沥青路面级配碎石基层的设计与施工工艺专题

沥青路面级配碎石基层的设计与施工工艺摘要:级配碎石在级配良好并得到充分压实的情况下,利用其嵌挤作用,具有相当好的承载能力,有一定的排水功能,因而常用作路面的基层。半刚性基层沥青路面作为过渡层时,可以有效改善半刚性基层收缩裂缝的反射裂缝的发生。本文介绍级配碎石基层的材料和配合比设计、施工工艺,以及在应用中应注意的事项。关键词:沥青路面;级配碎石基层;组成设计;施工工艺半刚性材料由于具有较高的强度、刚度和板体性,有很高的路面承载能力,我国普遍用作各个等级的沥青路面与水泥混凝土路面的基层。但是半刚性基层也存在一系列不可避免的技术问题,如由于半刚性基层材料收缩特性而导致沥青路面早期开裂、半刚性基层材料在水的综合作用下而出现唧浆现象,有时甚至成为半刚性基层沥青路面早期破坏的重要原因之一。近几年公路专家开始重视对柔性基层进行研究,以丰富我国沥青路面结构形式,许多省已经铺筑了柔性基层沥青路面的试验路。级配碎石材料的强度、模量较各种有机、无机结合料稳定的基层差,因此对级配碎石基层的研究和应用,需要特别注意它的适用性。通常在级配碎石基层上的沥青层必须有足够的厚度,同时致力于提高级配碎石的强度和稳定性,以降低行车作用下的变形和永久变形。国内外成功经验表明,严格材料技术要求、选择合理的级配以及严格施工工艺控制是提高级配碎石强度和稳定性的关键。我们通过大量的室内外实验,并在青海省马平高速公路、四川省南广高速公路等工程上铺筑试验段,进行级配碎石材料组成设计及施工工艺的研究。由于级配碎石基层在国际上应用十分广泛,且有丰富经验,我们的各项工作参考了国外的经验和规范。材料组成设计原材料技术要求原材料的技术性能对级配碎石强度、稳定性能影响较大。参考国内外规范,我们提出了级配碎石基层材料技术要求如表1所示。长期以来影响级配碎石在我国应用的最主要原因之一是材料质量较差。成渝高速公路铺筑了140ｋｍ级配碎石基层沥青路面,现在大部分已经破坏,开挖发现基层中有数量不少的泥土和风化页岩,严重影响其嵌挤作用而丧失承载能力。在水的作用下集料颗粒容易发生相对位移,路面出现车辙、网裂。但有相当长的段落至今使用十分良好,开挖可见材料十分干净、致密,有很高的嵌挤强度。国外通常采用塑性指数对材料质量进行限制。凡是塑性指数超过规定值的路段,沥青路面明显降低抗塑性变形能力而产生车辙,发生结构性破坏。同时塑性指数较高的细料,遇水易膨胀,影响材料的透水性和水稳定性,有较高的冰冻敏感性。许多国家对于级配碎石基层要求液限不大于25%,塑性指数不大于4%,甚至无塑性要求。与现行基层规范相比,表1增加了砂当量、洛杉矶磨耗值、安定性等三个指标。砂当量指标也是控制细集料中有害物质含量的,如有机物、粘土等对级配碎石性能的影响,要求砂当量不小于45%。安定性指标反映集料的耐久性,主要考虑寒冷地区集料颗粒抵抗冻融的性能。我们对两省试验路采用的石灰岩级配碎石进行试验,各项指标均符合此技术要求。试验路材料技术要求及试验结果表1技术要求液限塑性指数砂当量压碎值磨耗值安定性试验针片状指数<25%<4%>45%<26%<35%<12%<20%马平路实测值203%28%551%17%125139%55%89%南广路实测值18520%1421%509%185191%205%64%7484%级配碎石配合比设计集料级配是影响级配集料的强度、稳定性最为重要的因素之一。一般来说较密实的连续级配由于容易获得较高的密实度,因而具有较高的ＣＢＲ值和抗永久变形能力。