一種改進(jìn)的填隙碎石設(shè)計(jì)及應(yīng)用

覃開蠻，梁進(jìn)欽，趙承偉

(1.廣西壯族自治區(qū)防城公路管理局，廣西 防城港 530800；2.廣西壯族自治區(qū)浦北公路管理局，廣西 浦北 535300；3．廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；4．廣西交科工程咨詢有限公司，廣西南寧 530001)

0 引言

級(jí)配碎石材料由于不含結(jié)合料，溫縮、干縮系數(shù)幾乎為零，受周圍溫度和濕度變化影響??；級(jí)配碎石材料是一種松散的粒料結(jié)構(gòu)，不傳遞拉應(yīng)力和拉應(yīng)變，既能防反射裂縫又能起到排水作用[1-3]。

粗集料最大粒徑為53 mm及以上的級(jí)配碎石在路網(wǎng)干線公路小修保養(yǎng)中得到廣泛的應(yīng)用，這些粗大粒徑的級(jí)配碎石抗變形能力強(qiáng)，能經(jīng)受重載交通荷載的考驗(yàn)。

1 工程概況

2016年8月S308線興業(yè)至靈山公路(規(guī)劃G324線)浦北大江口至樂民段樁號(hào)為K29+250～K45+000開始路面大修，除K35+534～K39+000段寨圩鎮(zhèn)過境公路外，路面結(jié)構(gòu)為：碎石化舊混凝土路面+220 mm填隙碎石(大粒徑間斷級(jí)配碎石)基層+15 mm兩油兩料同步碎石封層+60 mm AC-16C瀝青混凝土面層。

填隙碎石采用粗集料最大粒徑為53 mm及以上的集料，但按《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034-2000)8.1.2要求的方法進(jìn)行施工，施工工序復(fù)雜，使用的人工較多，進(jìn)度緩慢。填隙碎石經(jīng)壓路機(jī)初壓后再撒布填隙料，填隙料不能很好地滲透整個(gè)填隙碎石層。填隙碎石壓實(shí)厚度可取集料最大粒徑的1.5～2.0倍，集料的最大粒徑為53 mm，觀察現(xiàn)場(chǎng)測(cè)坑，填隙料大約的滲透深度為100～130 mm，底部50～80 mm范圍孔隙較多，開放交通后不密實(shí)的填隙碎石結(jié)構(gòu)層變形較大，車轍明顯，此外，人工撒布的填隙料薄厚不均，撒布過多的部位，開放交通重車走后也易變形。

依托S308線大修路面工程，在不改變填隙碎石級(jí)配范圍的前提下，粗大粒徑碎石混合料按照機(jī)拌、機(jī)鋪、機(jī)壓的方法進(jìn)行施工，改進(jìn)的填隙碎石層經(jīng)受了重車載交通的考驗(yàn)，抗變形能力強(qiáng)，該路段經(jīng)過一年多的運(yùn)營(yíng)，路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、路況良好，本文對(duì)改進(jìn)的填隙碎石(簡(jiǎn)稱大粒徑間斷級(jí)配碎石)的礦料組成、工藝控制、成品質(zhì)量檢測(cè)等進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，相關(guān)參數(shù)可作為類似工程項(xiàng)目參考的依據(jù)。

2 改進(jìn)的填隙碎石混合料(大粒徑間斷級(jí)配碎石)級(jí)配設(shè)計(jì)

采用玉林癸陽(yáng)石場(chǎng)的石料，大粒徑間斷級(jí)配碎石(最大公稱為53 mm)層采用三檔集料：20～50 mm，10～30 mm，0～5 mm(石屑)，集料的篩分(干篩法)結(jié)果見表1。

大粒徑間斷級(jí)配碎石(最大公稱為53 mm)顆粒組成較傳統(tǒng)級(jí)配碎石粗，但《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20-2015)中對(duì)填隙碎石的級(jí)配未作規(guī)定。在K30+400～K30+600試驗(yàn)段借鑒以往工程經(jīng)驗(yàn)和試配結(jié)果，初步擬定摻配比例為：20～50 mm∶10～30 mm∶0～5 mm=56.1∶20.9∶23.0，后施工配合比調(diào)整為20～50 mm∶10～30 mm∶0～5 mm=50.9∶25.6∶23.5，篩分結(jié)果見表2。施工過程抽樣篩分結(jié)果見表3。

