级配碎石在路面基层中的应用

级配碎石在路面基层中的应用实践邱慧马波（江苏省铜山县公路管理站，江苏铜山221009）摘要：级配碎石利用其嵌挤作用,具有相当好的承载能力,有一定的排水功能。原材料质量、最佳混合料级配、混合料均匀摊铺和碾压密实是级配碎石基层控制的关键。本文结合在G104观音机场至睢宁段路面底基层中的应用实例，介绍级配碎石底基层的材料和配合比设计，以及拌和、运输、摊铺、碾压等前后台控制等施工工艺,通过理论和实践分析，为在今后的工程应用中提供一些参考经验。关键词：级配碎石底基层施工1、概述。级配碎石在级配良好并得到充分压实的情况下,利用其嵌挤作用,具有相当好的承载能力,有一定的排水功能,作为路面的基层、底基层级配碎石，由于是松散粒料结构,不传递拉应力、柱应变,在很大程度上能够防止和减少裂缝的产生。级配碎石用做路面的不同层次或用于路面中的不同位置，取决于材料本身的特性、材料的质量、气候条件、交通组成和交通量。104国道观音机场至睢宁段，路线长36.317公里，老路为双向四车道混凝土路面，现有技术等级为一级，由于近年来路面破坏严重，道路通过能力逐渐降低，原有非机动车道路面低于行车道0.4～1.1米左右，本次改造非机动车道底基层采用级配碎石施工后与机动车道老路混凝土板齐平，再整体施工水稳基层和面层，成为双向六车道沥青混凝土路面。所谓级配碎石即粗细碎石及石屑按一定的比例混合,使其颗粒组成符合最大密实级配要求。级配碎石基层的施工：一是保证原材料质量，二是保证混合料级配最佳，三是保证混合料均匀摊铺和碾压密实。2、原材料的选择.2.1碎石是原材料中最重要的材料，规范规定碎石压碎值不大于30%，混合料粒中细长、扁平颗粒含量不超过20%，不含粘土块杂物及其它有害物质。级配组成最大粒经不超过37.5mm，级配碎石塑性指数应小于9，液限应小于28%。本项目采用铜山吕梁采石厂生产的各粒径石灰岩碎石。因为石灰岩中粗集料具有一定的韧性,细集料具有一定的塑性,施工的和易性和保水性较其他岩质的石料好,易于碾压成型,不易离析。同时,石灰岩粉末类同于石灰粉,与水反应后可以形成强度,利于路面结构的长期使用。2..2不同粒级的碎石和石屑等细集料应隔离，分别堆放。对细集料来讲，要严格控制含泥量，应有覆盖，防止雨淋。2.3碎石压碎值、针片状含量测定值。集料对级配碎石基层来讲，其强度来源于颗粒间的嵌挤，所以碎石的压碎值、针片状含量及粗集料的棱角至关重要，以下是几组现场粗集料检测结果。压碎值测定值表2-1试样编号试样总质量m0(g)通过2.36mm筛细料质量m1(g)压碎值测值Qa'(%)压碎值测定值Qa'(%)1275643515.816.2275646516.9275644316.12281548917.416.7281546716.6281545216.1游标卡尺法测针、片状颗粒含量(9.5-31.5mm)表2-2试样编号试样总质量m0(g)针、片状颗粒总质量m1(g)针、片状颗粒含量测值Qe(%)针、片状颗粒含量测定值Qe(%)144254059.29.155214989.0244804259.59.643004219.8游标卡尺法测针、片状颗粒含量(4.75-9.5mm)表2-3试样编号试样总质量m0(g)针、片状颗粒总质量m1(g)针、片状颗粒含量测值Qe(%)针、片状颗粒含量测定值Qe(%)121852129.79.824272399.8219531829.39.221041929.12.4水：人或牲畜饮用的水源均可使用，本工程用水采用自来水。经检验以上原材料各种检测数据参数均满足级配碎石施工及有关规范要求。3、混合料的级配控制根据单集料筛分情况，通过计算机进行自动计算合成，室内试验级配碎石垫层的配合比(9.5-31.5mm)碎石：(4.75-9.5mm)碎石：(2.36-4.75mm)碎石：（0-2.36mm）碎石＝17:32:19:32。