好的应力消散能力、排水能力、防裂缝反射能力得到了广泛的应用。但是，级配碎石柔性基层容易出现比较大的塑性变形，为了防止级配碎石基层不会受到剪切力的破坏，保证整体质量，需要选择合理的施工技术进行施工。基于此，本文通过实际案例对高速公路路面级配碎石柔性基层的施工技术进行探讨，旨在提高施工单位级配碎石柔性基层施工质量的控制水平。

关键词：高速公路；级配碎石；柔性基层

我国沥青路面结构采用的基层一般分为柔性基层和半刚性基层，其中半刚性基层强度高、板体性好，且强度及刚度会随龄期逐渐增强，具有良好的工程经济性。但近年来，从沥青路面半刚性基层使用反馈意见来看，半刚性基层易受温度和湿度影响，导致路面产生反射裂缝，使得路面在设计期限内就出现损坏；此外，由于半刚性基层与沥青面层间模量相差较大，使得沥青面层内剪应力增加，从而增大车辙、拥包等路面病害出现的几率。随着我国道路结构研究的深入及道路材料的不断丰富，柔性基层凭借其良好的层间连接性及高模量逐步应用于沥青路面。诸多研究及工程实践表明，与半刚性基层相比，级配碎石柔性基层能有效防治因温缩、干缩现象产生的裂缝，控制路面裂缝扩散速度，有效降低路面早期病害发生的几率。因此，近年来级配碎石柔性基层在我国高等级公路的建设中得到了广泛应用。本文以某高速公路工程试验段施工为背景，总结级配碎石柔性基层施工技术，以期为我国沥青路面柔性基层施工提供借鉴。

1工程概况

某新建山区高速公路全长27.31km，双向四车道设计，部分路段坡度在3%以上，且小半径长陡坡路段较多。结合自然条件、交通特点，公路管理部门决定采用全柔性长寿命沥青路面，路面设计使用年限为30年，标准轴载BZZ-100。为展开级配碎石基层结构及性能的对比研究，以该公路K20+830—K23+926段和K25+062—K28+370为试验段，进行级配碎石柔性基层修筑。

2 级配设计

2.1 原材料检测

结合工程建设实际情况及我国规范要求，选取了最大粒径31.5mm骨架密实级配（级配1）、最大粒径31.5mm悬浮密实级配（级配2）、最大粒径26.5mm骨架密实级配（级配3）。工程建设中所选石料为玄武岩碎石，共分为五档不同粒径的玄武岩碎石，分别为20～30、10～20、5～10、3～5、0～5mm。对所选碎石进行压碎值等指标测试均满足技术要求。压碎值测试结果如表1所示。

表1 碎石压碎值测试结果

2.2 重型击实试验

依托工地试验室采用重型击实仪对不同含水率下的三种级配碎石进行击实试验，确定其最大干密度与最佳含水率，试验结果如表2所示。

表2 三种级配击实试验结果

将击实试验结果绘制成图，如图1所示。

图1 不同级配干密度与含水率关系

通过数值分析软件对击实试验结果进行非线性回归分析，确定三种级配碎石的最佳含水率与最大干密度。级配1最佳含水率为3.5%，最大干密度为2.235g/cm3，级配2最佳含水率为5.5%，最大干密度为2.32g/cm3，级配3最佳含水率为3.9%，最大干密度为2.175g/cm3。

2.3 静回弹模量试验

根据三种级配碎石的最佳含水率，在工地试验室对不同级配碎石制备试件进行静回弹模量试验。结果如表3所示。

表3 静回弹模量试验结果

由表3可知，级配1的静回弹模量值最大，为502MPa，级配2的静回弹模量值最小，仅为195MPa。可初步确定相同最大粒径下骨架密实结构级配碎石较悬浮密实结构级配碎石物理性能较好，最大粒径较大的骨架密实结构级配碎石物理性能比最大粒径较小的骨架密实结构级配碎石物理性能好。

