級配碎石基層在廣西舊水泥路面碎石化加鋪中的應用研究*

黃慧，馮永平，賴強，何金蘭

（1.廣西公路技工學校，廣西南寧 530023；2.廣西壯族自治區(qū)沿海公路管理局，廣西欽州 535000）

級配碎石基層在廣西舊水泥路面碎石化加鋪中的應用研究*

黃慧1，馮永平2，賴強1，何金蘭1

（1.廣西公路技工學校，廣西南寧 530023；2.廣西壯族自治區(qū)沿海公路管理局，廣西欽州 535000）

舊水泥路面碎石化是一項道路資源再生循環(huán)利用、綠色環(huán)保的技術，是對舊水泥路面改造的重要手段。文中對廣西地區(qū)碎石化級配碎石基層瀝青路面典型結構及其使用狀況進行調查研究，結果表明碎石化加鋪級配碎石基層瀝青路面的應用效果良好，運營多年后路面無明顯病害，路表彎沉良好且均勻性高，具有良好的整體承載力；提出了級配碎石施工技術建議。

公路；碎石化基層；級配碎石；水泥路面；施工技術

廣西地區(qū)是中國石灰?guī)r和水泥資源大省，該地區(qū)普通公路早期均以水泥路面為主。隨著重載交通和運營時間的增長，大部分水泥路面面臨大中修。為充分利用舊路剩余強度、不浪費舊路剩余價值、減少廢舊路面建筑材料垃圾，當舊水泥路面斷板率較高、損壞面積較大時，采用碎石化技術對舊水泥砼面板進行處理。碎石化技術符合路面再生、循環(huán)利用的綠色環(huán)保理念，是舊水泥路面大修或改造工程中最重要的綜合利用技術手段，研究舊水泥路面碎石化加鋪結構的使用性能與耐久性具有重要的實用價值。該文通過調查廣西地區(qū)碎石化瀝青路面典型結構及其實際使用狀況，以彎沉指標評價碎石化加鋪級配碎石基層瀝青路面承載能力，為廣西乃至全國水泥路面碎石化加鋪改造工程提供技術參考。

1 碎石化基層類型選擇

舊水泥路面碎石化后加鋪瀝青面層，其難點是舊水泥路面碎石化后強度不均勻、承載力不足及反射裂縫問題。

雖然舊水泥面板碎石化后仍具有一定強度，但其強度均勻性不良，為避免因碎石化強度及其均勻性問題引發(fā)瀝青路面病害，不宜在碎石化層上直接加鋪瀝青面層，一般設置過渡層或基層來提高碎石化層的強度及其均勻性，選擇水泥穩(wěn)定碎石基層或級配碎石基層過渡。但已有工程實踐表明：碎石化后加鋪水泥穩(wěn)定碎石基層雖能大幅提高路面結構強度，但水穩(wěn)基層引起的瀝青路面反射裂縫問題仍然突出。級配碎石基層是解決反射裂縫問題的一種行之有效的措施，它可既增加結構整體承載力，又能進一步使碎石化層結構強度更加均勻，并發(fā)揮級配碎石柔性散體材料的抗裂能力。

級配碎石在級配組成良好并得到充分壓實的情況下，利用集料之間的嵌擠作用，具有相當好的承載能力，并具有一定的排水功能，強度和穩(wěn)定性良好的優(yōu)質級配碎石可降低行車作用下的變形和永久變形。另外，級配碎石具有施工方便、造價低、路用性能好等優(yōu)點，在倒裝式瀝青路面結構中得到廣泛應用?；谏鲜隹紤]，廣西地區(qū)舊水泥路面碎石化加鋪結構中采用級配碎石基層。

2 級配碎石基層典型結構

選擇在交通荷載水平和應用規(guī)模等方面具有代表性的3條國省干道，對廣西地區(qū)碎石化加鋪級配碎石基層瀝青路面典型結構進行調查，調查結果如表1所示。

3條國省干道均交通繁忙且重車通行比例大，達到重載交通水平。均于2007～2011年對全線分段進行了大修，至2015年部分路段已使用7年多，整體路況良好，實測路面PQI值在85分以上。其舊水泥路面碎石化加鋪結構代表了廣西地區(qū)舊水泥路面碎石化加鋪典型結構：先將舊水泥路面碎石化壓實，進行透層或封層防水；再加鋪一定厚度（20～