级配碎石合成级配试验记录表3-1材料名称孔径（mm)37.531.5199.54.752.360.60.075通过百分率（%）原材料级配10～20～30100.0100.045.33.61.00.80.70.40.010～15100.0100.0100.048.06.02.21.40.73～8100.0100.0100.099.230.37.72.51.0石屑100.0100.0100.0100.098.478.237.09.9各种材料在混合料中级配10～20～3017%17.017.07.70.60.20.10.10.110～1532%32.032.032.015.41.90.70.40.23～819%19.019.019.018.85.81.50.50.2石屑32%32.032.032.032.031.525.011.83.2合成级配100.0100.090.766.839.327.312.93.7规范推荐合成级配10010085-10052-7429-5417-378-200-7图3-1各种原材料级配曲线图3-2合成级配曲线石屑通过3～8率10～1510～20～300.0750.62.364.759.51931.537.5孔径(mm)孔径(mm)生产过程中经筛分试验发现混合料偏细，经调整碎石垫层的配合比为（1-2-3）碎石：（1-1.5）碎石：（0.3-0.8）碎石：（0-2.36mm）碎石=19：32：19：30，筛分曲线符合规范2号级配要求。4、最大干密度和佳含水量确定重型击实试验法，原材料全部为烘干后试样。击实试验共做二组，每组试样５件，混合料配制含水量分别为2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%，两次检测数值分别如下：2.132.152.172.192.212.232.252.272.2912345678①最大干密度：2.263g/cm3，最佳含水量：4.0%②最大干密度：2.277g/cm3，最佳含水量：4.2%。两次试验最大干密度及最佳含水量的数值偏差均在规范允许范围内，故取最大干密度为2.27g/cm3，最佳含水量为4.1%。5、松铺系数的确定通过对试验段9个断面18个点位松铺厚度、压实厚度的测量及计算，松铺系数平均值为1.315（见“松铺系数测定表”）。标准偏差：S=0.024，Psmin=1.315-0.024*3=1.243，Psmax=1.315+0.024*3=1.387根据计算数据得出实测计算出的松铺系数离散较小满足要求。保留两位小数：1.32。考虑测量时外侧边缘出现塌边情况，经综合考虑，在规模施工中松铺系数采用1.30。通过率0.0750.62.364.759.51931.537.52.132.152.172.192.212.232.252.272.2912345678松铺系数测定表表5-1测点桩号侧别原地面高程（m）摊铺后高程（m）压实后高程（m）松铺系数平均系数K825+320距中1229.29629.47429.4331.2981.315距中16.2529.19729.42929.3731.321K825+340距中1229.28229.46329.4201.314距中16.2529.17929.42229.3611.334K825+360距中1229.23629.45929.4071.305距中16.2529.10229.38529.3211.291K825+380距中1229.25629.46629.4161.311距中16.2529.13529.42229.3581.286K825+400距中1229.29929.47329.4291.342距中16.2529.17729.41429.3501.368K825+420距中1229.30329.44729.4131.307距中16.2529.16229.46429.3951.295K825+440距中1229.23129.50229.4341.333距中16.2529.14929.42629.3541.352K825+460距中1229.25729.52229.4621.295距中16.2529.15529.40529.3441.324K825+480距中1229.22329.44329.3911.307距中16.2529.13229.39929.3401.2836、拌和级配碎石施工采用混合料集中拌和（厂拌），为保证拌合质量采用600型稳定碎石拌合机，拌和有三个主控项目：级配准确、含水量合理和拌和的均匀性。