嚴寒地區(qū)級配碎石施工工藝研究

張如飛

（中建路橋集團有限公司，河北石家莊 050001）

1 工程概況二級標題>

某公路工程位于我國東北地區(qū)，工程所在地冬季最低溫度為-39℃左右，是典型的嚴寒地區(qū)。在公路沿線的山區(qū)內(nèi)，存在大量的石灰?guī)r碎石，為降低工程造價，將之作為級配碎石的原材料使用。作為松散材料，級配碎石的強度比較低，因嚴寒地區(qū)的施工條件較為復(fù)雜，晝夜溫差非常大，致使級配碎石很難成型，養(yǎng)生困難，為確保其質(zhì)量，必須掌握相關(guān)的技術(shù)要點。下面重點對嚴寒地區(qū)級配碎石施工工藝展開分析。

2 嚴寒地區(qū)級配碎石施工工藝

2.1 級配碎石的級配設(shè)計

級配碎石歸屬于松散粒料的范疇，是由不同粒徑的碎石按照一定比例混合后形成，它的強度主要與顆粒間的內(nèi)摩擦力有關(guān)。內(nèi)摩擦力取決于粒料的質(zhì)量的和密實度，質(zhì)量越好，內(nèi)摩擦力越大，密實度越大，內(nèi)摩擦力越大?；谶@一前提，級配碎石的粗集料要形成相對比較穩(wěn)定的嵌擠結(jié)構(gòu)，而細集料則作為填充料，填入粗集料間的空隙內(nèi)，形成密實結(jié)構(gòu)。由此使得級配設(shè)計成為重點環(huán)節(jié)，級配設(shè)計得是否合理，直接關(guān)系到級配碎石的強度高低。級配設(shè)計的方法與要點如下：

2.1.1 最大粒徑

相關(guān)研究結(jié)果表明，級配碎石的粒徑越大，承載力越強，最大粒徑為37.5mm的級配碎石，能夠達到最佳的使用性能。但是當最大粒徑為37.5mm時，在級配碎石施工中，常常會出現(xiàn)混合料離析的情況，對施工質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。而當級配碎石的最大粒徑為31.5mm時，混合料基本不會出現(xiàn)離析的問題，所以可將31.5mm最為級配碎石最大粒徑的首選。

2.1.2 n值

試驗表明，級配碎石的最大粒徑選擇31.5mm時，在不同粗集料含量下，n值增大，級配碎石的最大干密度呈現(xiàn)先增大后逐步減小的變化趨勢，粗集料的含量在60%以下時，n值基本上不會影響級配碎石的最大干密度，而當粗集料含量超過60%，n值對級配碎石最大干密度的影響變得越來越明顯。粗集料的含量與n值對級配碎石最大干密度的影響具有密切關(guān)聯(lián)，當n值達到0.45～0.5區(qū)間范圍時，級配碎石的最大干密度出現(xiàn)峰值，n值繼續(xù)增大，級配碎石的最大干密度不升反降?？梢姡琻值為0.45～0.5時，級配碎石能夠達到最密實的狀態(tài)。

2.1.3 粗集料含量

在級配碎石最大粒徑選擇31.5mm、n值取0.5的前提下，通過試驗得出級配碎石的最大干密度與粗集料含量之間的關(guān)系。當粗集料的含量從50%增加到60%后，最大干密度有所減小，但從變化幅度來看，并不十分明顯。粗集料含量繼續(xù)增大，最大干密度呈現(xiàn)為顯著下降的趨勢，降幅為4.1%?；诖耍壟渌槭旨系暮繎?yīng)控制在60%以內(nèi)，以免超出影響最大干密度。

