基于对比试验的级配碎石基层最佳施工工艺分析

2021-09-14■刘薇

福建交通科技 2021年5期

■刘薇

（福建省天柱建设工程有限公司，福州 350800）

我国常规公路建设对路基有较高的强度要求，同时采取薄面层设计思路，半刚性基层强度能较好满足“强基”要求，经济性也相对较好，得到了广泛应用，但在建设应用过程中也暴露了诸多缺陷，例如抗裂性能、抗冲刷能力不足等。而级配碎石基层能很好地克服半刚性基层存在的诸多缺陷，得到了业内越来越多的关注。

行业内针对级配碎石基层的研究也应运而生。龙继伟[1]通过数值模拟方案对设有级配碎石基层的公路结构进行了剖析，通过分析各层底及层中拉应力及剪应力情况，得出级配碎石最佳层厚设置范围；胡云泽[2]针对设置有级配碎石基层的公路车辙病害问题展开分析，认为级配碎石基层对路面耐久性的提升有明显作用；杨大田等[3]通过对比试验分析沥青混合料面层层底拉应力等指标，得出了最佳的级配碎石基层层厚。林绣贤等[4]针对基于连续级配设计方案的i 法展开讨论，总结出系统的设计步骤；徐云晴[5]通过级配碎石基层的骨架密实设计方案进行了配合比设计，通过CBR 性能检测等方案对其进行验证；李頔[6]则是着眼于级配碎石基层的抗剪切变形能力，控制原材料指标，对其级配设计进行对比论证，得出CBR 性能检测作为设计控制指标的思路；寇景宇等[7]将级配碎石基层与半刚性基层相对比，提出了基于骨架密实级配的级配设计方案，并对其施工关键节点控制进行了阐述；杨自全等[8]依托实体工程建设，从设计和施工多角度论证了合理级配与精细施工控制对其路用性能的提升作用；吕文江等[9]则是对比了5 种不同黏结层施工法对总体公路路用性能的影响，得出了最佳方案选择。

综上所述，针对级配碎石基层的不同节点施工控制方面已有一定的理论分析与试验研究成果，但已有研究结论往往是集中于级配碎石施工过程中的某一环节进行阐述，例如层厚、设计方法、原材料选择、黏结层方案等，涉及到其全周期关键节点的综合施工方法总结方面仍未形成完整的施工方案指导。因此，本研究依托甘肃省某实体级配碎石施工工程，在试验段设计了多项对比试验，对级配碎石施工过程中的级配设计与选择、碎石闷料时长、碾压工艺等关键指标进行对比，得出全过程优选指标，并对施工过程中的关键节点进行论述，提出最佳施工工艺指导。

1 原材料选择

集料分别选自甲、乙两家石料厂，均选取石灰岩碎石，其粒径范围为0～26.5 mm，在破碎加工时均为反击式破碎加工制得。各级集料间应严格划分界面，分别堆放，在集料仓储及转运过程杜绝集料离析现象，并做好防雨防水保护。集料的主要物理技术指标参数情况见表1。

表1 集料物理技术指标参数

2 碎石闷料时长分析

级配碎石基层的压实过程中要求在一定湿度的水环境下实现，因此在施工过程中会采取闷料的工序对级配碎石层进行处理，而其性能发挥与闷料时长有着一定的联系。

在上述集料按照惯用级配充分拌合后，拟定1～7 d 的闷料时长（以1 d 为步长），通过对比研究级配碎石层的回弹模量与干密度变化规律，在测试试验过程中跟踪补水以保证石料处于最佳含水率状态，测试结果见图1、2。

图1 干密度变化规律

图2 回弹模量变化规律

可以发现，闷料时长对级配碎石的干密度和回弹模量有着明显的影响，均表现为随着闷料时长的增长先升高后降低。当闷料时长处于3～5 d 时，级配碎石的干密度和弹性模量处于最高水平，综合考虑施工速率与成本控制，确定最佳闷料时间为4 d。

