同步碎石封層施工中的材料用量計算分析

張國華

摘? 要：同步碎石封層施工中，如何合理的控制材料用量，各省出臺了指導(dǎo)意見，給出了參考值，沒有明確的計算方法。文章通過理論分析，結(jié)合其他文獻和規(guī)范的方法，綜合分析，結(jié)合實際施工經(jīng)驗，提出了施工中確定材料用量的方法。

關(guān)鍵詞：同步碎石;封層技術(shù);材料用量

中圖分類號：U418? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）15-0059-02

Abstract： In the construction of synchronous gravel sealing layer， as regards how to reasonably control the amount of material， many provinces issued guidelines and gave the reference value， while putting forward no clear calculation method. Through theoretical analysis and adopting the methods of other literatures and standards， this paper makes a comprehensive analysis. Based on the actual construction experience， this paper puts forward the method of determining the amount of material in the construction.

Keywords： synchronous gravel; sealing technology; material usage

1 概述

瀝青路面在使用中，路面隨著使用時間的延長，會出現(xiàn)一些問題，如龜裂、網(wǎng)裂、骨料脫落等，如果不采取措施，會使路面使用性能急劇下降，最終導(dǎo)致路面嚴(yán)重破壞。因此，采用預(yù)防性養(yǎng)護是延長瀝青路面使用壽命的一種手段。碎石封層就是預(yù)防性養(yǎng)護的一種，該技術(shù)是在灑布瀝青類結(jié)合料后立即撒布骨料，使它們之間具有最大的表面裹覆強度，經(jīng)碾壓而形成的薄層封層。成型封層具有抗滑、抗車轍、抗磨耗、防滲水等特點，能有效治愈路面龜網(wǎng)裂、骨料脫落等病害，且施工工藝簡單、快捷、可靠。而同步瀝青碎石封層就是用一臺瀝青碎石同步封層車，前后同時灑布瀝青和碎石，經(jīng)碾壓而成的碎石封層，與傳統(tǒng)碎石封層相比，施工工藝簡單、快捷、可靠。

在同步碎石封層施工中，如何控制材料技術(shù)要求和用量，是質(zhì)量成敗的關(guān)鍵，本文通過近幾年在我局養(yǎng)護的瀝青路面中實施碎石封層的經(jīng)驗，對材料用量計算方法進行研究，有一定的現(xiàn)實意義。

2 材料的技術(shù)要求

2.1 結(jié)合料

同步碎石封層技術(shù)可以使用不同的瀝青結(jié)合料，如道路石油瀝青、聚合物改性瀝青、乳化瀝青、聚合物改性乳化瀝青、橡膠瀝青等。材料技術(shù)要求滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）即可。

2.2 集料

碎石要求是經(jīng)過反擊破碎（或錘式破碎）得到的碎石，顆粒形狀最好是立方體。其技術(shù)指標(biāo)除滿足規(guī)范要求外，其針片狀顆粒含量和含泥量要盡可能的小。如果集料扁平，輪跡帶上碎石在行車作用下“平躺”在路面上，易形成泛油;而在輪跡帶以外的地方，碎石“豎立”，與瀝青粘結(jié)面小，容易脫落;另外，扁平料在行車作用下，容易斷裂，斷裂面沒有膠結(jié)材料，也容易進水脫落。含泥量直接影響集料的膠結(jié)，如果含泥量大，碎石容易脫落，形成小坑槽。

集料的規(guī)格，一般采用4-6mm，6-10mm，8-12mm，10-14mm等，《公路瀝青路面碎石封層設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（DB 62 T 3130-2017）要求是4.75-9.5mm，9.5-13.2mm，13.2-16mm，16-19mm，并給出了級配要求。不管選用哪種規(guī)格，集料采用單粒徑的級配。

3 材料用量的計算方法

材料用量的計算，一般有經(jīng)驗法和理論計算法，我局在最初實施碎石封層時，大多數(shù)根據(jù)一些文獻給出的參考用量確定瀝青和碎石的用量，結(jié)合試驗段的鋪筑情況，調(diào)整材料用量。理論計算方法有Mcleod方法、Loving方法、美國地瀝青協(xié)會的方法等。

3.1 集料計算的理論基礎(chǔ)