2.4 CBR试验

根据击实试验与静回弹模量试验结果，可确定级配1物理性能较好，按照最佳含水率，采用路面材料强度试验仪对级配1级配碎石进行浸水4d的CBR试验，试验结果如表4所示。

表4 级配1级配碎石CBR试验结果

由表4可知，98.1%压实度时级配1的CBR值满为160.25%，大于100%，满足要求，因此选取级配1为工程建设中级配碎石柔性基层级配。

3 施工技术

级配碎石柔性基层施工具体施工工艺流程如图2所示。

图2 级配碎石层施工工艺流程

3.1填筑前的准备

首先应该做好级配碎石的施工测量放线工作。测量放样由专门的测量工程师根据设计图纸进行，包括线路中线和高程的确定，直线段中桩间隔为10m，曲线段中桩间隔为5m，定出中桩的具体位置并设置高程桩，同时给出路基的边桩，根据级配碎石的松铺系数定出的厚度给出级配碎石基层摊铺顶面的设计高度。为满足施工时摊铺要求，每间隔4～6m设置测量墩，施工中测量摊铺厚度或铝合金导梁或钢丝绳对所设测墩的顶面高程进行设计标高控制。宽度确定为5.165m，边坡1.15，根据放样的桩线，确定填筑范围控制纵断面高程、横坡，并且固定试验段得出的松坡系数控制点。松铺厚度根据松铺系数1.285确定，由松铺厚度及每车装载填料方量划定石灰网格尺寸。填料运输采用自卸车，每车为20m3。用钢线对边桩和中桩外侧高程进行控制。

3.2混合料的拌和

拌和施工时应严格控制级配碎石的集料配比满足设计与施工规定要求，采用级配碎石材料的含水量应进行严格控制，保证含水量不超过最佳含水量0.5%，不低于最佳含水量1%，以保证碾压时接近最佳含水量。每天拌和前使用的原材料，现场检测如发现级配与含水量发生变化，必须及时调整，在满足各项指标达到设计与规范要求时，才能进行拌合。

3.3填料运输

（1）为减少级配碎石混合料因重力作用而出现的离析，装料时同一辆车采取的装料顺序为“前、后、中”三次装料。

（2）为减少级配碎石混合料运输过程中发生的离析，运料车行驶过程中应控制好速度，尽量做到匀速行驶。

（3）采用40T自卸汽车运输。为防止水分过分蒸发，遇高温天气时采用覆盖蓬布的方式保持水分，保证摊铺后碾压时接近最佳含水量。级配碎石运送到规定位置后，用安排专人指挥级配碎石混料的卸料工序，尽量把每车料按由车辆的运料量计算得到的摊铺面积划定的方格范围内，防止过多或过小卸料，卸料位置按梅花形布置，保证卸料量能均匀地布满方格，控制在15米范围内分三次卸料。

3.4摊铺

（1）摊铺施工机械采用平地机。由松铺系数和压实厚度计算得到每车混合料摊铺的面积范围，该级配碎石基层采用的松铺系数为1.285计算得到摊铺的厚度为19.2cm。

（2）为保证级配碎石混合料摊铺的均速性和连续性，质检和测量人员应严格对摊铺机的横坡和高程进行检测和调试，摊铺机在摊铺施工中禁止随意停机和变速。

（3）为保证压实能在最佳含水量范围内进行，应严格控制级配碎石摊铺时的含水量比最佳含水量高0.5～1%。为保证级配碎石摊铺均匀不出现离析，摊铺时设专门人员对级配碎石混合料出现的离析进行处理，发现有粗集料和窝时，用铲铲除后重新补充混合料或加入细料重新拌匀。