30 cm）級配碎石補強（考慮到級配碎石層厚度與結構的強度、剛度，級配碎石層厚度宜控制在20 cm左右），并在級配碎石頂進行封層防水；最后加鋪7～9 cm瀝青砼面層（分2層鋪筑）。

表1 代表性路段碎石化加鋪級配碎石基層的瀝青路面典型結構

經過碎石化，舊水泥砼面板由“大”板轉化為“小”塊的穩(wěn)定散體結構，砼面板的溫縮效應大幅削弱，舊水泥砼碎石化層所受溫度應力及荷載應力大大減小。雖然舊水泥砼面板被碎石化，但碎石化層形成了“底部嵌擠連鎖”的整體結構，仍保持了較高的強度，足以滿足底基層的承載力要求。通過設置級配碎石過渡層，既可通過一定厚度級配碎石層使碎石化層強度更均勻，并利用級配碎石層的多空隙結構有效阻斷裂縫尖端的應力擴展路徑，削弱拉應力、拉應變的傳遞能力，減少反射裂縫，還可消散、吸收由交通荷載及環(huán)境溫度變化引起的荷載應力和溫度應力?！八槭?級配碎石”組成新加鋪瀝青罩面結構的柔性基層，使瀝青加鋪層受力及其結構層內應力擴散更合理，并兼具一定的排水功能，具有良好的結構技術性能。綜合考慮普通公路的技術性、經濟性、實用性，推薦采用碎石化+透層油防水+20 cm級配碎石基層+封層+9 cm瀝青面層作為廣西地區(qū)普通公路舊水泥路面大修工程典型結構。

3 級配碎石基層瀝青路面使用狀況

對上述3條國省干道中的某段進行現場路況調研，結果見圖1～4。該段S304碎石化級配碎石基層瀝青路面已使用7年，路況良好，路面無沉陷、網裂、反射裂縫等因結構承載力不足引起的疲勞性破壞，車轍深度5～8 mm；G324碎石化級配碎石基層瀝青路面已使用4年，路況良好，無車轍、反射裂縫等病害；G323某段碎石化級配碎石基層瀝青路面已使用6年，路況良好，無明顯病害，而同期修建的碎石化+15 cm級配碎石+20 cm水穩(wěn)基層+瀝青路面出現了明顯的反射裂縫。表明舊水泥路面碎石化加鋪級配碎石基層瀝青路面結構的應用效果良好，未出現因承載力不足問題引起的路面沉陷、結構性車轍、龜裂等病害。

圖1 S304碎石化后級配碎石基層瀝青路面

圖2 G324碎石化后級配碎石基層瀝青路面

4 級配碎石基層瀝青路面彎沉

彎沉是中國瀝青路面整體剛度的設計指標，反映路基路面結構的整體剛度和強度，是路面結構整體承載力的綜合體現。為掌握碎石化級配碎石基層瀝青路面整體承載力狀況，對碎石化級配碎石基層

瀝青路面的彎沉進行測試。

圖3 G323碎石化后級配碎石基層瀝青路面

圖4 G323碎石化后水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面

在瀝青路面設計彎沉計算中，由于半剛性基層與級配碎石基層的基層類型系數取值差別大，分別為1.0、1.6，在相同重載交通條件下（預估累計當量軸載次數為1 500萬次／車道），級配碎石基層瀝青路面設計彎沉約38.8（0.01 mm），半剛性基層瀝青路面設計彎沉約24.2（0.01 mm），級配碎石基層瀝青路面設計彎沉大于半剛性基層瀝青路面設計彎沉。為掌握實際工程中碎石化級配碎石基層瀝青路面的承載力水平，以運營多年后碎石基層瀝青路面的彎沉作為路面整體剛度與強度評價指標，并與設計彎沉進行比較。選取上述3條國省干道不同路段的多處進行彎沉測試，結果見表2。

測試結果表明：1）舊水泥路面碎石化加鋪級配碎石基層瀝青路面彎沉為15～20（0.01 mm），遠小于重交通條件下碎石基層瀝青路面設計彎沉，說明碎石化加鋪級配碎石基層瀝青路面承載力良好，可滿足重交通使用條件。2）碎石化后加鋪級配碎石底基層+水泥穩(wěn)定基層類瀝青路面彎沉小于碎石化加鋪級配碎石基層瀝青路面彎沉。水泥穩(wěn)定類基層雖大幅提高了路面整體剛度，但路況調查發(fā)現水穩(wěn)類基層瀝青路面出現了明顯的反射裂縫。3）級配碎石基層瀝青路面彎沉變異系數遠小于水穩(wěn)類基層瀝青路面彎沉變異系數，前者為10%～20%，后者為35%～40%。

