河百高速同步碎石封层技术参数确定及施工技术优化

张 龙 （中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖 241000）

关键字：封层；碎石粒径；碎石用量；有效厚度；工艺

1 设计文件中主要存在的问题分析

设计原文为“河百高速公路路面设中要求封层采用1cm同步碎石封层，使用A级70号道路石油沥青，沥青用量为1.5kg/m2；采用粒径为4.75～9.5mm的碎石，压碎值不大于22%，碎石用量为7～9m3/1000m2”。根据设计文件七《施工方案及注意事项》和《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40），结合广西大学梁军林教授的咨询意见我们将设计文件中主要存在的问题归纳如下：

①按照4.75～9.5mm碎石用量为7～9m3/1000m2的要求，将会形成至少2层的碎石堆积，且对于1.5kg/m2的沥青用量只能形成厚度1.5mm的沥青膜，沥青膜不能完全包裹碎石，会存在抗剪强度和抗疲劳性能极差的夹层，不仅不会起到封层的作用，还会大大降低道路的使用寿命；

②根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40），设计厚度1cm，沥青用量1.5kg/m2，4.75～9.5mm碎石用量为7～9m3/1000m2的封层宜采用层铺法施工，采用单层层铺法施工，密度为1300～1650kg/m3的碎石和1.5kg/m2的沥青用量，碾压后形成的沥青处治封层剩余空隙率为0.35～0.30，不满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40）第6.4.2封层完全不透水的技术要求；

③设计文件要求的坚固性质量损失不大于12%，吸水率不大于2%，相对密度不低于2.60，为低品质碎石的技术指标；而压碎值不大于22%，远远超过《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40）表面层不大于26%，其它层次不大于28%的技术要求，只有极少数火成岩碎石可以满足要求，设计文件要求4.75～9.5mm碎石的压碎值，并没有相应的评价方法，压碎值试验采用9.5～13.2mm的碎石进行评价，不同粒径的碎石并不具有相同的压碎值，小碎石的压碎值会明显大于大碎石的压碎值，这并不是材料强度不足，而是定义了通过2.36mm筛孔为压碎，小碎石的粒径离2.36mm更近些，不需要压碎大集料，相同压力或作用功时压碎值会增大。

2 问题解决方案

2.1 初步方案

本项目结合路用材料的实际条件，和已有的技术标准从封层的定义和功用出发，在广西大学梁军林教授指导下，我们总结出以下几点同步封层应当具备的技术指标。

①同步封层的厚度采用《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中规定的大于6mm的技术要求。

②沥青洒布量采用设计规定值不小于1.5kg/m2。

③同步封层用碎石采用满足沥青下面层的技术指标的石灰岩碎石。

2.2 方案细化

根据封层有效厚度需要大于6mm，沥青撒布量为1.5kg/m2，以及技术规范中要求完全不透水我们可以对碎石撒布量进行以下计算。

碎石有效厚度应按以下公式1计算：

其中D为封层的总厚度，为6mm；Dp为沥青有效厚度，计算值为沥青单位面积质量与沥青表观密度的比值，沥青密度为0.96kg/m3～1.04kg/m3之间，为方便计算取1.0kg/m3则DG为4.5mm。

由于在同步封层碎石施工中，碎石不产生堆叠时其经胶轮碾压后的状态应介于堆积密实状态和绝对密实状态之间，其中堆积密实状态单位体积质量可以用堆积密度表征，绝对密实状态的单位体积质量可以用毛体积密度表征，经过对本项目使用的石灰岩碎石4.75mm～9.5mm及9.5mm～13.2mm的捣实密度分别为1.55kg/m3和 1.54kg/m3，毛体积密度均为 2.68kg/m3，这样碎石撒布量就可以按以下公式2计算上下限值：

