武吉高速公路沥青碎石基层(ATB-25)设计与施工控制

[摘 要] 沥青碎石基层因其具有防止反射裂缝、提高沥青路面的高温稳定性和抗水损害能力等优点，应用良好，但ATB-25基层具有容易发生粗集料离析、渗水过大和难以压实的特点，本文结合实体工程研究，提出了合理的配合比设计、摊铺和碾压技术，有效地避免了离析，降低渗水系数，提高了压实度，保证了施工质量和进度。

[关键词] 沥青稳定碎石（ATB-25）；基层；设计；施工控制

1．引言

级配良好的ATB沥青稳定碎石可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有良好的抗车辙能力。与半刚性基层相比不易收缩开裂，同沥青混凝土面层一起构成全厚式沥青路面，从而使整个沥青路面具有修筑时间短、路面结构均匀、受水与冰的影响小、维修费用低、使用寿命长的特点。

2．沥青稳定碎石配合比设计

江西武（宁）吉（安）高速是大广线的组成部分，在全线采用8cm厚的ATB-25上基层沥青稳定碎石。良好的级配是施工控制和质量控制的前提条件。

为了得到适合武吉高速气候特征和满足良好施工性能的沥青稳定碎石混合料，采用现场的材料，按照规范要求采用三阶段的设计方式。以某一标为例。

2.1 原材料的选择

武吉高速ATB-25采用石灰岩集料。沥青为广东佛山产的高富牌50#沥青，沥青试验结果见表1。

表1 沥青试验结果

试验项目 试验值 技术要求

针入度（25℃，100g，5s） 0.1mm 53 40~60

针入度指数PI // -0.43 -1.5~+1.0

延度(10 ℃，5cm/min) cm 15.8 ≮15

延度(15℃，5cm/min) cm 94.8 ≮80

软化点 （环球法） ℃ 52.1 ≮49

动力粘度（60℃ ） Pa．s 500 ≮200

溶解度 （三氯乙烯） % 99.9 ≮99.5

闪点 （COC） ℃ 288 ≮260

密度（15℃） g/cm3 1.032 实测记录

蜡含量 （蒸馏法） % 1.6 ≯2.2

TFOT后残留物 质量变化 % -0.3 ≯±0.8

针入度比（25 ℃） % 64.2 ≮63

延度(10 ℃，5cm/min) cm 6.4 ≮4

2.2 目标配合比设计

根据项目设计文件、《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）及结合江西省气候条件：年最高温度40℃左右，年极端最低温度-20℃左右，雨水较多，属于亚热带湿润气候。决定采用嵌挤-密实的沥青碎石混合料，采用马歇尔设计法进行级配设计，级配范围见表2。

根据施工单位提供的原材料，最终确定ATB-25的三种级配A、B、C，三种级配试验混合物级配明细见表3。按初试油石比为3.9%制作马歇尔试件，测定饱和度及VMA等指标，测试结果见表4。

表2沥青碎石矿料级配通过率（%）范围

级配

类型 下列筛孔（mm）的通过率（%）

31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

ATB-25 100 90-100 60-80 48-68 42-62 32-52 20-40 15-32 10-25 8-18 5-14 3-10 2-6

表3沥青碎石合成矿料级配

级配类型 下列筛孔（mm）的通过率（%）

31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

级配A 100 90.8 68.2 60.9 52.5 42.4 32.4 17.8 12.6 9.1 6.8 5.3 4.2

级配B 100 91.7 71.2 63.6 54.9 44.5 35.4 19.8 14 9.9 7.4 5.7 4.5

级配C 100 92.6 74 66.2 57.3 46.6 36.3 20.5 14.4 10.2 7.6 5.9 4.6

表4ATB-25型沥青混合料设计级配试验结果

级 配

类 型 油石比（%） 稳定度（KN） 流值(0.1mm) 空隙率（%） VMA（%） 饱和度（%） 毛体积相对密度 实测理论相对密度

级配A 3.9 11.47 22.5 5.5 13.2 57.9 2.405 2.546

级配B 3.9 11.14 29.3 5.0 12.7 60.7 2.415 2.542

级配C 3.9 10.93 28.3 4.4 12.2 64.2 2.429 2.540

要求 / ≥7.5 15～40 3～6 ≥12.5 55～70 / /

表6为三种级配初试沥青用量试验结果，级配A和级配B均满足设计要求，根据经验选择级配B为设计级配按设计的矿料比例配料，采用五种油石比，进行马歇尔稳定度试验，试验结果见表5。