結(jié)合表2、表3，從K32+000處優(yōu)化配合比后，攤鋪現(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)初次碾壓輪印較優(yōu)化前更淺，大粒徑間斷級(jí)配混合料嵌擠效果得到優(yōu)化，19 mm、9.5 mm、4.75 mm的通過率約為50%、33%、26%，粗集料的用量占到74%，可起到多級(jí)嵌擠咬鎖穩(wěn)定作用，2.36 mm的通過率分別約18%，細(xì)集料可起到填充密實(shí)的作用。

3 改進(jìn)的填隙碎石混合料的拌制與運(yùn)輸

改進(jìn)的填隙碎石(大粒徑間斷級(jí)配碎石)采用拌合機(jī)集中生產(chǎn)，采用三倉(cāng)配料、電子稱稱量，拌合時(shí)間控制在28～38 s內(nèi)，含水量控制應(yīng)根據(jù)氣候情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，正常情況下最佳含水量一般控制在2.3%。拌合機(jī)產(chǎn)量90 m3/h，基本滿足攤鋪現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械化施工的要求。

為保證施工質(zhì)量，確保相關(guān)設(shè)備的使用效率，配備了足夠的運(yùn)輸車輛，運(yùn)輸過程中要保證運(yùn)輸車輸?shù)臅惩?，確保將拌制好的混合料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)攤鋪，以免水份蒸發(fā)不利于攤鋪及壓實(shí)。

為防止混合料在裝車的過程中出現(xiàn)離析，運(yùn)料車輛的車斗離出料口的間距不能太大，控制下料的高度。裝料過程中不能向運(yùn)料車車槽的中間部位連續(xù)卸料，應(yīng)先向車槽前部卸料，再向后部卸料，最后向中間卸料。同時(shí)，在運(yùn)輸過程中車速不能太快，以防止顛簸產(chǎn)生的離析。

4 改進(jìn)的填隙碎石混合料的攤鋪、碾壓

在攤鋪混合料時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械攤鋪、人工輔助收邊整形、補(bǔ)角的施工方式，攤鋪時(shí)攤鋪機(jī)兩側(cè)的厚度感應(yīng)器同時(shí)置于兩側(cè)鋼絞線上，以保證基層鋪筑厚度和高程。

(1)攤鋪準(zhǔn)備工作，對(duì)舊路面進(jìn)行清理清掃，并灑水潤(rùn)濕不流淌，清理靠近路肩側(cè)路面范圍內(nèi)的土。清理基底并在舊路上恢復(fù)左、中、右邊樁。按半幅4.75 m寬度施工，每10 m設(shè)一樁，并在路肩兩邊設(shè)高程控制樁，然后對(duì)角拉線，確保厚度。

(2)采用一臺(tái)攤鋪機(jī)作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械攤鋪、人工輔助收邊整形、補(bǔ)角的施工方式，攤鋪機(jī)兩側(cè)的厚度感應(yīng)器同時(shí)置于兩側(cè)鋼絞線上，以保證基層鋪筑厚度和高程。松鋪系數(shù)為1.3，松鋪厚度為286 mm。運(yùn)料車輛到達(dá)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)必須在2輛以上時(shí)才開始攤鋪，以保證攤鋪的連續(xù)性。攤鋪過程中，攤鋪機(jī)的行駛速度為1.8 m/min。

(3)大粒徑間斷級(jí)配碎石層碾壓步驟如下：①初壓：用重型振動(dòng)壓路機(jī)靜壓2遍，使混合料穩(wěn)定就位。在直線和不設(shè)超高的平曲線上，碾壓從兩側(cè)路肩開始，逐漸錯(cuò)輪向路中心進(jìn)行；在超高的平曲線上，碾壓從內(nèi)側(cè)路肩開始，逐漸錯(cuò)輪向外側(cè)路肩進(jìn)行。錯(cuò)輪時(shí)，每次重疊1/3輪寬。在第一遍碾壓后，再次找平。初壓終了時(shí)，檢查平整度和路拱橫坡，必要時(shí)應(yīng)予修正。②復(fù)壓：用重型振動(dòng)壓路機(jī)小幅振動(dòng)碾壓2遍，大幅振壓3遍，碾壓過程必須遵守先慢后快，先低側(cè)后高側(cè)，先邊后中。錯(cuò)輪時(shí)，每次重疊1/3輪寬。嚴(yán)禁壓路機(jī)在成型的碎石層上掉頭、急轉(zhuǎn)彎。