3.5碾压

（1）碾压采用20t压路机，先静压一遍，再弱振碾压一遍，然后强振碾压三遍，最后静压一遍收轮迹。

（2）压路机为弱振或静碾时，为保证级配碎石的压实效果及基层施工的路拱和平整度，压实速度不得大于2.5Km/h，保证两次碾压的重叠宽度为0.3米，当压路机采用强振时，速度可适当提高，但一般应不超过3.0Km/h，两次碾压的重叠宽度为0.5倍轮宽。

（3）对有超高的曲线地段，级配碎石的压实有内侧往外侧进行，没有超高的地段，级配碎石压实有两边向中间进行碾压。

（4）边角处及新旧级配碎石垫层交界处等不适宜大型压路机作业的地方，先用小型振动压路机或手扶式振动夯振动密实，不留死角。

3.6边缘修整

为保证级配碎石边坡线形美观、顺直、边坡表面平整，采用人工挂线对级配碎石基层边坡进行修整。级配碎石基层路拱并压路机配合碾压进行修整。在人员安排上固定挂线控制高程，整修边坡外理离析等工种，以便正常施工时熟练操作。

3.7成品保护和养生

级配碎石基层施工完成碾压后，为保证级配碎石基层表面不被破坏，在进行其上层施工前，不得开放交通，碾压成型7天后，每天进行洒水养护，洒水宜在中午进行，洒水车的速度不得超过15km/h。

3.8检测

级配碎石柔性基层碾压施工完成后，应及时进行宽度、横坡、高程、平整度、厚度、压实度等项目的检测，依据检测结果和项目要求调整压实方法和松铺系数。级配碎石检测的具体要求见表5。

表5 级配碎石柔性基层要求

4 质量控制要点

4.1原材料控制

施工期间应避免原材料级配变化，且路面底基层碾压后重型击实标准压实度应达到98%以上，基层压实度应达到100%。施工过程中，应加强集料均匀性、含水量控制，粗细集料应分别堆储，避免混料，并通过帆布覆盖，避免淋雨受潮或粉尘污染。

4.2压实度控制

碎石自身强度和颗粒间嵌挤力是形成级配碎石基层强度的主要来源，其碾压施工难点并不在于压实度控制，而在于嵌挤结构的形成。碾压期间，需采用静压和振压交替进行，以确保压实度达到要求的基础上控制压碎值和强度均匀性。此外，碾压期间必须适量洒水，以便将石料间摩阻力降至最低，较好提升石料间的嵌挤程度。总之，碾压工艺是控制和降低级配碎石基层永久变形，并提升弹性模量的关键。

4.3弯沉控制

根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2017）以及弹性层状理论，弯沉既是体现路面整体刚度的关键指标，也是检验施工质量的控制性指标。该公路试验段级配碎石基层施工任务完成后，通过额定荷载50kN的落锤式弯沉仪展开弯沉值测定，以反映路面基层整体抗形变能力。现场检测结果表明，无论单个测点的弯沉，还是代表值，均未超出允许弯沉，说明级配碎石基层结构强度完全符合设计要求。

4.4透层质量控制

基层施工任务完成并验收合格后展开透层施工，既能避免结构骨架破坏及雨水冲刷等水损坏，又能防止基层表面受到污染。考虑到级配碎石基层表面密实性良好，故该公路试验段路基和面层之间以煤油稀释液体沥青（煤油∶液体沥青=6∶4）为透层油，按1.0L/m2的用量洒布，并在首次喷洒后煤油成分蒸发完毕前展开二次喷洒。

5 结束语

级配碎石基层具有良好的强度和刚度，应用于沥青路面时，可使路面结构质量和性能发生很大的转变。本文针对沥青路面级配碎石基层施工技术，分别从施工准备、级配碎石混合料拌和、运输、摊铺、碾压和接缝处理等环节进行了系统的研究，以控制施工工艺和质量，最后针对试验路段进行压实度、平整度等质量验证。结果表明：通过对沥青路面级配碎石基层原材料、混合料拌和、运输、摊铺、碾压等施工技术的应用，能有效提高基层整体质量和性能，减少反射裂缝的产生。

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