表5ATB-25型设计配合比马歇尔稳定度试验结果

级 配

类 型 油石比（%） 稳定度（KN） 流值(0.1mm) 空隙率（%） VMA（%） 饱和度（%） 毛体积相对密度 实测理论相对密度

ATB-25 2.9 11.25 21.4 7.3 12.8 43.0 2.390 2.578

3.4 11.73 24.8 6.1 12.7 52.1 2.403 2.559

3.9 11.23 31.2 4.9 12.7 61.1 2.417 2.542

4.4 10.71 34.7 3.9 12.8 69.3 2.425 2.524

4.9 10.36 36.9 3.5 13.3 74.0 2.421 2.508

要求 / ≥7.5 15～40 3～6 ≥12.5 55～70 / /

根据马歇尔稳定度试验结果，分别绘制密度、稳定度、流值、空隙率、饱和度、VMA与油石比的关系曲线，结合交通与气候特点，最终得最佳油石比为3.8%。得到VMA满足设计要求，计算得粉胶比为1.31，满足要求。

2.3 生产配合比设计

在目标配合比设计完成之后在施工现场进行了生产配合比的调试，试验采用了马歇尔方法。级配见下表6。

表6生产级配明细表

筛孔

尺寸 31.5 26.5 19 16 13．2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075

生产级配 100 93.3 69.8 63.6 55.8 45.1 32.1 18.9 14.2 9.6 6.8 5.7 4.1

目标级配 100 91.7 71.2 63.6 54.9 44.5 35.4 19.8 14.0 9.9 7.4 5.7 4.5

根据目标配合比的最佳油石比，分别用3.6%、3.9%、4.2%油石比进行马歇尔试验，测定各组试件的稳定度、流值、空隙率等指标，并确定各组对应的最大理论相对密度，试验结果见表7。

表7ATB-25生产配合比马歇尔稳定度试验结果

级 配

类 型 油石比（%） 稳定度（KN） 流值(0.1mm) 空隙率

（%） VMA（%） 饱和度（%） 毛体积相对密度 理论相对密度

ATB-25 3.6 10.93 27.6 5.85 12.8 53.7 2.407 2.558

3.9 11.07 28.6 4.96 12.7 60.4 2.417 2.544

4.2 11.27 29.3 4.49 12.8 65.0 2.421 2.535

要求 / ≥7.5 15～40 3～6 ≥12.5 55～70 / /

据马歇尔稳定度试验结果，分别绘制稳定度、流值、空隙率、VMA、饱和度与油石比的关系曲线。根据目标配合比的最佳油石比，并结合交通、气候特点论证地取用，最终得出生产配合比最佳油石比为3.9%。根据计算得粉胶比为1.23，满足要求。

2.4 验证阶段

拌和机按生产配合比结果进行试拌、铺筑试验段，并取样进行马歇尔试验，同时从路上钻取芯样观测空隙率的大小，由此确定生产用的标准配合比、摊铺的松铺系数以及碾压工艺等。对确定的标准配合比，宜再次进行车辙试验和水稳定性检验。

3．施工质量控制

在有了室内优良的级配的前提下、现场质量控制是施工中的关键环节，一定程度上说，施工质量控制的优劣决定路面质量的优劣。

3.1 施工过程控制

沥青路面施工主要包括：混合料的拌和、运输、摊铺及碾压四个环节。沥青稳定碎石也同样包括这四个环节，但是和普通沥青混合料比较而言，ATB-25沥青碎石对摊铺和碾压提出了更高的要求。

沥青稳定碎石混合料拌和：采用ALIGHT 4000型拌和楼集中厂拌，原材料质量、沥青混合料的油石比、矿料的级配达到设计要求；按现行公路沥青路面施工技术规范严格控制拌和温度，保证拌和时间；观察出仓沥青混合料色泽、拌合均匀性；拌和时间以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青胶结料为度。拌和温度一般控制在165~175℃。