综合国际上的研究成果,影响集料级配的主要因素为公称最大粒径、475ｍｍ及0075ｍｍ的通过率。公称最大粒径越大,集料中粗集料就越多,因此容易形成稳定的骨架作用,具有更高的ＣＢＲ值;但粒径太大又容易离析、不均匀,会使混合料强度、密实度下降。我们对四川和北京的材料进行试验的结果如图1,混合料ＣＢＲ、干密度以Ｄｍａｘ375为最大。综合考虑材料来源、生产成本、使用性能和施工工艺,从目前情况看,级配碎石的公称最大粒径不宜大于375ｍｍ,也不宜小于265ｍｍ,推荐采用公称最大粒径315ｍｍ的混合料,它抗离析效果和强度都较好。哲47阻5庙ｍｍ以下颗粒艰含量与干密度天、ＣＢＲ、三洪轴抗剪切强度奥之间的关系是偏驼峰关系。随观着盗47丽5紫ｍｍ含量的增赛加裤,梅干密度逐渐增柄加障,漂再继续增加超抱过顶峰后则反瞒而下降。我们劲的实验表蚕明爽,47捎5讲ｍｍ通过率欣在涌38查%独左右各指标达党到最大值。赔级配碎石的干尚密度、ＣＢＲ硬、三轴抗剪切爪强度随处007宪5厘ｍｍ以下颗粒美含量增加而增肝加马,按室内试验表惩明交,007发5扰ｍｍ通过率怎为央5箱%却左销右遥,会抗剪强度达到躺最大匪值丧,摸在南68勇%总左右干密度、狭ＣＢＲ达到最贝大符值膨,腾当锐007诸5具ｍｍ以下颗粒敢继续增聋加天,弱粉料将粗集料毫形成的空隙填棵满豆,丸继续增加的粉扩料会撑开粗集慕料誓,愚从而导致干密姐度、ＣＢＲ、判三轴抗剪切强俩度迅速降低。才但是对于同一萝料源的材廊料造,007卫5贞ｍｍ通过率越蛛大景,泰级配碎石基层而的冻胀值也越秃大、且水稳定文性也越乱差栏,缩尤其斥是支007兄5酸ｍｍ通过率过乖大查,严将严重影响渗段水性。因此为躬了提高路面的董强糖度唱,轨需适当增烛加习007菌5棉ｍｍ颗粒含绞量完,争以获得最大的裳干密度、ＣＢ戴Ｒ、三轴抗剪滑切强惜度犹,扩而太密实又不乔利于级配碎石吧材料的渗水功全能。实践中需果要平衡两者的给关抄系偏,位一般在多雨潮绞湿地区、冰冻馒地区应该充分耕考虑材料的抗坏冰冻性能及渗隙水性厦能亦,造适当降低材做料挑007搭5怕ｍｍ的通过锹率震,傲取低改值造;秩而在干旱地省区衣,巡则重点考虑提浪高结构强踪度烘,007过5走ｍｍ的通过率呆可取高值。实沾际它上或,007抖5渔ｍｍ通过率往托往为原材料所双限蚊制滑,镰如果不外加矿享粉色,骑级配混合料味中耳007疲5雅ｍｍ水筛通过府率一般并不会卷太大。从成本枕和施工拌和的育角度出悄发角,梦为增椅加黎007谢5拉ｍｍ的通过率伙而掺加矿粉是替没有必要的。怒实际配合贿比设计时开,说宜洗将商007昆5杨ｍｍ通过率控伤制傲在住5虏%显以下为好。欺在参考众多国践家的规范级配吧曲线的基础上诸,扇经过大量的室看内试纯验语,抖我们提出建议塑级配范围如染表垫2刃,架它与现行基层压规范级配碎石永的级配范围大粱体上相锹同版,咏只对个别筛孔渔作了调整。在致试验路工程中掩对各档料经过浮水洗筛分进行婆配合比设工计少,母表悔2慈为两条试验路础配驳比俘,演由重型击实试仔验得出最大干从密度和最佳含贩水特量辜,初在最佳含水量谋条件下进行Ｃ聚ＢＲ试验。参丛考各国级配碎下石连基层强度指标已,邻提出重型击休实圈4营天饱水ＣＢＲ茶指标赖为剧80望%践。碗表谣4债的结果都能满删足这个要求。指对于相同材惠料双,相两个工程中的表级配类型Ａ的溪干密度、ＣＢ期Ｒ均最威大泛,梨具有较好的力谣学性能。岸级配碎石基层励施工工艺的研蓬究鹅近年来施工机皮械的发展很快娘,梅振动压路机应欺用已十分普忆遍需,浓大吨位胶轮压慕路机也已经得我到普遍应用。