矿粉在级配碎石混合料垫层中的应用技术研究

袁先军

（四川公路桥梁建设股份有限公司四川双流610200）

矿粉在级配碎石混合料垫层中的应用技术研究

袁先军

（四川公路桥梁建设股份有限公司四川双流610200）

级配碎石垫层是处于公路路基与半刚性基层之间的一种无粘结性能的柔性结构层，该结构层具有良好的隔温性、隔水性和排水性，可有效扩散应力，并保护土路基不受水与冰冻等不利自然条件的侵蚀。目前，四川地区级配碎石垫层多采用卵石轧制而成的粗集料和细集料进行铺筑，而施工中发现卵碎石级配混合料垫层不易碾压，细集料填隙不好，致密性欠佳，整体强度较差。结合四川地区路面垫层施工过程中的成功经验和不足之处，本文通过成都第二绕城高速公路垫层施工中采用相同施工工艺和集料级配，且路基压实度和回弹弯沉一致的条件下，对掺加适量矿粉的卵碎石级配碎石垫层的稳定性和路用性能等进行技术研究。

成都第二绕城高速公路；垫层；施工

1　工程概况

成都第二绕城高速公路西段项目LM1合同段起于K93+ 048.426，止于K134+313.772，路线全长41.268km。路面基层结构类型为：15cm级配碎石垫层+18cm水稳底基层+36cm水稳基层。根据设计文件要求，其路面垫层、水稳（底）基层等施工用碎石均采用沿线河坝卵石轧制，而施工中发现卵碎石级配混合料垫层不易碾压，细集料填隙不好，致密性欠佳，整体强度较差。为此，通过优化级配和掺加适量矿粉对卵碎石级配碎石垫层进行了级配改良，并增强级配碎石颗粒间嵌锁效果来提高其整体强度和稳定性。

2　级配碎石混合料主要特点

根据混合料不同粗细集料比例，可将其划分为骨架空隙结构、骨架密实结构和悬浮密实结构3种结构类型。骨架密实结构密实度较大、内摩阻力较大、抗剪强度较强，施工时易于压实成型，故其是一种较为理想的结构类型。骨架密实结构中粗集料数量较多，可以形成空间骨架结构，粗集料骨架空隙又能刚好被细集料填充密实，形成较大的密实度和较小的残余空隙率。该种骨架一密实结构密实度较大，抗剪强度较强，施工时易于压实成型，是一种较为理想的结构类型。

3　级配碎石掺矿粉配合比设计

3.1集料级配组成

原材料选定后，根据不同规格集料通过率，先绘出级配碎石级配曲线，然后确定不同规格集料的比例，使其形成骨架密实结构。根据级配碎石的级配曲线最终确定了级配碎石不同规格集料的比例为：0～4.75mm：4.75～9.5mm：9.5～19mm：19～31.5mm= 26%：12%：22%：40%，外掺5%矿粉。关键筛孔4.75mm通过率宜在28～31%之间。

3.2最佳含水量和最大干密度的确定

试验采用振动压实法进行最佳含水量和最大干密度测定。

根据振动成型击实试验可以得到：未掺加矿粉的级配碎石最佳含水量为4.18%，最大干密度为2.344g/cm3；掺加适量矿粉的级配碎石最佳含水量为4.03%，最大干密度为2.345g/cm3。

3.3混合料CBR试验研究

掺加适量矿粉的级配碎石混合料CBR平均值为50%；未掺加矿粉的级配碎石混合料CBR平均值为43%，并且均大于设计指标40%。

4　级配碎石垫层施工工艺及技术要求

4.1一般要求

（1）清扫作业面表面，保证施工作业面平整度满足相关规范规定要求，表面无浮尘、积水、无弹簧现象、松散颗粒等，并将作业面表面洒水湿润。

（2）开始摊铺的前一天要进行测量放样，按摊铺机宽度与传感器间距，一般在直线上间隔为10m，在平曲线上为5m，做出标记，并打好厚度控制线支架，根据松铺系数算出松铺厚度，决定控制线高度，挂好控制线。用于摊铺机摊铺厚度控制线钢丝的拉力应不小于800N。

4.2施工准备

4.2.1材料的准备

集料按19～31.5mm，9.5～19mm，4.75～9.5mm，0～4.75mm四种规格备料，矿粉由合格材料供应商提供。堆料场地和拌和场内的道路要硬化处理，以防止泥土的混入。采用未筛分碎石时其级配应满足规定要求。

4.2.2机械设备的准备

垫层施工的主要机械设备：摊铺机2台，13t双钢轮压路机1台，20t单钢轮压路机2台，胶轮压路机1台，吨运输车辆等。

4.2.3铺筑前路段的准备

（1）对下承层压实度、平整度、标高和弯沉值等指标进行检验。凡不符合设计和规范要求的路段，必须根据实际情况，采用相关措施处理解决，使其达到规范规定的标准后方可铺筑级配碎石层。

（2）用15t以上的压路机进行复压，在碾压过程中，如发现土过干或者表面松散时应适当洒水，如土过湿，应根据实际情况进行挖开晾晒、换土、掺石灰的方式进行处理。验收不合格禁止进入下道工序。

4.3拌和

本项目用500t/h拌和机集中场拌。在正式拌制混合料之前，必须先调试所用设备到正常工作状态且计量准确，使混合料的颗粒组成和含水率达到规定要求。原材料的颗粒组成发生变化时，应重新调试设备。

