瀝青碎石上基層配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)段施工技術(shù)分析

文/張臣捷

1 前言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，交通量增長(zhǎng)迅速，車(chē)輛日趨大型化。ATB-25 瀝青碎石上基層高溫性能比較好、水穩(wěn)定性良好、車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度較高、修復(fù)方便，由此瀝青碎石基層可以增強(qiáng)路面排水能力，減少瀝青層溫度收縮裂縫和反射裂縫的產(chǎn)生。實(shí)踐施工經(jīng)驗(yàn)表明，合理的配合比設(shè)計(jì)以及施工中嚴(yán)格的工藝控制，都能改善瀝青碎石上基層的使用性能，提高其使用壽命。

2 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)

2.1 原材料試驗(yàn)

2.1.1 瀝青：由廈門(mén)新立基股份有限公司生產(chǎn)的殼牌70 號(hào)A 級(jí)道路石油瀝青，檢測(cè)結(jié)果瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

2.1.2 集料：采自沙陽(yáng)村大橋坑碎石場(chǎng)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

2.1.3 填料：礦粉由三明溪泰和石料加工廠(chǎng)生產(chǎn)，摻加20%消石灰，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

2.1.4 添加劑：重慶伍圣建材有限公司生產(chǎn)，AR-I 瀝青抗剝落劑，摻量為結(jié)合料的0.4%，與集料的粘附性達(dá)到5 級(jí)。

2.2 設(shè)計(jì)步驟

2.2.1 確定級(jí)配曲線(xiàn)：根據(jù)原材料篩分試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)配出1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)三條級(jí)配曲線(xiàn)，按以往施工經(jīng)驗(yàn)先取3.6%瀝青用量對(duì)三條級(jí)配曲線(xiàn)進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，成型馬歇爾試件吸水率小于2%，采用表干法測(cè)定試件密度。根據(jù)室內(nèi)馬歇爾各項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果綜合考慮分析，選擇2 號(hào)為目標(biāo)配合比級(jí)配曲線(xiàn)[1]。

2.2.2 確定最佳瀝青用量：在選定設(shè)計(jì)級(jí)配曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上，以2.6%、3.1%、3.6%、4.1%、4.6%五種瀝青用量進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)?？紤]本路段交通量大以及軸載重等因素，確定3.6%為最佳瀝青用量；再以3.6%瀝青用量進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)以及48h 的浸水馬歇爾試驗(yàn)，檢測(cè)瀝青混合料水損害性能，試驗(yàn)結(jié)果各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求[2]。

圖中：毛體積密度沒(méi)有出現(xiàn)峰值，且以目標(biāo)空隙率所對(duì)應(yīng)的瀝青用量作為OAC1，OAC1=3.61%。OACmin=3.15%，OACmax=3.91%，OAC2=3.53%，計(jì)算得OAC=3.57%?？紤]本路段交通量大以及軸載重等因素，確定最佳瀝青用量為3.6%。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

選定的級(jí)配曲線(xiàn)和瀝青用量試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果各項(xiàng)指標(biāo)匯總?cè)缦拢?/p>

（備注：礦料間隙率設(shè)計(jì)值采用內(nèi)插法計(jì)算。）

2.3 確定材料用量

上基層瀝青混合料ATB-25 最終確定材料用量表：

集料比 例（%）集料比 例（%）（19～26.5）mm 30礦粉1.5（9.5～19）mm 27瀝青用量3.6（4.75～9.5）mm 12抗剝落劑0.4（0～4.75）mm 29.5/ /

3 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料

3.1.1 瀝青、填料、抗剝落劑均與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)時(shí)一致，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

3.1.2 集料：采自沙陽(yáng)村大橋坑碎石場(chǎng)的（19～26.5）mm、（9.5～19）mm、（4.75～9.5）mm、（0～4.75）mm 碎石及（0～4.75）mm 石屑，經(jīng)瀝青拌和站熱篩后（24～32）mm、（12～24）mm、（6～12）mm、（4～6）mm、（0～4）mm 碎石，各項(xiàng)技術(shù)性能符合規(guī)范要求。

