级配碎砾石基层配合比优化设计与施工控制

摘 要 级配碎石材料由于价廉、施工方便等优点一直在公路建设中发挥着重要作用。级配碎石层有着较大的空隙结构，使其成为路面结构的重要排水途径，极大地提高了路面排水效能，降低了水对路面结构的危害；铺筑在半刚性基层与沥青面层之间的级配碎石结合级配碎砾石基层在国道315线国道215线沥青混凝土路面中的应用，介绍了级配碎砾石混合料配合比设计与优化，总结了施工工艺管理和过程控制要点，为柔性路面结构提供参考。

关键词：道路工程 级配碎砾石基层 配合比 施工控制

1.工程应用概况

目前，我国道路工程施工基本上普遍采用半刚性基层沥青砼路面。但由于半刚性基层材料脆性大、抗弯拉强度低等缺陷，造成半刚性基层沥青砼路面产生程度不等的反射裂缝，因而柔性基层受到越来越多的关注。2006年我公司在215线（察尔汗盐湖）至（格尔木）段首次应用了级配碎砾石基层，且已使用6年多，路面平整无形变，使用性能良好。针对青海油田马海叉口至涩北气田公路建设工程，是青海省冷（湖）乌（图美仁）公路的一部分，是油田公司2009年度重点工程，也是贯穿涩北天然气田和南八仙油气田的重要交通枢纽，对于盐渍土地区级配碎砾石基层使用的较多，其具有较高的抗压强度，同时对于地下水位毛细上升具有明显的抑制作用，保证路基处于干燥或中湿状态，保证路基不受盐分及水分的影响。针对我公司承包青海油田马海叉口至涩北气田公路建设工程，其地区主要以盐渍土为主，采用6cm 沥青砼面层+25cm级配碎砾石基层路面结构组合，进行了级配碎砾石基层配合比的优化和施工工艺与质量控制，保证了路面的使用性能和使用寿命。

2.级配碎砾石基层材料的选择

级配碎砾石是天然砂砾与机轧碎石组配而成的级配混合料，其强度和稳定性介于级配碎石和级配砾石之间。天然砂砾来源于公路沿线各料场，碎石利用片石开采加工，岩质为石灰岩。现以铁石关碎石厂处碎石料场和鱼卡天然砂石料场为例，其集料性质试验结果 见表1。

3.级配集料配合比设计

3.1各种集料筛分

对选定的砂砾石料场和拟掺配的不同粒级的碎石进行了筛分试验，其结果见表2。

3.2配合比设计计算

根据设计文件和工程要求，选择级配碎砂砾混合料的配合比为，65 %砂砾石∶（30-10mm） 碎石占25 %∶（0～10mm） 碎石占10 % 配计算结果见表3

3.3最大干密度和最佳含水量

采用重型击实试验，确定级配混合料的最大干密度和最佳含水量 试验结果见表4

3.4 CBR 验证

选择最佳含水量成型试件，按最不利状态进行四昼夜浸水CBR 试验。试验结果见表5。

3.5目标配合比设计结果

通过对级配碎砾石混合料的最大干密度、最佳含水量和CBR 强度试验，其各项技术指标均符合要求，可用于试验路段级配碎砾石基层的生产配合比设计。

3.6现场试铺

根椐目标配合比设计确定的掺配比例，进行集中厂拌和现场摊铺机铺筑，从检测的各项指标和成型效果来看，虽然强度较好，但嵌挤较差，级配碎砾石基层表面松散严重，有较多浮砂。不利于透层油的洒铺和结构层之间的结合。

4.级配集料配合比优化

4.1配合比调整

对级配碎砾石基层来讲，其强度和稳定性来源于集料之间的嵌挤和粘结，所以就必须增大掺配碎石颗粒的棱角性和掺配适量具有一定塑性的细集料材料要求

（1） 用于基层的碎石最大粒径应符合设计图纸和规范要求。即用于高速公路和一级公路的基层及半刚性路面的中间层时，最大粒径控制在31.5m m 以下；用于二级和二级公路以下公路基层时，最大粒径控制在37.5m m 以下。