蛇为了保证级配蒜碎石基层的质蜘量饱,合施工工艺需进侮一步改抵善核,岔包括拌和楼混余合料的生产控圾制、选择合理轿的摊铺及碾压冈工艺是级配碎架石施工中主要条的三个环节。扣级配碎石混合装料的拌和错。全在国宁外依,次级配碎石基层岩有路拌和厂拌巡两种方誓法肝,闲高速公路一般验要求采用集中垮厂拌。由于我闯国已经习惯于池生产厂拌的水膀泥稳定碎石混莫合惠料嗽,锦普遍具有厂拌恭的条根件闯,寨青海马平试验否路和四川南广稠试验路均采用躁拌和机集中厂踩拌。与路拌法智相匪比榴,依集中厂拌的混盒合料级配更容损易控横制色,宿拌和更加均驶匀恢,灭因此级配碎石垄生产质量容易浙得到保及证巩,舅同时生产率也舒大大提高。严愁格拌和楼混合炊料生产质量控田制是保证级配杰碎石成功应用扁的关键之一。厕级配碎石在运财输、摊铺、碾徒压过程中含水五量会有损失煌,而为了使现场级钞配碎石能够在取接近最佳含水板量下碾用压垮,葬在拌和过程中办的加水量宜高刻于最佳含水量恩。根触据天气情况羊,馒气温低、潮湿查天气宜骑高阿05搁%百～胜1%焦,轿气温高、干燥哭天气可浸高粉1瓜%今～存2趁%糠。为了提高粗鲁集料的持水填量密,先我们采取在拌耍和生产前一天丙晚上向粗集料孤浇洒适量水预察先吸水饱和的播办档法三,沾效果较好。但芒是对石屑这类烂细集膨料新,率则宜保持干燥飘。筹级配碎石混合紫料的摊铺副。背国外摊铺级配众碎石混合料有规摊铺机摊铺及蛋平地机摊铺两飘种方法。我国梅在翼2鲜0孟世吩纪楚7薪0染～透8读0症年代对级配碎各石的摊铺都采荐用平地香机翅,洗集料的公称最魄大粒径较者小困,瓶也能取得良好辟效果。粒径大辫了摊铺过程中孔的离析就很难腾避载免。当前我国铅对水泥稳定碎跑石基层已经普溉遍采用摊铺机栏摊肉铺膏,躲级配碎石采用暴摊铺机摊铺也良完全能够实现甘。由于级配碎篇石层一般较愿厚才,绵采用两台摊铺忆机梯队形作帖业姿,禽全幅同时摊铺萍的方式效果更华好。如果采用拳平地机摊撞铺汤,首操作手必须有眨熟练的技术水辛平畜,恰以满足平整度艺、坡度、高程竖及横断面要雀求怖,驾且尽可能减小锣离析。缝青海试验路级蕉配碎石基层采马用两台摊铺机慢梯队形作业拢,则每小时摊铺能圣力视为夺50填0缎ｔ左不右那,毛基本与拌和楼裕生产能力匹配学。四川南广路泊级配碎石同时炮采用摊铺梦机、平地机两闭种方法摊铺念,搏从试验路实际披效果宅看侵,势两种方法摊铺炉都能满足要求典。平地机摊铺刷机械设备台班逢费较知低触,冠因此具有一定谢的经济性。但恭是平地机摊铺加效率响低捆,钥厚度、平整度伟控制不如摊铺庆机摊铺。通常克需在平地机摊泻铺基本刮平并怜用压路机静压圈一次后再用平赛地机整窜平逃1植～封2潮次才能达到平若整效揉果束,萍此时平地机将骨有可能使已经双得到一定压实鬼的级配碎石刮狱松并造成集料销破碎。对一些驱局部低凹不平灾的部烦位祖,返平地机找平容绕易造成碾压后糊的路面材料上日下分语层息,塌即新补料与已货压实的底层形蓄成隔背层诚,卡由此可能造成述整个结构压实周状态的不均匀菜。在摊铺和碾广压过程机中铲,涝平地机刮的遍可数太冰多皱,茧将使狮级配碎石离析蛾、破碎老,竟影响使用功能枝。与平地机摊聪铺相顷比舰,顿摊铺机摊铺生妨产率情高赔,炒厚度、平整度震易控慰制扮,织碾压工艺也易狭控吐制僻,把因此整个结构淘更加均匀。饲经摊铺可以明浙显地看出不同叙级配碎石混合纷料的施工性能租,蛇几种连续级配虏类只要拌和楼跨严格质量控狭制骗,决基本不会产生久离窗析革,割而对间断级配多施工很容易产她生局部离垂析绣,震主要表现为粗斯集固料黄“扛窝捐”莲和粗集塔料幸“翅带继”漆。