3.2 設(shè)計(jì)步驟

3.2.1 確定拌和站熱料倉(cāng)篩網(wǎng)尺寸及拌和站各下料倉(cāng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，以目標(biāo)配合比中確定的各檔材料用量（不加礦粉與瀝青）開(kāi)機(jī)進(jìn)行熱篩。熱篩結(jié)束后，按熱篩集料規(guī)格從大到小，單倉(cāng)單獨(dú)卸料。卸料時(shí)，利用裝載機(jī)鏟斗接各個(gè)熱篩倉(cāng)單獨(dú)卸下的熱篩料。試驗(yàn)人員對(duì)各個(gè)熱篩倉(cāng)集料隨機(jī)取樣，并對(duì)集料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，測(cè)定集料的表觀(guān)相對(duì)密度以及集料的毛體積相對(duì)密度。將各規(guī)格熱篩倉(cāng)集料的通過(guò)率重新合成級(jí)配曲線(xiàn)，重新合成的級(jí)配曲線(xiàn)與目標(biāo)級(jí)配曲線(xiàn)的通過(guò)率在規(guī)定的偏差范圍內(nèi)，兩條級(jí)配曲線(xiàn)接近吻合。

3.2.2 根據(jù)目標(biāo)配合比最佳瀝青用量3.6%±0.3%三種瀝青用量（即3.3%、3.6%、3.9%瀝青含量），取瀝青拌和站熱篩后的集料進(jìn)行室內(nèi)馬歇爾各項(xiàng)試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 根據(jù)調(diào)好的熱料倉(cāng)比例，考慮上機(jī)試拌等大規(guī)模生產(chǎn)需要，在瀝青拌和站進(jìn)行試拌生產(chǎn)(瀝青加熱溫度160℃，集料加熱溫度175℃)，拌和后目測(cè)混合料油膜分布比較理想，混合料粗細(xì)分部均勻，未見(jiàn)離析現(xiàn)象。取試拌的瀝青混合料進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果均符合要求。

3.3 生產(chǎn)配合比確定試驗(yàn)結(jié)果

熱倉(cāng)（生產(chǎn)配合比）比例（%）材料名稱(chēng)規(guī)格（mm）比例（%）1＃倉(cāng)0～44～6 20 2＃倉(cāng)7.5 3＃倉(cāng)6～12 12.5 4＃倉(cāng)12～24 31 5＃倉(cāng)24～32 24.5礦粉 /4.5油石比（%）70號(hào)3.73抗剝落劑（%）AR-I 0.4

4 試驗(yàn)段施工方案

4.1 下承層準(zhǔn)備

路面級(jí)配碎石下基層經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)符合要求，并清掃基層面的污物。高滲透性乳化瀝青透層和乳化瀝青粘層施工完畢，符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求且得到監(jiān)理工程師認(rèn)可。路面級(jí)配碎石基層標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求，基層其他檢測(cè)指標(biāo)如寬度、平整度、橫坡等均符合設(shè)計(jì)要求。在結(jié)構(gòu)物交接處及路緣石、排水溝與瀝青面交接的一面都已涂刷了乳化瀝青。

4.2 測(cè)量放樣

試驗(yàn)段施工前在下承層上放樣，恢復(fù)中線(xiàn)，放樣時(shí)用全站儀每隔10m 定點(diǎn)打鐵釘，根據(jù)已放中樁放出兩側(cè)邊樁，復(fù)測(cè)確定下承層的標(biāo)高。為確保攤鋪厚度均勻的同時(shí)，提高上基層的平整度，采用鋼絲引導(dǎo)控制高程的方式。先打鋼釬支架，然后在鋼釬支架上架設(shè)鋼絲繩，最后根據(jù)標(biāo)高值、所鋪筑的上基層厚度以及松鋪系數(shù)等調(diào)整鋼絲繩的最終高程，作為縱坡基線(xiàn)。擬采用在兩側(cè)鋼絲繩之間拉一根細(xì)橫線(xiàn)，以橫線(xiàn)高度為基準(zhǔn)在路基中間架設(shè)鋁合金導(dǎo)軌的標(biāo)高控制方法，并用白灰劃出ATB-25 瀝青上基層兩側(cè)的攤鋪寬度。

4.3 混合料拌和

瀝青拌和站生產(chǎn)的混合料質(zhì)量是高速公路瀝青路面質(zhì)量控制的重點(diǎn)，采用4000 型瀝青拌和站生產(chǎn)瀝青混合料。本次試驗(yàn)段施工前，在試驗(yàn)監(jiān)理工程師的指導(dǎo)下，瀝青混合料拌和設(shè)備已試拌成功。瀝青混合料拌和出場(chǎng)溫度控制在145～165℃，且不超過(guò)195℃。瀝青混合料在儲(chǔ)存?zhèn)}儲(chǔ)存時(shí)，溫度降低不超過(guò)10℃。瀝青加熱溫度控制范圍為155～165℃，礦料加熱溫度的控制范圍為165～195℃。采用間隙式拌和機(jī)，經(jīng)試拌后，瀝青裹覆集料均勻，現(xiàn)確定每盤(pán)的拌和時(shí)間不少于45s（每盤(pán)集料干拌時(shí)間不少于5s），且兩鍋間隔時(shí)間不小于48s，以使混合料拌和均勻，無(wú)花白料。

