基于贝雷参数法的级配碎石施工效果评价

冉隆举，禤炜安

(1.贵州高速公路集团有限公司，贵州 贵阳　550003；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁　530007；3.广西交通科学研究院，广西 南宁　530007)



基于贝雷参数法的级配碎石施工效果评价

冉隆举1，禤炜安2，3

(1.贵州高速公路集团有限公司，贵州 贵阳550003；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁530007；3.广西交通科学研究院，广西 南宁530007)

为研究不同粗细级配的级配碎石混合料的施工质量差异，设计4种级配碎石混合料并计算各级配的贝雷参数，分析贝雷参数与现场铺筑效果的关系。结果表明：贝雷参数CA值越小，施工级配波动性越大，离析现象越严重，指标稳定性越差；级配碎石混合料的CA值应控制在0.47以上，兼顾混合料的骨架结构，4.75 mm筛孔通过率宜控制在35%左右，能够较好地保证级配碎石的整体质量与性能长期稳健。

；道路工程；级配碎石；贝雷参数；级配波动；离析

级配碎石是一种柔性路面结构层，可用于路面结构的基层、底基层或垫层。级配碎石常常用于底基层，为满足承载力以及荷载扩散能力需求，级配碎石层级配设计主要采用骨架密实结构形式。然而如何平衡骨架与密实则成了混合料配合比设计的一大难点，骨架的形成来源于足够的粗集料，密实则又需要有充足的细集料填充空隙。

尽管级配碎石已在工程中应用多年，并且不同的规范也给出了一些级配设计范围，但实际应用效果好坏至今仍未有定论，因此设计规范与施工规范对级配范围存在较大的差异，尤其是关键筛孔4.75 mm的通过率要求，其对骨架结构形成具有重要影响。贝雷法作为一种混合料级配设计及检验的方法，通过计算混合料合成级配的CA、FAc、FAf3个参数的大小反映混合料的骨架结构和各级填充效果，能够对混合料级配的合理性进行评价。本文设计4种不同粗细的级配，在实际工程中进行试验段铺筑，分析贝雷参数与筛孔通过率变异性、离析状况、技术指标的关系，为级配碎石配合比设计提供参考。

1　级配设计及贝雷参数计算

1.1混合料级配设计

用于配合比设计的集料分为4档：19～31.5 mm、9.5～19 mm、4.75～9.5 mm、0～4.75 mm。对各档集料进行筛分并以4.75 mm通过率控制在26%～40%设计4种不同粗细的级配，各档集料掺配比例及合成级配如表1所示。

1.2贝雷参数计算

贝雷法是一套系统的设计和检验级配的方法，目前，贝雷法不仅可用于所有密级配沥青混合料和SMA断级配沥青混合料的设计和检验，而且还适用于其他混合料级配设计和检验。

贝雷法对粗细集料的划分有别于传统方法，通过3个控制筛孔的通过率计算混合料级配的粗细集料比例，由集料的粗细比例分析级配的状态，包括骨架嵌挤状态和填充密实状态。

粗细集料的分界筛孔称为第1控制筛孔PCS，等于0.22倍的公称最大粒径NMPS。第2控制筛孔SCS是细集料中粗细集料的分界筛孔，等于0.22倍的PCS，反映细集料中粗料部分与细料部分的嵌挤、填充情况。进一步对细料部分进行划分，称为第3控制筛孔，等于0.22倍的SCS。

根据上述划分的3个控制筛孔的通过率计算贝雷的3个参数CA、FAc、FAf，公式如下：

(1)

FAc=PSCS/PPCS

(2)

FAf=PTCS/PSCS

(3)

采用CA值指标的目的是对粗集料的级配进行约束，其反映粗集料中PCS～D/2粒径与D/2～NMPS粒径集料比例关系，CA值过大会使得混合料骨架结构不明显，过小则容易出现离析和压实方面问题。FAc、FAf则主要是反映各自粒径区域的填充密实状况，也应控制在一定的范围，否则会造成不易压实的情况。

根据上述公式分别计算4种级配的贝雷参数，结果如表2所示。

表2 不同级配的贝雷参数计算级配类型CAFAcFAf1#级配0.940.400.402#级配0.650.400.413#级配0.470.400.414#级配0.340.410.41

可以看出，4种级配的FAc、FAf基本一致，说明各级配的细料密实程度基本相同。而CA值则呈现出逐渐减小的趋势，即由1#级配到4#级配骨架结构越明显。

2　室内击实试验

采用上述设计的级配进行室内击实试验(重型击实法)，以检测最大干密度及最佳含水率，试验结果如图1所示。

图1　含水率与干密度关系图

根据表3试验结果可以看出，在最佳含水率条件下，最大干密度由大到小的排序为1#级配>2#级配>3#级配>4#级配，反映1#级配混合料更利于密实。

表3 各级配的最佳含水率与最大干密度级配类型最佳含水率/%最大干密度/(g·cm-3)1#级配4.22.2472#级配4.12.2243#级配4.02.1874#级配3.92.165

另外，在击实试验过程中，4#合成级配击实后可以看到表面大颗粒集料较多，基本无细集料，并且稍微摇晃混合料便从试模中脱落。而1#合成级配击实后表面粗细集料分布均匀，需敲打试模混合料方可脱落，说明具有较强的板结力。

3　贝雷参数对施工效果影响分析

课题组在某双向四车道高速采用上述4种级配进行级配碎石底基层试验段铺筑。施工采用双机梯队作业摊铺，压路机配备有2台单钢轮压路机，1台双钢轮压路机和2台胶轮压路机，碾压遍数共6遍。根据各试验段的施工效果具体分析如下。