6.1试拌。试拌的主要目的是调整生产配合比。配合比的调整是在干拌的状态下进行的，根据生产配合比的计算结果，以使用最多的那档集料为基准，即以此档料的生产率最大，单独调整其他各档料的生产率，使各档料的生产率与生产配合比相同，然后同时开动各档料仓，使各档料混合，取样筛分，检查级配是否符合要求，否则需重新调节。6.2拌和含水量的调整。级配碎石在运输、摊铺、碾压过程中含水量会有损失，为了使现场级配碎石能够在接近最佳含水量下进行碾压，在拌和过程中的加水量宜高于最佳含水量。根据下承层的类型、天气情况和气温高低，对应摊铺形式以及拌和含水量做适当调整，潮湿天气采用摊铺机时摊铺含水量宜高出１％，气温在20oC以上，天气干燥采用摊铺机摊铺时可高出２％。局部采用平地机摊铺时拌和含水量宜控制得比摊铺机摊铺时再高出１％左右。6.3拌和的均匀性控制。拌和的均匀性主要是通过延长拌和时间来取得，以出料不至于出现明显的离析为准，拌和时间一般不少于70s。拌和的均匀性问题可以调整生产率来解决。7、运输运输过程中的装、卸环节会对集料的离析情况及含水量产生影响。装料时集料在车厢内产生第一次离析，形成离析界面，卸料时由于自卸车的后倾和集料的二次堆积，形成第二次离析。拌和机出料采取配带活动漏斗的料仓出料直接装车运输时，车辆前后移动，按前、后、中卸料方式三次装料，自卸车每车装料数量大致相等,不得装料太满外溢。车辆装料结束后，由放料人员签发“发料单”。运输车辆数目可根据运输距离的远近进行适当增减，保证摊铺机前有2台料车等待卸料。气温较高时每车准备用于覆盖混合料的帆布或彩条布，保证能够覆盖整车混合料，不使混合料曝晒，防止水分散发。卸料时应快速，以减小第一次离析界面的滑动造成的第二次离析。8、摊铺为减少在摊铺时的离析现象，用摊铺机摊铺作业。摊铺机摊铺质量高、平整度好，布料器的二次拌和离析小，水分散失小，根据平均产量，结合试验段的铺筑用料情况，在施工过程中，摊铺厚度控制18cm，摊铺速度以1.5～2.0m/min、采用5级振级控制为宜，机后安排2名有施工经验的人员，要注意螺旋输送器中的存料高度，在摊铺过程中始终保持摊铺机料仓中混合料不全部输完，减少侧板合起次数，保持检查摊铺的均匀性，对机后局部蜂窝现象进行处理。严格按定好的摊铺速度匀速连续摊铺，严禁时快时慢，保证摊铺平整度，同时摊铺机的标高控制传感器任何人不得随意调动，以保证平稳施工，保证标高及平整度。9、碾压9.1级配碎石的碾压关键在于嵌挤结构的形成，同时压碎率较小，压实度满足要求。对于级配碎石层应根据其层位、厚度和级配类型采用不同的碾压组合，碾压时应以振动压路机和重型轮胎压路机为主，钢轮静碾为辅，三种压路机作业的方式。通过几种形式的机械碾压顺序组合取得的现场压实度检测结果看，方案一：振动压路机（XSM220型）前静后弱振1遍，前强振后强振1遍，三轮压路机碾压2遍，最后胶轮压路机（XP260型）光面2遍；方案二：振动压路机（XSM220型）前静后弱振1遍，前强振后强振1遍，三轮压路机碾压3遍，最后胶轮压路机（XP260型）光面2遍。两种方案压实度对照表：表9-1方案一98.296.897.798.5合格方案二99.3100.099.199.8合格通过对照压实效果方案二比方案一更为理想。因此，在规模施工中采用此种碾压方案二完全能够满足规定要求。9.2对于碾压过程中出现的压路机粘轮现象，设专人跟踪用扫帚清理，在一定程度上可减少由于粘轮而引起的麻面现象，从而改善基层的外观质量。9.3碾压时，后轮必须超过两段的接缝处，土路肩与摊铺面同