4.4 混合料運(yùn)輸

根據(jù)瀝青拌和站與試驗(yàn)段的距離，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)混合料攤鋪能力與施工的具體情況，本次試驗(yàn)段施工共安排了15 輛運(yùn)輸車(chē)，確保了拌和、運(yùn)輸、攤鋪的連續(xù)性，提高了ATB-25 瀝青穩(wěn)定上基層的施工質(zhì)量。拌和站卸料口下緣至車(chē)廂底板不得超過(guò)2.5m，以避免混合料離析。料車(chē)裝料時(shí)，為了減少混合料離析的情況，采用3 次或多次裝料法，以減少混合料離析的情況，即1、2 次裝料分別位于車(chē)廂的前部與后部，第3次裝料位于車(chē)廂中部。為避免瀝青混合料與車(chē)廂底側(cè)板粘結(jié)導(dǎo)致無(wú)法卸料的情況，預(yù)先在車(chē)廂內(nèi)噴涂防粘劑，由此本次試驗(yàn)段施工未發(fā)生混合料與車(chē)廂粘結(jié)現(xiàn)象。運(yùn)輸車(chē)輛在運(yùn)送瀝青混合料時(shí)用篷布覆蓋，并且覆蓋密實(shí)，其目的是保溫、防雨。運(yùn)送到攤鋪現(xiàn)場(chǎng)的瀝青混合料溫度不低于145℃，未結(jié)成團(tuán)塊。

4.5 混合料攤鋪

到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)料車(chē)大于5 輛后開(kāi)始攤鋪，以保證攤鋪連續(xù)性。ATB-25 瀝青上基層設(shè)計(jì)厚度為15cm，分兩層施工，本次ATB-25 瀝青上基層試驗(yàn)段攤鋪壓實(shí)厚度為7.5cm。本次試驗(yàn)段采用2 臺(tái)ABG-8620型攤鋪機(jī)成梯隊(duì)作業(yè)進(jìn)行聯(lián)合攤鋪，相鄰兩幅的攤鋪搭接30～60mm 左右，前后2 臺(tái)攤鋪機(jī)相距5～10m 勻速向前推進(jìn)攤鋪，有效避免了距離過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的溫度離析現(xiàn)象。為提高瀝青碎石下基層初始?jí)簩?shí)度，攤鋪機(jī)應(yīng)在開(kāi)始攤鋪前0.5～1h 預(yù)熱熨平板且其溫度不低于120℃；同時(shí)，瀝青混合料到場(chǎng)溫度不小于145℃，攤鋪溫度不小于135℃。攤鋪過(guò)程中，為了避免運(yùn)料車(chē)撞擊攤鋪機(jī)，運(yùn)料車(chē)應(yīng)停在攤鋪機(jī)前10～30cm 處；卸料時(shí)運(yùn)料車(chē)掛空擋，由攤鋪機(jī)推動(dòng)運(yùn)料車(chē)勻速前進(jìn)攤鋪。本次試驗(yàn)段施工攤鋪速度為2m/min，未發(fā)現(xiàn)離析現(xiàn)象。另外，對(duì)于攤鋪機(jī)后出現(xiàn)局部混合料明顯離析的攤鋪面，應(yīng)及時(shí)人工進(jìn)行局部處理，本次試驗(yàn)段施工未發(fā)現(xiàn)離析現(xiàn)象。2 臺(tái)攤鋪機(jī)攤鋪緊跟且勻速向前攤鋪，以此避免了縱向接縫。

4.6 碾壓

瀝青混合料的壓實(shí)按初壓、復(fù)壓、終壓3 個(gè)階段，每個(gè)階段緊密銜接，且每個(gè)碾壓段末端的碾壓痕跡呈階梯形。碾壓為先外側(cè)后內(nèi)側(cè)，且由低至高的順序向前碾壓，相鄰碾壓面重疊100～200mm，同時(shí)壓路機(jī)應(yīng)緩慢而勻速碾壓。我部采用兩種碾壓方案，試驗(yàn)段先鋪筑半段采用方案一碾壓，后鋪筑半段采用方案二碾壓。