3.1贝雷参数与级配波动性的分析

试验中分别从不同级配试验段中随机选取4个位置取料进行级配筛分试验，结果如图2所示。

图2　不同级配混合料筛分结果

为评价不同级配试验段施工级配的波动性，计算各级配每一筛孔通过率的变异系数，结果如表4所示。

由表4可以看出，随着CA值的减小，不同级配同一粒径筛孔通过率的变异系数基本呈现增大的规律。亦即CA值越小，级配的变异性越大，施工级配的波动性越大。

3.2贝雷参数与离析状况的分析

根据试验段表观效果，1#级配和2#级配表面均匀性好，基本无离析现象。3#级配存在局部离析，4#级配存在多处较为严重的离析现象，离析位置多出现在两台摊铺机纵向交接处，其他位置亦有不同程度地分布，离析严重的位置基本是20～30 mm的集料堆放排列，细集料少，板结力弱。

为进一步评价不同级配混合料的离析程度，采用铺砂法检测摊平砂直径。一般来说，离析的位置摊开面积小，不离析的位置摊开面积大。

根据检测结果，4#级配试验段不同位置摊铺直径变化范围为80～180mm；3#级配试验段不同位置摊铺直径变化范围为120～185 mm；1#级配和2#级配试验段摊铺直径基本为195 mm，无过大的浮动。可以看出，1#级配和2#级配试验段的摊铺效果更均匀，对级配碎石底基层的整体质量更有利。

表4 各筛孔通过率变异系数统计级配类型CA值各筛孔通过率变异系数31.526.5199.54.752.360.60.0751#级配0.940.00.962.332.702.423.835.725.282#级配0.650.01.672.363.553.375.046.738.653#级配0.470.02.912.584.997.397.0911.0612.824#级配0.340.03.323.324.3810.9911.2312.6110.51

防离析是混合料质量控制最不可忽视的一个环节，但由于离析至今无明确的评价指标，多以目测的表观效果进行衡量。存在离析的部位往往是早期病害的窝点，在行车荷载和外界环境的作用下，路面病害逐渐向周边部位扩散，严重危害路面质量的长期稳健性。因此从防离析的角度出发，级配碎石混合料的CA值应控制在0.47以上，兼顾混合料的骨架结构，建议级配碎石混合料4.75 mm筛孔通过率宜控制在35%左右。

3.3贝雷参数与指标稳定性的分析

试验过程主要对常规技术指标进行了检测，包括压实度、平整度、弯沉，分析贝雷参数对各指标稳定性、均衡性的影响。

3.3.1压实度

试验段铺筑过程中，现场采用灌砂法检测压实度，具体如表5所示。

表5 压实度检测结果级配类型CA值压实度/%平均值标准差1#级配0.9499.60.512#级配0.6599.10.533#级配0.4799.01.564#级配0.3498.82.14

根据检测结果可以看出，4种级配压实度均满足规范要求，并且平均值相差不大。但标准差存在较大差异，由小到大的排序为1#级配<2#级配<3#级配<4#级配。可知贝雷参数CA值越小，级配越粗，压实度均匀性较差。

3.3.2平整度

采用三米直尺法检测级配碎石底基层试验段平整度，结果如表6所示。

表6 平整度检测结果级配类型CA值平整度/mm平均值标准差1#级配0.944.01.002#级配0.654.31.243#级配0.475.71.884#级配0.346.12.63

根据检测结果可以看出，平整度由小到大的排序为1#级配<2#级配<3#级配<4#级配。因此，贝雷参数CA越大，级配越细，平整度越好，并且均匀性更好。这主要是因为较粗级配的混合料摊铺到路面上存在一定的离析，不同位置检测出的松铺系数不一致，并且粗料位置的可压实性比细料差，因此检测的平整度离散程度较大。

3.3.3弯沉

采用贝克曼梁法对路面弯沉进行检测，后轴重15 t，检测结果如表7所示。

表7 弯沉检测结果级配类型CA值弯沉/mm平均值标准差1#级配0.9465.65.572#级配0.6571.511.643#级配0.47104.216.394#级配0.34115.629.87

由表7可以看出，不同粗细级配的弯沉值呈现的规律与平整度的基本一致，由小到大的排序为1#级配<2#级配<3#级配<4#级配，反映了贝雷参数CA越大，弯沉值越小，均匀性越好。

4　结论

通过对不同粗细级配的级配碎石混合料的贝雷参数分析以及贝雷参数与施工效果的关系研究，可以得出以下结论：

1) 随着贝雷参数CA值的减小，不同级配同一粒径筛孔的变异系数均增大。亦即CA值越小，级配的变异性越大，施工级配的波动性越大。

2) 级配碎石混合料的贝雷参数CA值应控制在0.47以上，兼顾混合料的骨架结构，4.75 mm筛孔通过率宜控制在35%左右。CA值越小，混合料的骨架结构越明显，但在施工过程中容易出现离析现象。

3) 试验结果显示，随着贝雷参数CA值的减小，级配碎石混合料级配越粗，级配碎石层的压实度、平整度、弯沉指标的均匀性有所下降，路面施工质量控制难度增大。

4) 建议级配碎石混合料配合比设计在遵循骨架结构型式的同时，要合理兼顾级配的密实性、可实施性，避免大范围的局部离析现象，提升路面整体质量和性能长期稳健。

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2016-03-11

冉隆举(1972-)，男，高级工程师，主要从事道路施工与管理。

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