沥青稳定碎石的运输：混合料采用载重量不低于30T的自卸汽车运输，运输过程必须覆盖保温，保证运输到现场温度符合规范要求，温度过高或过低的沥青混合料坚决废弃。

沥青稳定碎石的摊铺：摊铺是沥青稳定碎石基层施工的重要环节，是碾压等后续工序的基础。沥青碎石混合料采用一台陕西中大DT1600型摊铺机作业，摊铺机的摊铺速度根据拌和楼的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、摊铺宽度来确定，本段采用摊铺速度2.5m/min，摊铺温度一般控制在150~165℃。

沥青稳定碎石的碾压：沥青混合料的密实度决定其强度、稳定性和耐久性，而压实是保证密实度的重要工序。沥青稳定碎石混合料粒径和铺筑厚度较大，压实方式应与传统的混合料有所不同。

国内外的实践证明，弱振一般有利于结构层中间到表面这部分的密实，强振一般最有利于结构层中间到层底这部分的密实，沥青稳定碎石比较厚，双钢轮压路机的强振容易将碎石震碎，从而失去了骨架结构，因此初压采用先两台双钢轮压路机前进静压后退弱振共3遍，初压温度宜控制在145~160℃；胶轮复压是沥青路面压实的最重要环节，通过搓揉消除表面空隙，保证渗水系数，提高压实度，采用胶轮两台，复压6遍，从而有效的保证路面空隙率及渗水系数要求，复压温度宜控制在140℃以上，尽量在高温时段完成；终压采用双钢轮压路机静压收迹。在碾压过程中应遵循“高温、紧跟、慢压、不停压”的原则。

表8施工碾压方案

碾压阶段 压路机类型 碾压遍数 碾压速度 控制温度，℃

初压 DD130双钢轮（2台） 静压2遍 2~3km/h 145~160

复压 DD130双钢轮（2台） 强振2遍（初压设备后退时） 2~3km/h 135~155

徐工XP301胶轮（2台） 胶轮各3遍 3~4km/h

终压 DD110双钢轮（1台） 静压2遍 4km/h 90~100

影响路面压实效果的最重要因素是碾压温度，温度太低时，沥青为胶粒状，不利于压实；温度太高时，压实中沥青混合料因为推动将会出现发丝状裂缝或位移，也不易达到密实的效果，并且产生的轮迹如把握不好时机难以消除，造成路面不平整，因此碾压施工中应保证碾压温度。

对于路面的平整度，碾压阶段对平整度的影响很小。平整度主要受下承层平整度、摊铺机夯实效果以及碾压时压路机碾压速度换向速度等因素，如果较好的管理碾压设备，提高平整度的重点应放在下承层。

3.2 质量控制试验

在管理好现场的同时，进行室内和现场试验是对施工质量进行监控的重要手段，对于沥青稳定碎石基层施工，采用抽提筛分试验、马歇尔试验、控制沥青碎石的质量；检测压实度、厚度、渗水等指标控制基层施工质量。江西武吉高速公路现场压实度采用双控指标，要求按马歇尔标准密度控制的压实度不小于98%，按理论密度控制的压实度93~97%；渗水试验要求不大于150ml/min。试验结果见下表9、表10。

表8路面压实度检测结果

芯样

编号 渗水系数（ml/min） 芯样相对密度 马氏相对密度 理论相对密度 压实度，%

毛/马 毛/理

1 76.0 2.387 2.421 2.537 98.6 94.1

2 178.3 2.382 98.4 93.9

3 122.0 2.412 99.6 95.1

4 82.3 2.416 99.8 95.2

5 89.7 2.419 99.9 95.3

6 45.6 2.426 100.2 94.1

7 78.7 2.411 99.6 95.0

8 33.3 2.439 100.7 96.1

要 求 ≤150 / / / ≥98 93~97

最终测得的沥青碎石基层的压实度全部满足要求，渗水系数合格率均超过80%，表明江西武吉高速公路上基层ATB-25沥青混合料铺筑达到了预期目的。

4．结语

通过ATB-25配合比设计及严格施工控制，沥青稳定碎石柔性基层试验路的各项检测指标是合格的，通过现场检测数据看，路面整体较为均匀、密实，压实度、渗水基本满足施工指导意见要求，因此对于ATB-25基层施工，本文方法不失为一种有效方法。但其长期使用性能有待于今后的运营使用结果来评价。