只有在不小于最佳含水量條件下才能達(dá)到最佳壓實(shí)效果。如果含水量偏低，尤其是夏季高溫季節(jié)施工，應(yīng)根據(jù)情況以噴霧式灑水車適當(dāng)灑水后再碾壓。

(4)達(dá)到壓實(shí)遍數(shù)后，人工在填隙碎石表面均勻撒布一層約5～10 mm的集料，在因攤鋪離析造成大顆粒集中的部位要適當(dāng)增加撒布量，然后再用壓路機(jī)靜壓一遍整平，即可開放交通。

柔性的大粒徑間斷級(jí)配碎石層必須利用交通荷載行車壓密作用才能最終穩(wěn)定、成型密實(shí)，早期的灑水養(yǎng)生、填隙料的補(bǔ)灑很是必要。但人工撒鋪填隙料需撒布均勻，填隙料如果撒布過厚，不利于后續(xù)的封層施工。級(jí)配碎石基層攤鋪碾壓完畢后，應(yīng)在開放交通后10 d左右進(jìn)行封層施工，一般不超過15 d，防止雨天、重載交通下，碎石層頂面出現(xiàn)坑槽等水損害。

在備料充足、天氣良好的前提下，大粒徑間斷級(jí)配碎石層每天可以攤鋪400 m全幅(攤鋪寬度9.5 m)。若施工遇到雨天，粉料遇水易結(jié)團(tuán)，應(yīng)停止施工。

5 改進(jìn)的填隙碎石基層固體體積率的測(cè)試與評(píng)價(jià)

根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2004)，填隙碎石層要求檢測(cè)固體體積率，合格值≥83%，但是現(xiàn)行的公路質(zhì)量試驗(yàn)檢測(cè)規(guī)程沒有對(duì)檢測(cè)固體體積率做出具體的檢測(cè)方法，在查閱相關(guān)資料后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)條件，采用灌砂法和灌水法檢測(cè)試坑體積。

經(jīng)對(duì)比，用灌水法檢測(cè)的固體體積率比用灌砂法檢測(cè)固體體積率大3%～5%，分析原因有：(1)填隙碎石墊層表面不平整，水面不能和試坑表面平齊。(2)試坑洞壁凹凸不平，放入試坑的塑料薄膜袋不能貼緊洞壁，以上兩點(diǎn)原因造成用灌水法檢測(cè)出的試坑體積偏小，固體體積率計(jì)算結(jié)果偏大，確定用灌砂法檢測(cè)試坑的體積，用虹吸筒排水法檢測(cè)試樣的固體體積，然后按照計(jì)算公式計(jì)算固體體積率，具體的檢測(cè)方法如下：

5.1 標(biāo)定量砂密度及錐砂重

按照《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG E60-2008)的灌砂法去標(biāo)定量砂單位質(zhì)量γs、灌砂筒下部圓錐體內(nèi)砂質(zhì)量m3。

5.2 測(cè)定試洞的體積

在測(cè)點(diǎn)位置挖試洞，直徑為φ20 cm，深度應(yīng)等于測(cè)定層厚度，但不能有下層材料混入，從試洞挖起的每份試樣分別裝入塑料袋，把集料帶回試驗(yàn)室，注意不要灑漏料樣，記錄取樣的樁號(hào)、位置、編號(hào)。裝量砂入灌砂筒至標(biāo)定量，記錄灌砂前砂+灌砂筒質(zhì)量m1，將灌砂筒放在試洞中間，打開開關(guān)，讓砂流入洞內(nèi)，直到儲(chǔ)砂筒內(nèi)的量砂停止流動(dòng)時(shí)關(guān)閉開關(guān)，取下灌砂筒，稱灌砂后砂+灌砂筒質(zhì)量m2，測(cè)出試洞體積V=(m1-m2-m3)/γs。