其中ρ为碎石的密度，分别取堆积实密度和毛体积密度代入，即得出碎石撒布量的边界值，经计算，上限值为12kg/m2，下限值为7kg/m2。

根据计算结果，我们开展了相关试验，确定碎石应采用的规格。

其简要试验过程：采用手工平铺的方法将预设单位面积质量的碎石平铺于已标记尺寸的地面上，实行盲样，评价碎石满铺情况和堆叠情况，满铺率可用肉眼观察估计。

以下是试验结果整理。

编号 碎石类别 单位面积碎石质量（kg/㎡） 评价1 1# 8 满铺率约为90%，局部存在堆叠情况2 1# 10 满铺率为100%，存在堆叠情况3 2# 8 满铺率约为75%，无堆叠4 2# 10 满铺率约为85%，无堆叠5 2# 12 满铺率约为95%，偶见堆叠

表中1#碎石公称粒径为4.75mm～9.5mm，2#碎石公称粒径为9.5mm～13.2mm；通过试验结果分析可知，单位面积碎石质量和碎石的公称粒径大小正相关，碎石发生堆叠的概率和碎石的公称粒径大小程负相关。

根据试验结果，我们取2#料即公称粒径为9.5mm～13.2mm的碎石作为封层用碎石撒布料，以便于更好满足规范要求。

3 下封层施工

透层油完全破乳后，即可进行沥青同步碎石洒布。同步碎石采用智能沥青同步碎石撒布车进行洒布。沥青采用70#道路石油沥青，沥青用量按照1.5kg/m2设定，碎石撒布量按照10kg/m2设定，撒布前，对同步碎石撒布车管道及沥青进行加热至140℃以上，并确保管道通畅；碎石材料采用其洁净、无杂质、无潮湿的9.5mm～13.2mm的石灰岩碎石，同时要检查碎石滑槽的畅通状况和开关的紧固程度，确保施工时滑槽及开关状态不发生变化，出现撒布不均匀的现象。

撒布正式开始前，应当开展试撒布，试撒布段落不少于100m，试撒布过程中，采用已经标定质量m0的方形大不锈钢浅盘置于撒布带上，记录撒布车辆的沥青撒布参数和碎石撒布开关参数，待撒布车按照预定车速开过后立即取走浅盘，并称量，其结果记为m，将浅盘在试验室中加热，小心收集浅盘中样品，注意不使碎石遗失，将样品置于三氯乙烯中洗净并烘干，称量烘干碎石质量为m2，则m2即为碎石撒布量，沥青撒布量m3按照以下公式3计算：

根据试验结果调整撒布参数，直至满足要求，即可完成试撒布工作。

正式撒布时要注意撒布车尾部有人跟踪，确保不出现花白、漏洒等现象，撒布过程中胶轮压路机在确保行车安全的条件下尽量紧跟撒布车进行碾压，确保碎石和沥青的有效粘接。

4 下封层施工工艺优化

在实际施工过程中我们发现，无论经过怎样的精细化管理，在下封层施工过程中仍然会出现碎石和沥青粘接不够牢固的情况，为解决这一问题，本项目开展了下封层施工工艺的优化工作。

其具体原因分析和优化调整方案以及效果评价如下表所示。

序号 可能原因 优化调整方案 效果评价1 碎石洁净程度不够 碎石经过水洗工艺有一定效果，但是碎石经水洗后难于干燥，出现粘接效果反而下降的情况2 沥青降温较快提高沥青加热温度 受沥青加热温度上限影响，效果不明显减少压路机和撒布车安全距离施工进度缓慢，易发安全事故3沥青和碎石的温度梯度过大提升碎石温度，将碎石过沥青热料仓后，趁热施工效果显著，达到预期目标

经过实践表明，提高同步封层施工质量，保证碎石和沥青的有效性粘接，采用提升碎石温度，将碎石过沥青热料仓后，趁热施工的方法是最直接有效的，其实质就是降低沥青与碎石的温度梯度，其中为了保证沥青具备一定的流变性条件，碎石的加热温度需要保证压路机在碾压时不低于100℃是比较合适的。以下是本项目同步封层施工方案优化后的成活效果。

5 结语

中交二航局在广西河百高速公路路面标的建设过程中，在广西大学梁军林教授技术指导下，采用了许多基于科学性和严谨性的施工细节的优化方案，本文就是本项目沥青路面封层施工中，在设计存在偏差、规范无明确要求的条件下，从最基本的定义出发，开展的沥青同步碎石封层相关参数确定和施工技术优化的介绍。通过文中实例，对类似工程具备一定借鉴作用。