表2 舊水泥路面碎石化后加鋪不同類型基層瀝青路面的彎沉測試結果

5 級配碎石施工技術建議

（1）級配碎石的強度和抗形變能力、水穩(wěn)定性均與集料類型、級配，特別是最大粒徑、集料中5 mm以下顆粒含量、小于0.075 mm顆粒含量有關。集料的粒徑越大，其強度和剛度也越大，可顯著提高路面的抗永久變形能力。但粒徑越大，在運輸、攤鋪過程中粗細顆粒一旦發(fā)生離析，其性能將大大降低，施工中應嚴格控制級配集料的均勻性（包括級配組成和含水量）和壓實度（或密實度）。綜合考慮不同控制篩孔通過率級配碎石的強度、穩(wěn)定性和排水性能，建議級配碎石采用表3所示級配范圍。

表3 級配碎石級配組成關鍵篩孔控制范圍

（2）采用重型擊實法確定級配碎石材料的最佳含水量與最大干密度。

（3）級配碎石施工質量檢測重點是控制施工壓實質量，要求碎石層壓實度不小于100%。

（4）級配碎石碾壓成型后即進行透層或封層施工，以保護級配碎石不受雨水破壞，并及時施工瀝青面層。

（5）有條件時，在道路兩側采用土工布或土工格柵對級配碎石基層進行反包，以對級配碎石進行約束，增強級配碎石的抗流動、抗剪切變形能力。

6 結語

該文針對廣西地區(qū)舊水泥路面大修問題，分析了級配碎石基層用于碎石化加鋪結構的技術特點，調查研究了廣西地區(qū)舊水泥路面碎石化級配碎石基層瀝青路面典型結構與使用狀況，綜合考慮普通公路的技術性、經濟性、實用性，推薦采用碎石化+透層油防水+20 cm級配碎石基層+封層+9 cm瀝青面層的結構組合?，F場調查及彎沉實測結果表明：舊水泥路面碎石化級配碎石基層瀝青路面結構的應用效果良好，無明顯的車轍、沉陷、龜裂、反射裂縫等病害；路表彎沉良好，滿足重交通條件下碎石基層瀝青路面設計彎沉要求。

［1］ 張洪剛，黃慧，岳愛軍.不同結構類型的舊路改造升級瀝青罩面結構的力學響應研究［J］.公路工程，2013，38（1）.

［2］ 劉景莉.高速公路級配碎石基層瀝青路面結構性能研究［D］.天津：河北工業(yè)大學，2012.

［3］ 江曉霞.級配碎石防反射裂縫層的性能分析［J］.公路與汽運，2007（3）.

［4］ 張海，馬光超，張敏江，等.級配碎石基層對瀝青路面反射裂縫抑制機理分析［J］.沈陽建筑大學學報：自然科學版，2011，27（2）.

［5］ 王宏暢，黃曉明.級配碎石瀝青路面反射裂縫擴展及壽命研究［J］.武漢理工大學學報，2010，32（7）.

［6］ 張洪剛，黃慧，岳愛軍，等.舊水泥路面碎石化加鋪級配碎石與瀝青罩面結構組合設計參數研究［J］.公路工程，2012，37（1）.

［7］ 何敏.級配碎石基層瀝青路面結構受力特性研究［D］.西安：長安大學，2009.

［8］ 朱自萍，孫海鵬，胡志偉.合巢蕪高速公路大修改造工程舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結構設計［J］.安徽建筑，2004（6）.

［9］ 楊成.級配碎石基層配合比設計探討［J］.公路與汽運，2013（5）.

［10］ 王陽.設置級配碎石緩解層的舊水泥路面瀝青加鋪層結構研究［D］.長沙：湖南大學，2013.

［11］ 王亮.級配碎石上基層路用性能研究及路面結構分析［D］.沈陽：沈陽建筑大學，2011.

［12］ JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范［S］.

U418.8

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1671-2668（2016）06-0147-04

2016-05-26

廣西交通科技項目（20122636）