華南多雨地區(qū)倒裝結(jié)構(gòu)級(jí)配碎石防水研究

陳清波

（深圳市前海建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司，廣東 深圳518000）

引言

廣東省位于我國(guó)南方亞熱帶濕熱地區(qū)，夏季高溫多雨，在瀝青路面倒裝結(jié)構(gòu)[1]級(jí)配碎石施工過(guò)程中不可避免雨水下滲，結(jié)合廣河高速惠州段施工過(guò)程數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，雨水的滲入導(dǎo)致級(jí)配碎石基層未在最佳含水率下達(dá)到最大的密實(shí)程度，同時(shí)雨水潤(rùn)滑了級(jí)配碎石間的接觸面，直接影響了級(jí)配碎石的穩(wěn)定性，并造成級(jí)配碎石混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低，彎沉值隨之增大。

為避免雨季施工時(shí)雨水的下滲，可在級(jí)配碎石層頂面設(shè)置上封層[2]，在水泥穩(wěn)定粒料類(lèi)底基層頂面設(shè)置下封層，將路表下滲的雨水阻止在上封層而不繼續(xù)下滲。級(jí)配碎石過(guò)渡層上封層目前相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)缺乏，認(rèn)識(shí)不夠，還需要結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行總結(jié)，通過(guò)仁博高速新博段設(shè)置對(duì)比方案試驗(yàn)段，為上封層的設(shè)置型式和施工工藝積累經(jīng)驗(yàn)。

1 降水對(duì)級(jí)配碎石過(guò)渡層施工工藝的影響

1.1 不同施工天氣對(duì)各結(jié)構(gòu)層彎沉的影響分析

以廣河高速惠州段[3]為例進(jìn)行分析，該項(xiàng)目采用倒裝式瀝青路面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)型式為4 cm 改性瀝青Sup-12.5+7 cm 改性瀝青Sup-19+8 cm 普通瀝青Sup-25+9 cm 普通瀝青ATB-25+32 cm 級(jí)配碎石+15 cm 水泥穩(wěn)定碎石基層。結(jié)合路面施工彎沉檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，對(duì)雨天和晴天施工路段的彎沉值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)圖1～圖3。

由圖1～圖3 分析可知：

圖1 級(jí)配碎石下基層不同路段彎沉代表值統(tǒng)計(jì)

圖2 ATB 上基層不同路段彎沉代表值統(tǒng)計(jì)

圖3 下面層不同路段彎沉代表值統(tǒng)計(jì)

（1） 廣河高速惠州段路面大多數(shù)路段結(jié)構(gòu)層在施工期間多為晴、雨交錯(cuò)天氣，能夠及時(shí)排出路面結(jié)構(gòu)的雨水是提高路面結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的保證。

（2） 大多數(shù)路段結(jié)構(gòu)層在施工后，結(jié)構(gòu)層內(nèi)滲入有較多的雨水，特別是在雨天與晴天多次交錯(cuò)期間。

（3） 連續(xù)晴天或者施工較長(zhǎng)時(shí)間后進(jìn)行彎沉檢測(cè)，其結(jié)果普遍優(yōu)于雨后或施工后較短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)的結(jié)果，說(shuō)明該項(xiàng)目采用的路面結(jié)構(gòu)型式其結(jié)構(gòu)層頂面彎沉對(duì)水較為敏感。

1.2 相同路段不同檢測(cè)時(shí)間彎沉代表值變化分析

為了進(jìn)一步分析雨水對(duì)路面結(jié)構(gòu)彎沉的影響程度，將相同路段不同路面瀝青層、不同時(shí)間的彎沉代表值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖4～圖6。

圖4 ATB 上基層不同時(shí)間彎沉代表值統(tǒng)計(jì)

圖5 瀝青下面層不同時(shí)間彎沉代表值統(tǒng)計(jì)

圖6 瀝青中面層不同時(shí)間彎沉代表值統(tǒng)計(jì)

分析圖4～圖6 可知：

對(duì)同一結(jié)構(gòu)層頂面、不同時(shí)間段進(jìn)行彎沉檢測(cè)，其結(jié)果存在較大的差異，ATB 上基層前后彎沉下降率為22%，瀝青下面層前后彎沉下降率為54%，瀝青中面層前后彎沉下降率為38%。瀝青結(jié)構(gòu)層隨完工時(shí)間的增長(zhǎng)，其彎沉值也隨之降低，瀝青下面層在6 月2日施工完后的彎沉實(shí)測(cè)結(jié)果為95.9（0.01 mm），而到7 月29 號(hào)的彎沉實(shí)測(cè)結(jié)果為44.1（0.01 mm），彎沉減小51.8（0.01 mm）。

說(shuō)明結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與路面各層模量或結(jié)構(gòu)層內(nèi)材料含水量密切相關(guān)，結(jié)合路面施工經(jīng)驗(yàn)，分析得出水是影響路面結(jié)構(gòu)層頂面彎沉變化的主要因素。雨季施工時(shí)，由于雨水的滲入導(dǎo)致級(jí)配碎石基層未在最佳含水率下達(dá)到最大的密實(shí)程度，同時(shí)潤(rùn)滑了級(jí)配碎石間的接觸面，直接影響級(jí)配碎石的穩(wěn)定性，并造成級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低，彎沉值隨之增大。