拌和时，拌和的时间和用料称量应准确，用水量应视运输的远近和天气情况，适当调整加水量，混合料含水量宜略大于最佳含水量，以保证混合料在压实前达到最佳含水量。总之，混合料的含水量以碾压时不出现“弹簧”现象为佳。

试验人员应重点进行级配碎石混合料的级配组成及含水量的检测。

拌和完成的标志是：混合料色泽一致，粗细集料混合均匀，且无夹心、结团、集料离析现象。

4.4运输

级配碎石混合料采用15t以上自卸车运输，装料前需清洗车辆车厢并晾干，保证车厢内清洁干燥。装料时按前、后、中的顺序移动装料，以避免或减少混合料离析，不得装料过满，以免造成集料外溢。运输过程中车辆应覆盖篷布，以防止水分蒸发流失。

4.5摊铺

采用摊铺机进行摊铺碎石垫层。如下承重层是稳定细粒土，应先将下承重层拉毛，再进行摊铺。

拌和机与摊铺机的生产能力应互相匹配。如拌和机的生产能力较小，用摊铺机摊铺时应采用低速，减少停机待料的情况。

4.6碾压

级配碎石垫层摊铺、修整后，应立即用16t以上（18～20t）压路机跟在摊铺机后进行全路幅碾压，1次碾压长度控制在50～80m内。碾压段落层次分明，且须设置明显的分界标志。压实按静压→弱振→强振→收压等4道工序进行，初压可用双钢轮压路机静压1～2遍，碾压速度以1.5～1.7km/h为宜；复压采用单钢轮压路机振动碾压4～6遍，碾压速度以1.8～2.2km/h为宜；终压采用胶轮压路机碾压1～2遍，以消除轮迹，提高密度，碾压速度以1.5～1.7km/h为宜。

碾压过程中，严禁压路机驱动轮在已完成或正在碾压的路段上调头或急刹车，以保证已完成路段表面不受破坏；级配碎石层表面应保持湿润，当水分蒸发较快时，应及时补洒少量雾状水，严禁洒大水或冲水碾压；如级配碎石摊铺层表面出现弹簧、松散、起皮等现象，应及时挖开晾晒或用符合要求的混合料进行换填处理，以保证施工质量。

4.7养生与交通管制

级配碎石垫层碾压完成并经压实度检测合格后，应立即开始养生。养生以保持垫层表面湿润为原则。养生期间，应封闭交通；不能封闭交通时，应限制重载车辆通行，车速不超过30km/h，且不得转弯、调头及急刹车。

5　级配碎石垫层性能研究

5.1施工稳定性

工程应用表明：掺加矿粉能够有效改善卵碎石级配碎石的工作性能，利于填充碎石颗粒间的孔隙，促使集料较好地嵌挤，并达到较高的密实度，从而提高混合料摊铺后的压实度，且避免其在摊铺过程中出现离析现象。碾压过程中，掺加适量矿粉的卵碎石级配碎石垫层较未掺加矿粉的卵碎石级配碎石垫层更能减小碾压产生的混合料推移，且无明显轮迹，从而有利于提高级配碎石垫层的压实质量。摻加适量矿粉的卵碎石级配碎石垫层碾压后表面状况见图1。

图1　掺加适量矿粉和未掺加矿粉的卵碎石级配碎石垫层摊铺后表面状况

5.2结构稳定性

弯沉值是道路设计中的重要指标，垫层顶面回弹弯沉值的大小直接体现级配碎石垫层的承载能力和强度，其与垫层级配及下承层路床结构强度和承载能力有关，同时也反映出材料的结构稳定性。在路基回弹弯沉和级配碎石层压实度基本相同的情况下，对摻加适量矿粉和未掺加矿粉的卵碎石级配碎石垫层试验段进行弯沉试验，分析摻加适量矿粉和未掺加矿粉的卵碎石级配碎石层的承载能力的大小。

表1　弯沉测试结果和回弹模量计算汇总

从表1可以看出，掺加适量矿粉后，卵碎石级配碎石层回弹模量提高了13%，其强度及其结构稳定性明显优于未掺加矿粉的卵碎石级配碎石层。

6　结语

（1）通过成都第二绕城高速公路西段项目LM1合同段相关设计文件要求的基础上结合四川地区的特点进一步完善、优化了路面垫层材料配合比的设计方法。

（2）在掺加适量矿粉的级配碎石和未掺加矿粉的级配碎石级配相同时，掺加适量矿粉的级配碎石混合料膨胀率和吸水率均小于未掺加矿粉的级配碎石混合料膨胀量和吸水率；掺加适量矿粉的级配碎石混合料CBR平均值大于未掺加矿粉的级配碎石混合料CBR平均值；说明了掺加适量矿粉的级配碎石混合料的整体板结性能和强度优于未掺加矿粉的级配碎石混合料的整体板结性能和强度。

（3）在施工工艺和集料级配相同，且路基压实度和回弹弯沉一致的条件下，掺加适量矿粉的卵碎石级配碎石垫层的整体嵌固和致密性较未掺加矿粉的卵碎石级配碎石垫层的要好，强度更高，轮迹更浅，弯沉值更小，整体稳定性更好。

（4）掺加适量矿粉的卵碎石级配碎石垫层较未掺加矿粉的卵碎石级配碎石垫层的路用性能更好，更能使高速公路路面具有坚实、稳定的基础，可以更有效地防止或缓解路面因路基反射裂缝和路基渗水导致的路面破坏，从而提高公路的使用寿命。

[1]《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）.

[2]《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51-2009）.

[3]《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）.

U416.214

A

1673-0038（2015）14-0217-02

2014-3-23

袁先军（1979-），男，工程师，本科。