2.1.4 級配設(shè)計指標

本工程所在地為嚴寒地區(qū)，級配碎石在使用中會受到反復(fù)凍融的作用，使用的時間越長，級配碎石的力學性能下降得越多。所以在級配碎石的級配設(shè)計中應(yīng)進行凍融循環(huán)試驗，以嚴寒地區(qū)的氣候特點為依托，采取適宜的試驗方法，確定級配碎石的試驗條件，分析力學性能的變化規(guī)律，為級配設(shè)計提供可靠依據(jù)。

（1）在制作試件時，采用振動擊實的方法，主要試驗儀器為凍融試驗箱，因市面上的產(chǎn)品無法滿足試驗要求，故此需要對試驗箱加以改造。具體做法如下：在常規(guī)凍融試驗箱中增加內(nèi)置冷凝管和風扇，粘貼保溫層，使箱內(nèi)的溫度能夠達到-30℃，并將溫度的波動變化范圍控制在4℃以內(nèi)。依據(jù)嚴寒區(qū)的特點，將冷凍時間設(shè)定為16h，融化時間設(shè)定為8h。

（2）級配碎石的凍融速度與試驗溫度有著密切關(guān)聯(lián)，溫度越低，凍結(jié)的速度越快，溫度越高，融化的速度越快，試驗溫差越大，破壞程度越大，所以確定合理的試驗溫度尤為重要。級配碎石之所會凍結(jié)，是因為顆粒間的水分在低溫條件下形成結(jié)晶，這個過程可以細分為以下幾個階段：水分子集團形成、凝聚晶核、晶核結(jié)合產(chǎn)生冰晶。在級配碎石顆粒間的水分以弱結(jié)合水或是自由水為主，強結(jié)合水的占比比較小，在-4℃的條件下，便會凍結(jié)。為使試驗溫度與實際情況更加接近，對工程所在地的氣象資料查閱后，將級配碎石試驗的冰凍溫度確定為-30℃，融化溫度確定為20℃。

（3）凍融持續(xù)時間的長短，對級配碎石的力學性能會產(chǎn)生影響，由試驗結(jié)果可知，當凍結(jié)的時間達到5h后，級配碎石中心與表面的溫度最接近環(huán)境溫度，故此將凍融試驗的融化時間設(shè)定為5h。

2.2 明確碎石技術(shù)指標

2.2.1 壓縮值與磨耗值

該指標與級配碎石的抗破碎能力有關(guān)，可將壓縮值作為級配碎石抗破碎能力評價的主要指標。依據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范標準的規(guī)定要求，公路等級超過二級，選用的級配碎石壓碎值應(yīng)控制在26%以內(nèi)[1]。

2.2.2 液限及塑性指數(shù)

當施工過程中，直接在級配碎石上鋪筑瀝青面層時，要確保級配碎石的液限與塑性指數(shù)達標。級配碎石是一種可塑性比較強的材料，在較為寒冷的地區(qū)，因冬季氣溫偏低，會使碎石內(nèi)所含的水分凍結(jié)，這樣一來碎石的體積會發(fā)生膨脹，進而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，由此會導致碎石的水穩(wěn)定性下降。依據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范標準的規(guī)定要求，級配碎石的液限控制在28%以內(nèi)，塑性指數(shù)不超過6%[2]。而嚴寒地區(qū)要將級配碎石的塑性指數(shù)控制在4%以內(nèi)。

2.2.3 針片狀含量

對于級配碎石而言，其強度是通過嵌擠作用產(chǎn)生，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，級配碎石的針片狀含量不得超過20%，含量超限會使嵌擠力受到影響，碎石的密實度也會下降，在壓實功的作用下，碎石容易壓碎。按照現(xiàn)有的碎石加工技術(shù)，針片狀的含量比較好控制。

2.3 級配碎石施工工藝

2.3.1 材料拌制

本工程中，為使拌制出來的級配碎石能夠滿足嚴寒地區(qū)的施工要求，采用廠拌法生產(chǎn)級配碎石，拌和要點如下：

（1）在級配碎石拌和前，要將不同粒徑的原材料分開堆放，按實驗室給出的配合比拌制。此前，要篩分碎石，將之分為粗、中、細三種粒料，依據(jù)設(shè)計級配摻入不同粒徑的碎石[3]。大量拌制前，必須先試拌，對試拌好的級配碎石含水量準確測定，以目標含水量作為參照對象，看偏差是否超限。

