简述大碎石沥青混合料柔性基层排水性能设计与施工控制

王新利，宋志强

（中铁十五局集团第二工程有限公司，河南 焦作 454150）

1 概述

目前，通常所讲的大碎石沥青混合料（LARGE STONE ASPHALT MIXES，以下简称LSM）是从级配设计角度考虑的一种新型沥青混合料，由较大粒径（25～62 mm）的单粒径集料和一定量的细集料组成。LSM作为柔性基层主要用于高速公路超重车道沥青混凝土路面的基层或者旧路改造中。

1.1 实践中被广泛认知的LSM柔性基层的优点

1.1.1 明显的抗永久变形能力

级配良好的LSM具有较好的抗车辙能力，可以抵抗较大的塑性和剪切变形，特别是对于纵坡较大、超重车路段，需要的持荷时间较长时，提高了沥青路面的高温稳定性，从而降低了运营期维护成本费用。

1.1.2 减少了沥青总用量，降低工程造价

大粒径集料的增多和矿粉用量的减少，减少了矿料的比表面积，使得在不减少沥青膜厚度的前提下，减少了沥青总用量，从而降低了建设期工程费用。

1.2 LSM 柔性基层的排水性能作为其优点之一也越来越被人们关注

开级配LSM中的水分是流通的，使得柔性基层具有排水的作用。从路面结构的整体系统来看，排水性能的优良与否是决定路面承受水损害程度的重要指标。本文从排水性能设计及施工控制为着入点，旨在引起人们对LSM柔性基层排水性能的认识和重视，并与广大同仁商榷。

2 排水设计

（1）按《公路排水设计规范》（JTJ018－97）的规定，根据沥青路面的表面水设计渗入率Ia、路面宽度，确定排水基层的有效厚度，由下式可以计算排水基层所要求的渗入量。

式中：Qi：纵向每延米路面结构表面水的渗入量，m3/（d·m）；

Ia：每平方米沥青路面的表面水设计渗入率，m3/（d·m2）；

B：单向坡度路面宽度，m。

（2）按《公路排水设计规范》（JTJ018－97）的规定：渗入水在路面结构内的最大渗流时间：冰冻地区不应超过1 h，其他地区不应超过2（重交通时）～4 h（轻交通时）。地区材料的排水性能由渗透系数确定，其渗流速度可以根据达西定律进行计算，如下式：

式中：k：材料的渗透系数，一般取0.2 cm/s；

I：水头梯度。

（3）LSM 排水基层的厚度应该视需要排泄的渗入水水量和所选透水材料的渗透系数而定，因此根据排水要求可以计算出排水基层所需要的有效厚度。

通过结构设计和排水设计可以得到LSM柔性基层的厚度，但应根据以下两点进行修正：①根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）要求，厚度的确定还需要综合考虑混合料铺筑厚度与最大碎石的关系，沥青混合料的铺筑最小厚度应为最大公称尺寸的 3倍，例如 LSM－25最大公称尺寸为26.5mm，其3倍为79.5 mm，因此其最小铺筑厚度应为9.5 cm。②通过大量数据研究表明，增加LSM排水基层厚度可以提高排水效率以及承载能力，但是太厚的排水基层容易产生较大的弯沉，且不经济。

综上，开级配LSM柔性基层适宜的铺筑厚度为8～12 cm，最好不要超过15 cm，这一厚度也满足排水设计规范的要求。

（4）为将渗入基层内部的水通过路肩排出，路肩也应具备透水功能，故可采用碎石路肩，使大碎石沥青混合料基层与碎石路肩相连，顺利排除路面结构层间水。碎石路肩采用级配碎石，级配碎石采用轧制碎石，级配要求可参考表1。

表1 碎石路肩级配要求

3 材料要求

大量的实践数据表明，只有开级配LSM级配设计空隙率保持在 13%～18%，才能使柔性基层具有良好的排水性能，这就要求LSM中粗骨料达到相互嵌挤形成足够的空间、细集料和填充料具有抗水损害能力、沥青膜的包覆厚度大于12μm等指标，使LSM原材料特性不同于一般沥青混合料。

（1）粗集料颗料要求物理性状良好。颗料的细长及扁平颗粒含量不应超过15%，集料压碎值应不大于20%，粗集料与沥青应有良好的粘结力，粗集料与沥青的粘结力为5级，以保证混合料达到水稳定性指标要求。