即使在南广视高速公路采用育平地机摊铺丙时素,等经过反复不停怎的多次拌和、济整趣平往,爷间断级配依然耕不能消除离析口。因此就施工帐性能而吴言与,便连续级配的级饼配碎石明显优斤于间断级配的亮级配碎烛石宣,狂如果施工工艺扒不能确保不致血有明显的离镇析砖,爆即使室内试验疏可能得到较高怠的强叹度闻,封我们仍然认为哀不宜采用间断立级配的混合料屈。从目前的使弓用效果板看艘,锯更适宜于采用萄连续级配的混骗合料。矛级配碎石嘴基层的碾压表。枝级配碎石结构耻层的强度主要虚通过碾压而获抓得粗颗粒的嵌裂挤、锁结以及烦细集料的填充耕形成联结强度执。因此终,歌提高碾压工作悼的质袋量膜,薪确保级配碎石唉基层的压实度鼓是提高级配碎调石结构强度的瓜重要手段。励1周．杠含水量的控制次级配碎石只有税在不小于最佳劲含水量条件下房才能达摸到最佳压实效甘果汉,筋因此现场碾压蛾应严格控制含瘦水量。级配碎必石摊铺后应紧掉跟着及时碾美压胞,伞拖延压实时间横会使级配碎石萄水分蒸发、材渐料干硬、固址结帽,亭不利于进一步债碾压。如果含疗水量偏槐低言,验尤其是夏季高守温季节施邀工日,巾应根据情况以匠喷雾式洒水车叨适当洒水后再楚碾汽压引;耽如果含水量过锻高辅,扣应立即停止碾邮压克,斑并用平地机翻猾晒灶,掩待其接近最佳颜含水量升时笑,你再进行碾压。遵尺器移兆生降2沙．瘦适宜的碾压厚丹度割,翁选择合理的碾劲压设备和碾压喉工艺费级配碎石基层泊可采用重型三赠轮压路机、振川动压路机、轮欣胎压路机碾切压姓,男每层的压实厚戒度一般不宜超万过奥2黄0岸ｃｍ。辱通过试验路对渐级配碎石基层中碾压工艺的研煤究表明昏,厅采用振动压路仿机和胶轮压路颂机联合碾压可惹以达到较好的省碾压效果。国陈内外的实践证售明妥,熔弱振一般有利牧于结构层中间预到表面这部分锅的密末实护,荒强振一般最有虏利于结构层中只间到层底这部尽分的密海实威,迎而胶轮可以使基面层混合料颗江粒发生搓鸭揉战,差重新就位。因嘱此将胶轮碾压物、振动压路机哄的弱振、强振挖的这些特性有瘦效的结合起来洞才能够到达级搁配碎石最有效恢的碾压效果。伴对于级配碎石尊材洋料妨,怪开始宜先静梨压嗽,症使其大体稳定涛并具有一定的芝密实升度脏;炕接着宜用弱振茄、强泊振冒,水使结构层内部绢密匪实谈,貌减少空隙忧率鹰;仰最后采用胶轮电碾签压卫,凉使结构层从内殿部到表观更加根密竿实。振动碾压笼次数应该根据珍摊铺厚度、级背配碎石压实性架能以及施工单蒙位压路机具的蛮压实特性通过扛试碾压确定睬,投以保证达到最过佳压实效羽果磨,交同时避免产生绵过压。瞧对马平试验路惠和南广试验路拾的级配碎石提娇出了表吧5县的碾压工艺试作验方案。马平障实验路配备默了妹2丽台Ｙ拳Ｚ米2嫂0泽振动压路齿机复,茶1倒台Ｙ泰Ｌ简1容6专胶轮压路醒机菊,六另加砂袋配浮重烦2约0独ｔ素,摊总重量接颜近哑1片8征ｔ。南广试验羊路配备抖了均1以台振动压路机要Ｂ帖Ｗ篇219谱,垮胶轮压路机为价Ｘ锡Ｐ佩2仁6干。捐试验表明鹅,番马平试验路方拿案召1水振动压路机只细须弱讲振腔1危遍绕,益强伤振说2株遍即晶可若;筐而工蝇艺橡2税从碾压曲线看跑只须弱马振际1眠遍针,馒强坟振挎1佣遍压实度即可老达歼到行98粗%体以上。从压实井度的增长可以开看啄出虚,糕开始阶段的胶爹轮压路机碾排压沸1累遍即可达到要面求梳,盒因此在工暖艺茅2将的基础上进行糟了调跑整立,裳作为整个试验丹路的碾压工港艺曾,谣实践效果较好直。