5.3 虹吸筒排水法檢測(cè)試樣的固體體積

取出帶回的集料試樣，分別裝在料盤內(nèi)，放入烘箱烘干至恒量，試樣烘干后放在一容器內(nèi)，蓋上蓋，待其冷卻。把虹吸筒放在平整的地方，擰開開關(guān)，注凈水入虹吸筒，直到虹吸管口有水溢出時(shí)停止注水，到流水停止時(shí)關(guān)閉開關(guān)。將烘干除去水份的試樣緩緩放入筒內(nèi)，用鐵棒攪拌、插搗水下的試樣，排除試樣中的氣體，攪拌時(shí)勿使水濺出筒外，靜待5 min，在懸浮物降沉后取量筒放置于出水口，打開開關(guān)，放出筒內(nèi)由固體加入而排走的水，待不再有水流出后，閉上開關(guān)，取盛載排水的量筒到天平上秤質(zhì)量，測(cè)量筒內(nèi)水的溫度，記錄(量筒+排水質(zhì)量)m5、量筒質(zhì)量m6及水的試驗(yàn)溫度t。試樣的固體體積Vg=所排出的水體積Vw=[(量筒質(zhì)量+排水質(zhì)量)m5-量筒質(zhì)量m6]/試驗(yàn)溫度下的水密度γw。

5.4 計(jì)算固體體積率

固體體積率κ=100×試樣的固體體積Vg/試洞體積V。

按此方法，觀察檢測(cè)固體體積率挖開的試坑，整個(gè)結(jié)構(gòu)層比較密實(shí)，填隙料能很好鑲嵌在填隙碎石中，K30+400～K30+600試驗(yàn)段大粒徑間斷級(jí)配碎石層固體體積率的檢測(cè)結(jié)果見表4。

五個(gè)樁號(hào)中K30+425(左2.5 m)和K30+450(左2.5 m)為碾壓施工后的檢測(cè)結(jié)果，K30+475(左2.0 m)、K30+470(右2.5 m)和K30+500(右2.5 m)為通車2 d后的檢測(cè)結(jié)果。

施工過程S308線大粒徑間斷級(jí)配碎石層固體體積率匯總見表5。

從表4、表5可以看出，大粒徑間斷級(jí)配碎石固體體積率滿足設(shè)計(jì)的85%，代表值達(dá)到85%～89%，后期由于超載車輛碾壓后部分路段固體體積率會(huì)有所提高，開放交通后碎石結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯的變形和車轍。

6 改進(jìn)的填隙碎石基層的彎沉

設(shè)計(jì)文件所要求的第1層路面頂面彎沉值LS=52.3(0.01 mm)。從表6大粒徑間斷級(jí)配碎石層彎沉檢測(cè)看，絕大部分在30～40(0.01 mm)之間，滿足設(shè)計(jì)彎沉52.3(0.01 mm)的要求。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)改進(jìn)的填隙碎石按20～50 mm∶10～20 mm∶0～5 mm體積比為2∶1∶1比例摻配后，19 mm、9.5 mm、4.75 mm的通過率分別為50%、33%、26%，粗集料的用量占到74%，起到多級(jí)嵌擠咬鎖穩(wěn)定作用，2.36 mm的通過率約18%，細(xì)集料起到填充密實(shí)的作用。

(2)改進(jìn)的填隙碎石采用機(jī)拌、機(jī)鋪、機(jī)壓，碎石嵌擠咬合穩(wěn)定，填隙料能很好鑲嵌在碎石中，采用開發(fā)的虹吸筒法檢測(cè)的固體體積率大于設(shè)計(jì)值85%，代表值達(dá)到85%～89%。經(jīng)行車荷載進(jìn)一步壓密，碎石結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定、無(wú)變形，固體體積率也可達(dá)90%，路面結(jié)構(gòu)承載能力有保證。

(3)柔性的大粒徑間斷級(jí)配碎石層可充分利用交通荷載行車壓密作用，既可以提高路面各結(jié)構(gòu)層的整體穩(wěn)定性，縮短施工維護(hù)交通周期，也具有良好的路用性能。