（2）细集料棱角性必须大于42%，砂当量值不小于65%。大碎石沥青混合料可以使用人工砂和石屑作为细集料，但不准采用天然砂。

（3）填充料宜采用干燥消石灰粉或生石灰粉，高速公路LSM柔性基层用应满足Ⅱ级以上要求，以期提高LSM的抗水损害能力。

（4）为提高LSM柔性基层的耐久性，混合料需要比较厚的沥青膜，但同时必须防止混合料的析漏，因此应当采用粘度较高的沥青胶结料。

目前国内通常采用的沥青胶结料有SBS改性沥青或MAC－70#改性沥青。SBS改性沥青技术要求见《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）；MAC－70#改性沥青应满足表2的相关要求。

4 施工过程控制

4.1 施工中常见的通病

众所周知，LSM柔性基层的排水性能与混合料的孔隙率有着直接的关系。孔隙率过小，渗水效果达不到设计要求，造成路面结构层内渗水很难排出；孔隙率过大，排水效果显著提高，但LSM柔性基层的耐久性受到影响。在实际施工中，由于沥青混合料在卸料、运输、送料、蜗轮传送、收料仓收料的过程中无法避免大碎石产生离析，而且离析的程度相当严重，这就造成了LSM的实际孔隙率大于设计的偏差。离析造成的孔隙率的过大或偏小，所带来的危害是相当多的，具体有：①粗集料过于集中使LSM的骨架嵌挤结构被破坏，造成受力性能和排水效果降低；②基层离析处的碎石易被震碎，使之改变了级配和该层路面的联结强度，影响路面的使用寿命。

离析是大碎石的固有级配特性所决定的，是造成LSM柔性基层孔隙率难以控制的主要通病，要减少离析对排水性能所产生的危害，就要在各工序施工中严格控制，避免离析的出现。

表2 MAC－70 #改性沥青的技术要求

4.2 LSM的拌和

（1）采用沥青拌合机组拌和，拌和产量不小于260 t/h，拌和过程采用全部电子自动化计量。沥青采用导热油加热，加热温度控制在 170～175 ℃范围内，集料加热温度为 180～185℃，严格控制各阶段的材料温度，绝不允许有花料或半糊料现象发生。

（2）在正式试拌之前，先拌一锅干料，取样筛分，检查混合料级配，级配无误后加沥青进行湿拌，并取样做马歇尔抽提试验，检验沥青用量；干拌时间不少于10～15 s，每盘的生产周期不小于45 s，拌和好的混合料应均匀一致，无花白料、无结团或严重的粗细料分离现象。

（3）LSM出厂温度控制在170～180 ℃之间，高于195 ℃或低于145 ℃的混合料应予以废弃；混合料出厂温度逐车检测评定。

（4）拌和机放料时，应至少分三次装料，避免形成一个锥体使粗集料滚落而堆积在锥底形成离析。

4.3 LSM的运输

（1）LSM采用15 t以上自卸车运输，通过自重减少运输中的颠簸振动，避免形成离析；同时装料前车厢底板应清洗干净，并刷一薄层油水（油∶水＝1∶3），以便容易卸料和防止污染。

（2）每辆运输车都必须配有篷布，在运输过程中用来进行保温、防雨和防尘。

4.4 LSM的摊铺

（1）LSM 的摊铺采用两台摊铺机摊铺，避免螺旋布料器过长造成布料离析现象；摊铺机成先后梯队交错排列，二者摊铺间距保持5～10 m；两幅之间应有10 cm左右宽度的搭接，摊铺机行驶速度控制在1.5～2.0 m/min。

（2）在正式开始摊铺前应保证有5辆以上的料车待铺，以保证摊铺的连续进行，避免停机待料现象的发生；摊铺机不得中途停顿，不得随意调整摊铺机的行驶速度。

（3）摊铺机料斗每次余料1/3料斗，以待与下车料同时摊铺以消除离析现象。

4.5 LSM的碾压

（1）碾压按先轻后重，采用由低向高的方法压实。

（2）压路机行驶路线应由外侧向路中心碾压。

（3）压路机碾压时，应重叠1/2轮宽，并应不小于200 mm，后轮必须超过两段的接缝处，后轮压完路面全宽时为一遍。

（4）压路机碾压段的总长度应尽量缩短，不应超过30～50 m。

5 结束语

大碎石沥青混合料作为柔性基层应用，对提高路面使用功能起到了巨大的推进作用，尽管LSM在施工中的不足造成了与设计的差距，使其排水性能还有待进一步的完善，但随着新技术和新工艺的进步，大碎石沥青混合料柔性基层也将得到进一步发展，这也与贯彻科学发展观和建设资源节约型社会的客观要求是相适应的。

1 《公路沥青路面施工技术规范》（JTJF40－2004）

2 王松根.大粒径透水性沥青混合料（LSPM）柔性基层设计与施工指南［M］.北京：人民交通出版社，2007.1