南广试验路筝刚开始由于胶已轮压路机需要尺维愚修李,锣数量不专足雨,签只要求在终压该后用胶轮压路遭机最后压一遍纵。根据马平试担验路初拟振动牺压路机振碾次云数睛为楚:胳弱魂振虫2膏遍去,播强况振纺2竿遍。但在试碾才压时发现强住振胖1舰遍球后漏,范再强艺振纷1下遍时粗集料振顺碎严客重长,绒同时将粗集料牺振到表颂面辉,街似乎有过压现秤象。因此立即童调整为先弱振咳2喘遍后再强凯振始1娘遍狭,喜随后再弱争振易1场遍乡,娇效果明显较好宗。在南广试验删路对间断级配垮的级配碎石的恋碾压过程中发慰现预,歼只要振动压路炸机一开死振幅,沸级配碎石就会服出现推层挤洲,轨产生细裂俯纹拍,怀反而使级配显寻得特别毅细渣,象细料含量提多挡,塑并未形成设想界的嵌锁结尾构遭,鸦结构很不稳竖定痛,得在振动压路机备碾压下容易失喊稳。因且此刘,齐在试铺后建议敲不再采用此级榨配类型。楼级配碎石基层谎的施工质量管纷理逆级配碎石基层陡的施工质量管猾理秘,要国内外的规范奔主要在于材料老、压实度控制哀。其中重点是蚊以下几个指扎标疲:晴碎石混合料的闹级怪配存,究特别满是劝47伸5誉ｍｍ身及屡007敢5炒ｍｍ通过生率趴;竖材料质澡量状,橡主要是材料的腔塑性指数及砂上当量指悠标降;咏压实贺度吐,新可以采用灌砂环法检验。关于泥压实度的标跪准僻,博我国现行《公帜路路面基层施富工技术规范》傻中要求级配碎斜石作中间层即榜过渡层时压实模度要求达瓦到膀100芬%殃以辛上薯,躲而对于一般的写基层压实度不额小胆于揉98%谎,魔底基层要求不思小季于股96虾%域。从青海的试圾验路若看氏,拉级配碎石过渡蛮层较怀薄脚,关只杨有毫1槐2侍ｃ较ｍ吩,块其压实度很难辨达屠到拖100%坛,炭平均值只净有昼99菜%峰。相反对一般览的基层路段却售都达唤到夺100队%阵以皇上报,抚明显这与碾压咱厚度有关。按嘴照法国、德国迈、南非的做韵法裂,员级配碎石过渡封层合理厚度通槽常捧为姿1恭0崇～封1花5的ｃ腥ｍ尺,难因鉴此秧100著%份的压实度要求匆也许会有困难省。建议要求压凳实度为不小皮于轧98脱%预。咸关于级配碎石耗渗水性能的探扁讨晚级配碎石与半辅刚性稳定材料好相比其优越性竟在于具有一定卡渗水性钳能塘,毯这种性能是保遮持其沥青路面唱耐久性的必要撕条件之一。资陵料表明级配碎金石的渗水系数行一般敲为鄙10-磨2壳～抹10-3占,毙一般认为渗水些系桨数糕10-铁7炒～蓬10-幸2杠为微渗拖水卡,爆大胸于钱10-瓜2效为强渗疯水恶,朴因此级配碎石融属于微渗水。倒正是由于级配形碎石具有微渗寻水性能帆,集一方面能够在绢一定时间内将衬下渗的水不断妈地排攀出先,懂不致于积聚在如结构层的交界洲面愿上涌,蛙保持级配碎石丧与沥青层之间您的完好连接条抹件约;耽另一方面级配哑碎石也不会强已渗场水幕,骑因此不会导致到大量的水很快遗下渗到路牧基舞,木使路基土很快播达到过饱水软隶化而迅速降低搏承载能力。根耀据岗199回3嘴年ＡＡＳＨＴ盛Ｏ结构设计方舞法中铁以型1蜓周内水能够从邮结构中排出属拼于一旗般弹,凝作为路面排水沫的基准。置大量的试验数掌据表明芬,顿级配碎石的渗外水性与级配及泄孔隙耕率廉(蕉相当于沥青混妄合料的集料间秆隙往率困)观密切相关。级面配碎石的ＣＢ础Ｒ强度与干密改度具有较好的到一致茂性凉,曾干密度越栏大测,裂ＣＢＲ越大。化但是干密度越卵大箭,档固体体积祖率糕(遵实积预率说)摊也越蒸大岭,石可能使混合料给的孔隙率相对朴降低。实践证痰明敌,丹级配良好的材法料绣,庸充分碾压后的正实积率可达荐到本85矿%沟～荣9