（2）級配碎石的含水量會在運輸、攤鋪、壓實等工序中發(fā)生一定的變化，嚴寒區(qū)域施工級配碎石要避開冬季低溫時間段，因此，級配碎石施工勢必會遇到雨季，由此會造成碎石的含水量超限，碾壓時，會形成彈簧現(xiàn)象，影響壓實效果[4]。所以拌制級配碎石混合料的過程中，可將含水量調(diào)整為小于最佳含水量，并對細集料覆蓋，以免淋雨導致含水量增加。

2.3.2 運輸攤鋪

（1）由級配碎石的性質(zhì)可知，它是一種具有松散特性的材料，這個特性的存在，使得級配碎石裝卸的過程中，容易出現(xiàn)離析等問題。所以要對裝料和卸料環(huán)節(jié)加以控制，確保級配碎石的質(zhì)量合格。為加快級配碎石的裝車速度，可以采用裝載機輔助作業(yè)，裝料時，為防止級配碎石離析，可分為前、中、后三次，以側(cè)向裝載的方法裝車，以免碎石形成椎體。同時，要選擇噸位較大的自卸式車輛運輸碎石。

（2）當級配碎石運至施工現(xiàn)場后，通過推土機攤鋪，自卸式汽車邊卸料、邊前移，防止碎石堆積形成椎體。料堆可呈品字形布設(shè)，這樣能夠有效避免碎石形成離析帶。松散除了容易產(chǎn)生離析問題外，碾壓密實也比較困難，特別是邊緣部位，由此會導致級配碎石的路用性能大幅度降低。對此，可通過分層的方法施工級配碎石，以2層或是3層為宜，可將結(jié)構(gòu)層的設(shè)計厚度作為分層的主要依據(jù)。

（3）本工程中，級配碎石以廠拌法生產(chǎn)，利用攤鋪機，按松鋪厚度攤鋪，局部出現(xiàn)離析后，可通過人工補料的方式處理，確保級配碎石攤鋪的均勻性。級配碎石攤鋪完畢后，要先用壓路機靜壓，以1～2遍為宜。攤鋪級配碎石的過程中，若是路面的寬度比較大，則可由兩臺攤鋪機呈梯隊作業(yè)，兩者之間的距離保持在8.0～10m左右，橫向上重疊50cm[5]，攤鋪機后跟隨作業(yè)人員，對局部問題加以處理，確保攤鋪質(zhì)量。

（4）攤鋪時，可將設(shè)備進料口的閘門開啟至最大程度，確保攤鋪室內(nèi)的集料超過螺旋葉片的高度，布料器要始終保持均勻轉(zhuǎn)動，以免級配碎石混合料離析。攤鋪機的作業(yè)速度控制在3.0m/min以內(nèi)，按試鋪段對松鋪厚度加以確定。

2.3.3 碾壓密實

（1）在對級配碎石碾壓的過程中，可以選用12t以上的鋼輪壓路機，分層碾壓時，每層的壓實厚度控制在15cm，最大不得超過20cm，否則會影響壓實效果?？砂凑账x碾壓機械的類型對每層的壓實厚度做適當調(diào)整。依據(jù)試驗段的碾壓結(jié)果確定，使級配碎石的壓實度達到規(guī)范標準的規(guī)定要求。