3 级配设计与分层方案分析

针对2 种集料指标的区别，分别根据曲线模型理论设计方案和最大密度曲线理论设计方案，设计出2 种级配设计，分别见图3、4。

图3 级配方案A

图4 级配方案B

试验段的级配碎石设计铺筑采用分3 层铺装的方法，从下往上各层层厚分别设置为18 cm、18 cm和20 cm，共确定了3 种分层方法，并针对每种设计方法分别进行回弹模量测试和干密度测试的对比试验，分层方法及测试结果见表2。

表2 级配碎石性能参数

可以发现，由于实际施工现场压实功相较与试验室内环境要高，因此所测不同分层方法对应的干密度均高于试验室所测的级配碎石最大干密度。其中级配B 对应的分层方法2 和级配A 对应的分层方法1 回弹模量基本一致，但分层方法2 对应的干密度更大。相较于同一级配设计方案选择的分层方法1 和分层方法2，有着复合级配组合的分层方法3有着更明显的优势，其回弹模量明显高于方法1 和方法2，且能够减少细料部分用量，在实际施工中有着更高的应用价值。

4 碾压工艺分析

在级配碎石基层分层施工的过程中，碾压工艺直接决定了级配碎石层的压实度，影响其密度和性能发挥，因此需要通过对比试验确定最佳碾压方法。在碾压工艺对比试验设计时，采取相对简单的双层铺筑设计，选择了工程状况较为接近的相邻路段进行对比。二者均采取上文所述的上、中、下3 层分层碾压，碾压工艺方案如表3 所示。碾压后对各层干密度进行检测，结果见表4。

表3 碾压工艺方案

表4 干密度检测结果

从表4 可以发现，以级配碎石干密度为表征指标，碾压方案1 和碾压方案2 对各层的碾压效果差别较小，从机械类别选择来说，碾压方案1 的机械种类较少，有着较好的经济性，因此确定碾压方案1为本项施工标准方案。

5 施工关键节点

除了上述多项对比试验确定的部分优选施工指标与方案外，施工过程的全程把控也有着重要作用，其全过程施工流程如图5 所示。

图5 全过程施工流程

5.1 搅拌及转运控制

采取集中厂拌方案，能更好地控制各级集料的拌合均匀性，保证施工平整性，提高施工效率。为防止不同级料仓串料，需在料仓上端设立至少1 m 的隔离木板。车辆转运过程中应在集料上覆盖篷布以减少水分蒸发，驾驶员应避免急加速和急刹车。装料过程中应均匀卸料，避免产生较大振动，以防出现各级集料的离析问题。此外，在转运、拌合、装料等多个环节中，按时进行抽样检测，确保集料含水率满足施工要求。

5.2 摊铺控制

该工程的基层摊铺采用全幅摊铺方案，选用的机械为ABG-423，如图6 所示。在摊铺过程中，为准确控制高程及摊铺厚度，在机械侧边设置了2 条水平钢丝。松铺系数为1.24，摊铺行进速度设置1.2～1.6 m/min，以保证摊铺速度和拌合速度整体契合，保证施工效率的同时避免停机待料引起的横向“停机带”，进而引起平整度不佳。

图6 级配碎石摊铺

对于可能出现的小范围离析现象，应安排专人进行处理，对于粗集料团带，应人工加入适量细集料并搅拌均匀抹平；同样，对于细集料团带，则加入适量粗集料并搅拌均匀抹平。

5.3 碾压控制

碾压过程是使松散级配碎石形成嵌挤强度的关键性步骤，要严格控制压实程度，尤其是级配碎石层的竖向碾压均匀性，决定了其整体抗剪切能力。碾压过程中需要对级配碎石的含水率进行准确跟踪。在摊铺完成后即刻进行碾压，防止出现级配碎石水分蒸发，含水率下降。如发现含水率过低问题，应以喷雾洒水机进行补水，补水后的含水率应以略高于标准含水率为宜，在摊铺上面层前应严禁无关车辆行驶。