作為碎石封層，可以將集料顆粒簡化為簡單立方體堆積——單顆粒排列堆積。

圖2表示邊長為D的立方體內(nèi)，放置一個直徑為D的圓球，此時，空隙率n為：

這就是單層集料材料用量的理論基礎(chǔ)，這種排列是松散堆積。如果將石子按照平行四邊形排列，則是緊密單層排列，按照棱柱體的公式，可以得出空隙率為40%。

計算碎石用量時，可根據(jù)毛體積密度和空隙率，計算出單位平方米的碎石用量。

3.2 Mcleod方法

目前，大多數(shù)采用Mcleod方法，文獻[3]中的方法也是這個方法。下面以文獻[3]中的計算方法為例說明。

按照式（1-1）計算集料撒布量：

C=（1-0.4V）×H×ρb×E（1-2）

式中：C-集料撒布量（kg/m2）;V-集料松裝空隙率（%）;H-設(shè)計平均最小層厚（mm）;ρb-集料毛體積密度（kg/m3）;E-集料損失系數(shù)，反映集料撒布后清掃、車輛行駛對集料散失程度的影響，參考表5.2.2查取，一般二級公路取值宜為1.10～1.15。

集料設(shè)計平均最小層厚按式（1-3）計算：

式中：H-設(shè)計平均最小層厚（mm）;M-集料中值粒徑（通過率為 50%的集料粒徑）理論值（mm）;Qe-集料針片狀顆粒含量（%）。

道路石油瀝青、SBS改性瀝青，按照式（1-4）計算灑布量：

Ca=（0.4×H×V×T+S+A）×ρa（1-4）

式中：Ca-瀝青灑布量（kg/m2）;H-設(shè)計平均最小層厚（mm）;V-集料松裝空隙率（%）;T-交通量修正系數(shù);S-路面狀況修正系數(shù);A-集料吸收系數(shù)，宜為1%～2%;ρa-瀝青密度（kg/m3）。

3.3 試驗方法

試驗方法是將碎石均勻、緊密的排列于一平底容器，根據(jù)碎石的質(zhì)量和撒布面積計算石料撒布率，然后向平底容器中倒入自來水剛好完全淹沒石料，倒入水量的2/3與平底容器表面積的比值即為瀝青結(jié)合料的灑布率。表1為以某種集料計算出的材料用量。

一般考慮瀝青灑布后，浸潤石料高度的1/2D～2/3D。

上述三種方法中，不論計算方法，還是試驗方法，或是經(jīng)驗法，都需要在現(xiàn)場進行試驗段的鋪筑，通過對試驗段的檢測，通過檢測數(shù)據(jù)，對計算數(shù)據(jù)修正后，作為實際施工的控制數(shù)據(jù)，進行施工。

4 碎石用量計算方法

碎石的用量是由碎石級配以及現(xiàn)狀、密度為基礎(chǔ)進行計算。首先應(yīng)確定的就是碎石尺寸中值，根據(jù)碎石的級配就能夠計算出碎石尺寸中值。其次應(yīng)確定松散石的單位質(zhì)量，在初壓后碎石之間的空隙率計算中，能夠運用到松散石的單位質(zhì)量。碎石的密度是根據(jù)不同碎石決定，如果碎石與碎石之間同覆蓋在相同面積中，那么碎石量較多，就代表著碎石的密度較大。最后，碎石的破壞指數(shù)，在封層施工結(jié)束后，開放交通的初級階段時，部分碎石脫落是常見現(xiàn)象，碎石的脫落現(xiàn)象與行車數(shù)量、速度都有緊密的聯(lián)系，通常情況下，交通量較小的碎石破壞指數(shù)在百分之五，交通量較大的碎石破壞指數(shù)在百分之十。

碎石用量常見計算公式為：C=（1-0.4×V）H×G×E。其中C代表著碎石用量、V代表著松散石的單位質(zhì)量、H代表著碎石的尺寸平均最小值、G代表著碎石密度、而E則代表著碎石破壞指數(shù)。

5 施工中的檢測方法

現(xiàn)場施工中，可在路面上用長方形托盤，接取灑布的碎石封層材料，通過稱取托盤質(zhì)量及盤和封層混合料的質(zhì)量，計算封層混合料的質(zhì)量，再通過抽提試驗，可計算出瀝青和集料的質(zhì)量。

6 結(jié)束語

經(jīng)驗方法需要根據(jù)實際施工的數(shù)據(jù)，積累總結(jié)后使用，限于某一區(qū)域，因為受石料加工的影響，也受舊路的病害情況的影響。理論計算需要在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行計算，試驗方法直觀簡單，但是受試驗人員的經(jīng)驗和試驗技巧的影響。在實際施工中，確定材料用量時，可將上述方法綜合使用，互相校驗。

參考文獻：

[1]甘肅省公路局.關(guān)于印發(fā)《甘肅省國省干線公路瀝青碎石封層施工技術(shù)指導(dǎo)意見》的通知[Z].甘公養(yǎng)發(fā)[2009]31號.

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[3]公路瀝青路面碎石封層設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范（DB 62 T 3130-2017）[S].甘肅省地方標(biāo)準(zhǔn)，2017.

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