（2）要使級配碎石處于最佳含水量的條件下開展碾壓作業(yè)，這樣能夠提高壓實效果。級配碎石攤鋪階段水分會有所損失，攤鋪后若是長時間未碾壓，則可能因為水分蒸發(fā)而固結(jié)，導致壓實效果下降。故此，壓路機要緊跟攤鋪機，確保碾壓的及時性。碾壓前，要檢測級配碎石的含水量，若是低于最佳含水量，則可通過灑水的方法為碎石補充水分，含水量超過最佳含水量，可采用翻曬的方法處理，降低級配碎石內(nèi)的水分含量。

（3）級配碎石因本身過于松散，所以壓實難度相對較大，為使其達到規(guī)范標準要求的壓實度，必須對碾壓設(shè)備優(yōu)化組合，依據(jù)瀝青混凝土路面所具備的結(jié)構(gòu)特點，在級配碎石碾壓施工中，可選擇不同的碾壓設(shè)備組合搭配，其中最佳的組合方式為振動壓路機加輪胎壓路機。級配碎石強度與圍壓有關(guān)，當圍壓增大后，強度也會隨之增加，在提高圍壓時，要注意如下事項：有側(cè)限施工的情況下，要準備好臨時鋼模，并在圍壓較高的條件下對結(jié)構(gòu)層施工，由此能夠延長路面的耐久性；若是無側(cè)限施工，則要確保壓路機碾壓到邊緣位置，安排工人對邊緣修整[6]。

2.3.4 成型控制

（1）當級配碎石混合料經(jīng)過壓路機碾壓密實成型后，為避免影響壓實效果，要采取封閉交通的方法，限制車輛通行[7]。級配碎石剛剛碾壓后內(nèi)部的水分比較大，此時不要立即灑布透層油，而是要讓級配碎石的水分自然蒸發(fā)，當手觸碎石表面略濕時，便可施工透層油，隨后撒布石屑，在其上噴灑黏層油。鋪筑瀝青面層，以免降雨導致水體下滲，影響壓實質(zhì)量。

（2）要確保選用的石屑潔凈度達標，并在級配碎石層上均勻撒布，為加快作業(yè)速度，可以采用撒布車撒布石屑。需要注意的是，當級配碎石混合料碾壓成型后，因故無法及時噴灑透層油，要采用灑水的方法對碎石層養(yǎng)生[8]。瀝青混凝土運料車作業(yè)時，不得長時間在級配碎石層上停留，以免車輪損壞碎石層[9]。

3 結(jié)語

級配碎石歸屬于松散粒料的范疇，是由不同粒徑的碎石按照一定混合后形成，它的強度主要與顆粒間的內(nèi)摩擦力有關(guān)。內(nèi)摩擦力取決于粒料的質(zhì)量和密實度，質(zhì)量越好，內(nèi)摩擦力越大，密實度越大，內(nèi)摩擦力越大[10]?；谶@一前提，級配碎石的粗集料要形成相對比較穩(wěn)定的嵌擠結(jié)構(gòu)，而細集料則作為填充料，填入粗集料間的空隙內(nèi)，形成密實結(jié)構(gòu)。由此使得級配設(shè)計成為重點環(huán)節(jié)，級配設(shè)計得是否合理，直接關(guān)系到級配碎石的強度高低。嚴寒地區(qū)的級配碎石施工是一項復(fù)雜程度較高的工作，為確保施工質(zhì)量，要掌握相關(guān)的施工工藝，并在實際工程中加以合理運用，提高級配碎石層的整體質(zhì)量，使其作用得以全面發(fā)揮，在提高路面使用性能的基礎(chǔ)上，延長公路的使用壽命[11]。本工程所在地為嚴寒地區(qū)，級配碎石在使用中會受到反復(fù)凍融的作用，使用的時間越長，級配碎石的力學性能下降得越多。所以在級配碎石的級配設(shè)計中應(yīng)進行凍融循環(huán)試驗，以嚴寒地區(qū)的氣候特點為依托，采取適宜的試驗方法，確定級配碎石的試驗條件，分析力學性能的變化規(guī)律，為級配設(shè)計提供可靠依據(jù)。