（2） 碎石中不应有黏土块、植物等有害物质，针片状颗粒总含量不超过20% 。

（3） 级配碎石基层的颗粒组成和塑性指数符合规定图纸及规范要求，同时颗粒组成应是一条顺滑的曲线。

（4） 级配碎石颗粒组成和液限、塑性指数应满足要求。因此结合项目所在柴达木地区气候干燥的特殊性，在目标配合比的基础上，根据多年的实际经验掺配5 %的细土，来增加颗粒之间的粘结力。为增大碎石颗粒的棱角性，碎石全部采用反击式联合筛分设备进行了不同粒级加工分筛，并调整优化混合料的设计级配。经反复调整后的配合比， 70 %砂砾石∶（15～10mm） 碎石20 %∶（10～0mm） 碎石10 % 调整后集料合成级配计算混合料合成级配的性能试验配合比调整后，级配碎砾石混合料的液限ω1 =19.84 % < 28 % ， 塑限含水量ωp = 15.5 % ，塑性指数Ip=ω1 - ωp = 4. 34 < 9。采用重型击实，求得最大干密度2. 34g/cm3 ，最佳含水量3. 66 %. 按最佳含水量制备试件，浸水4 天的CBR 值为202.9 % > 200 %. 通过对调整后级配碎砾石混合料各项性能指标的试验检测比较，均优于原设计混合料级配。并进行了现场试铺，取得了较好的性能，同时经压实度、弯沉和级配检测，均符合施工规范和设计要求。

4.2集料混合级配的组成

原材料的稳定是保证级配碎砾石混合料连续稳定性的首要条件。西北地区由于碎砾石材料分布广泛，可就地取，随意性很大，当集料规格发生较大变化或料源发生较大变化时，应对生产级配重新进行调整。碎砾石拌和场地尽可能硬化，不同粒级的碎石、砂砾石以及细集料应分别堆放。级配碎砾石混合料的拌和控制级配碎砾石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。集中厂拌的碎砾石混合料其级配容易控制，拌和均匀，从而保证级配碎砾石的质量容易得到保证。为确保生产出的混合料的质量，均采用连续式稳定土拌和机，对拌的生产进行监控和实时打印，可检验拌和机的集料配比、拌和时间等，对保证混合料生产质量有着重要作用。为使混合料拌和均匀，拌缸要满足一定长度且至少要有五个进料斗，上料过程中不允许有窜料、溢料现象。级配碎砾石混合料在运输、摊铺、碾压过程中含水量有损失，为了使现场级配碎砾石混合料能够接近最佳含水量下进行碾压，在拌和过程中的加水量，应根据天气和气温情况对含水量及时调整，阴天含水量应高出最佳含水量0. 5 %～1. 0 % ，高温干燥天气含水量应高出最佳含水量1 %～3.0 %.级配碎砾石混合料的运输控制级配碎砾石混合料应采用18t 以上自卸汽车运输。装料前应将车厢清理干净，运输车辆数量要满足拌和出料与摊铺需要，并略有富余，现场等候的车辆多余5辆后方可开始摊铺 级配碎砾石混合料的摊铺控制摊铺过程中运料车在摊铺机前20～40cm 处停住， 空挡等侯，由摊铺机推动前进开始缓缓卸料，避免撞击摊铺机。根据基层的宽度、厚度，选用合适的摊铺机械，结合项目实际情况级配碎砾石混合料的碾压控制级配碎砾石基层的碾压组合可遵循稳压轻振动碾压强振动碾压钢轮或胶轮稳压的程序。根据试铺路段的经验：初压18～20t 压路机静压1 遍；复压18～20t 压路机振动碾压3 遍；终压18～20t 压路机静压2 遍。由于工程所在地区干燥风大，表层水分蒸发较快，不利于表层成型，可用洒水车适当洒水后进行终压。混合料摊铺后及时碾压，防止水分内部积聚，影响压实效果。

5.结语

从马海叉口至涩北气田公路建设工程施工情况来看，级配砂砾石与不同粒级的碎石和少量塑性的细土组合，通过混合料级配设计的优化、施工工艺管理和施工过程控制可以达到较好的施工性能和良好的骨架结构，同时弯沉和CBR 强度检测，其结构承能力满足要求。但认为级配碎砾石用于沥青混凝土路面基层时，有以下问题仍值得进一步研讨：

在级配碎砾石混合料中加大天然砂砾掺配的数量，对于强度并没有提高作用，对施工压实有明显影响。马海叉口至涩北气田公路建设工程在级配碎砾石混合料中提高天然砂砾中细土的含量，基于工程的具体环境条件是可行的。但对于其他地区，特别是在潮湿多雨的冰冻地区，应严格控制液限和塑性指数不超过规范要求范围。（1） 根据设计要求，铺筑级配碎砾石基层后的结构弯沉应从垫层顶设计弯沉145. 5 （0. 01mm） 减小到76. 8（0. 01mm） ，弯沉降低副度为68. 7 （0. 01mm） ；而实际铺筑的级配碎砾石基层，虽然能满足设计弯沉的要求，但弯沉降低副度平均在35～65 （0. 01mm） 之间，要达到设计文件要求的减小副度有一定困难。（2） 级配碎砾石基层，不会产生面层反射裂缝，从而减少了水损害，一般可直接用在较厚沥青混凝土面层下作为基层。但对于单层6cm 的沥青混凝土面层下只接用级配碎砾石作为基层，需要进一步的观察和研究。