方案一 試驗(yàn)段碾壓遍數(shù)與溫度控制表

方案二 試驗(yàn)段碾壓遍數(shù)與溫度控制表

碾壓作業(yè)時(shí)，壓路機(jī)禁止在碾壓完成的路面上調(diào)頭、剎車(chē)、轉(zhuǎn)向以及制動(dòng)。振動(dòng)壓路機(jī)在振動(dòng)碾壓過(guò)程中，壓路機(jī)在加速段、減速段或停頓時(shí)都應(yīng)停振，待正常速度時(shí)再加振。壓路機(jī)無(wú)法碾壓到的位置，應(yīng)采用小型壓實(shí)設(shè)備或小型夯實(shí)機(jī)進(jìn)行夯實(shí)，從而做到不漏壓。碾壓完成還未冷卻的路面，禁止停放壓路機(jī)或其他車(chē)輛設(shè)備，并防止新鋪的路面受泥土或油污等雜物的污染。

4.7 縱縫及橫縫的處理

縱縫處理：攤鋪時(shí)采用2 臺(tái)攤鋪機(jī)一前一后梯隊(duì)作業(yè)，縱縫為熱接縫，接縫連接緊密、過(guò)渡平順，接縫無(wú)離析現(xiàn)象。

橫縫處理：上、下層的橫縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)距離大于1m 以上，且各層橫縫均應(yīng)采用垂直的平接縫。

5 試驗(yàn)段各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果及施工參數(shù)確定

5.1 瀝青含量檢測(cè)：根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，最終確定本次試驗(yàn)段瀝青含量平均值為3.62%。

5.2 瀝青混合料礦料級(jí)配范圍：經(jīng)檢測(cè)均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5.3 拌和周期檢測(cè)：經(jīng)試拌試驗(yàn)鋪筑后確定每鍋拌和時(shí)間為45s 左右（其中干拌時(shí)間不少于5s）。

5.4 溫度檢測(cè)：本次試驗(yàn)段施工瀝青混合料的出廠(chǎng)溫度平均值164℃、到場(chǎng)溫度平均值153℃、攤鋪溫度平均值146℃、初壓溫度平均值139℃、復(fù)壓溫度平均值132℃、終壓溫度平均值120℃，經(jīng)檢測(cè)均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5.5 厚度、壓實(shí)度、空隙率檢測(cè)：本次試驗(yàn)段經(jīng)檢測(cè)厚度平均值為75.3mm、壓實(shí)度平均值99.7%、空隙率平均值為4.6%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，兩種碾壓組合方案效果都符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，均可行，以方案第一壓實(shí)度效果最佳。

5.6 平整度檢測(cè)：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，平整度平均值為1.13mm，符合規(guī)范要求。

5.7 標(biāo)高、寬度、橫坡的評(píng)價(jià)

5.7.1 標(biāo)高：每200m 測(cè)10 個(gè)斷面，每斷面測(cè)2 個(gè)點(diǎn)，共檢測(cè)44 個(gè)點(diǎn)，合格率100%.

5.7.2 寬 度：每200m 測(cè)10 處，共 檢 測(cè)22 處。攤鋪半幅寬度為15.48m，符合設(shè)計(jì)要求。

5.7.3 橫坡：每200m 測(cè)10 個(gè)斷面，每斷面測(cè)1 個(gè)點(diǎn)，共檢測(cè)22 個(gè)斷面，合格率100%。

5.8 松鋪系數(shù)的確定

每30m 檢測(cè)一斷面，共檢測(cè)14 個(gè)段面，每斷面分別在距中線(xiàn)3m、6m、9m、12m、15m 位置檢測(cè)，共檢測(cè)70 點(diǎn)，平均松鋪系數(shù)1.245，最終確定大面積攤鋪的松鋪系數(shù)為1.245。

5.9 確定碾壓工藝

本次試驗(yàn)段碾壓方案為兩組，經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)度均符合要求，并無(wú)明顯輪跡。從現(xiàn)場(chǎng)碾壓和試驗(yàn)檢測(cè)效果看，方案一碾壓效果最佳，方案二存在超壓現(xiàn)象，建議今后大面積施工時(shí)采用方案一進(jìn)行碾壓。

5.10 混合料馬歇爾試驗(yàn)檢測(cè)

經(jīng)檢測(cè)混合料瀝青含量、空隙率、穩(wěn)定度、流值等各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

從整體看，本次試驗(yàn)段施工中拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等各道工序銜接良好，瀝青混合料級(jí)配、馬歇爾試驗(yàn)、厚度、壓實(shí)度、平整度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。實(shí)踐證明了本次ATB-25 瀝青碎石上基層配合比設(shè)計(jì)合理，試驗(yàn)段的各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)均符合要求反映該施工工藝是合理可行的。