2 級(jí)配碎石過(guò)渡層上封層防水施工工藝研究

2.1 級(jí)配碎石基層上封層[4]試驗(yàn)方案

級(jí)配碎石屬于無(wú)結(jié)合料材料，靠級(jí)配設(shè)計(jì)來(lái)提高并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這種材料特性致使級(jí)配碎石的溫縮、干縮系數(shù)低，對(duì)溫度和濕度敏感性弱，不容易因溫度和濕度產(chǎn)生裂縫，但隨之而來(lái)的是基層表面易松散、易遭受破壞。因此，級(jí)配碎石基層上封層的主要作用是防水，充分發(fā)揮在施工期間的臨時(shí)防水作用，減少降雨對(duì)級(jí)配結(jié)構(gòu)破壞，同時(shí)減少雨水進(jìn)入級(jí)配碎石內(nèi)部而影響后續(xù)的瀝青層的碾壓和路面的整體強(qiáng)度。

目前我國(guó)級(jí)配碎石上封層主要有灑透層油+碎石、灑透層油+粘層+碎石或直接灑透層油等不同的做法，因《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[5]、《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》[6]中對(duì)于級(jí)配碎石上封層的設(shè)置的規(guī)定不是很明確，需要通過(guò)試驗(yàn)路段來(lái)確定設(shè)置上封層方案，試驗(yàn)路段采用表1 所示的4 種型式。

2.2 試驗(yàn)段試驗(yàn)效果對(duì)比分析

試驗(yàn)路段完成后，持續(xù)4 個(gè)小時(shí)大雨，降雨量46.2 mm，大雨后各試驗(yàn)方案路段的沖刷情況如下。

方案一∶除邊部匯水位置的部分碎石被沖刷之外，絕大部分保持了施工撒布后的狀態(tài)，說(shuō)明撒布的碎石和灑布的油之間粘結(jié)良好，可以在一次暴雨中留存下來(lái)，繼續(xù)保護(hù)級(jí)配碎石過(guò)渡層。邊部開(kāi)挖目測(cè)無(wú)水。方案一試驗(yàn)段見(jiàn)圖7。

圖7 方案一試驗(yàn)段

方案二：與方案一相比，沒(méi)有粘層油，瀝青預(yù)拌碎石明顯和透層油之間的粘結(jié)不足以抵抗雨水的沖刷，碎石被雨水沖運(yùn)到較低的位置積聚，并因此抬高了水位。當(dāng)雨水從泄水孔流出時(shí)，流水的沖擊力帶走了整個(gè)級(jí)配碎石上封層，導(dǎo)致上封層失效。開(kāi)挖級(jí)配碎石過(guò)渡層發(fā)現(xiàn)，級(jí)配碎石過(guò)渡層中浸滿(mǎn)了水，證明保護(hù)層保護(hù)失效。邊部開(kāi)挖目測(cè)有水。方案二試驗(yàn)段見(jiàn)圖8。

圖8 方案二試驗(yàn)段

方案三：與方案一相比，撒布碎石的積聚程度不同。保護(hù)層整體良好，碎石有積聚現(xiàn)象。兩種方案從雨后的情況來(lái)看，方案一更好，這說(shuō)明粘層油在組成級(jí)配碎石過(guò)渡上封層中尤為重要。邊部開(kāi)挖目測(cè)無(wú)水，但處于過(guò)濕狀態(tài)。方案三試驗(yàn)段見(jiàn)圖9。

圖9 方案三試驗(yàn)段

方案四：撒布料積聚嚴(yán)重，已隨水波聚成條狀，失去了施工防粘的作用，不利于下一步的施工。若在此條件下進(jìn)行下一工序的施工，級(jí)配碎石上封層由于磨損或粘走而破壞，導(dǎo)致級(jí)配碎石上封層失效。邊部開(kāi)挖目測(cè)無(wú)水。方案一四試驗(yàn)段見(jiàn)圖10。

圖10 方案四試驗(yàn)段

根據(jù)以上試驗(yàn)方案結(jié)果可見(jiàn)，方案一的抗雨水沖刷效果最佳，方案三次之，方案四再次，方案二效果最差。被破壞的部位也有所區(qū)別，方案三和方案二的主要破壞發(fā)生在邊部；方案四主要破壞發(fā)生在全斷面，呈45°。各試驗(yàn)方案防水效果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)段型式及防水效果

3 結(jié)論

（1） 水是影響路面結(jié)構(gòu)層頂面彎沉變化的主要因素。雨季施工時(shí)，由于雨水的滲入導(dǎo)致級(jí)配碎石基層未在最佳含水率下達(dá)到最大的密實(shí)程度，同時(shí)潤(rùn)滑了級(jí)配碎石間的接觸面，直接影響了級(jí)配碎石的穩(wěn)定性，并造成級(jí)配碎石混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低，彎沉值隨之增大。

（2） 結(jié)合各方案試驗(yàn)段效果分析，透層油有固化級(jí)配碎石過(guò)渡層表面松散體的作用；粘層油有對(duì)透層油鞏固和加強(qiáng)的作用，同時(shí)起到了防止水流下滲的作用；撒布的預(yù)拌碎石有減緩水流速度的作用，當(dāng)水流速度下降時(shí)，沖刷力減少，沖毀下封層的能力減弱。這一系列作用的疊加和匯聚，成就了方案一的防水效果。

（3） 通過(guò)試驗(yàn)段效果對(duì)比和分析，上封層采用“透層+粘層+瀝青預(yù)拌碎石”的型式，防水性能好，灑布后與撒鋪瀝青粘結(jié)良好，施工車(chē)輛輪跡處未出現(xiàn)掉?，F(xiàn)象，基本滿(mǎn)足施工需求。