一种改进的填隙碎石设计及应用

覃开蛮，梁进钦，赵承伟

(1.广西壮族自治区防城公路管理局，广西 防城港 530800；2.广西壮族自治区浦北公路管理局，广西 浦北 535300；3．广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007；4．广西交科工程咨询有限公司，广西南宁 530001)

0 引言

级配碎石材料由于不含结合料，温缩、干缩系数几乎为零，受周围温度和湿度变化影响小；级配碎石材料是一种松散的粒料结构，不传递拉应力和拉应变，既能防反射裂缝又能起到排水作用[1-3]。

粗集料最大粒径为53 mm及以上的级配碎石在路网干线公路小修保养中得到广泛的应用，这些粗大粒径的级配碎石抗变形能力强，能经受重载交通荷载的考验。

1 工程概况

2016年8月S308线兴业至灵山公路(规划G324线)浦北大江口至乐民段桩号为K29+250～K45+000开始路面大修，除K35+534～K39+000段寨圩镇过境公路外，路面结构为：碎石化旧混凝土路面+220 mm填隙碎石(大粒径间断级配碎石)基层+15 mm两油两料同步碎石封层+60 mm AC-16C沥青混凝土面层。

填隙碎石采用粗集料最大粒径为53 mm及以上的集料，但按《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)8.1.2要求的方法进行施工，施工工序复杂，使用的人工较多，进度缓慢。填隙碎石经压路机初压后再撒布填隙料，填隙料不能很好地渗透整个填隙碎石层。填隙碎石压实厚度可取集料最大粒径的1.5～2.0倍，集料的最大粒径为53 mm，观察现场测坑，填隙料大约的渗透深度为100～130 mm，底部50～80 mm范围孔隙较多，开放交通后不密实的填隙碎石结构层变形较大，车辙明显，此外，人工撒布的填隙料薄厚不均，撒布过多的部位，开放交通重车走后也易变形。

依托S308线大修路面工程，在不改变填隙碎石级配范围的前提下，粗大粒径碎石混合料按照机拌、机铺、机压的方法进行施工，改进的填隙碎石层经受了重车载交通的考验，抗变形能力强，该路段经过一年多的运营，路面结构稳定、路况良好，本文对改进的填隙碎石(简称大粒径间断级配碎石)的矿料组成、工艺控制、成品质量检测等进行分析评价，相关参数可作为类似工程项目参考的依据。

2 改进的填隙碎石混合料(大粒径间断级配碎石)级配设计

采用玉林癸阳石场的石料，大粒径间断级配碎石(最大公称为53 mm)层采用三档集料：20～50 mm，10～30 mm，0～5 mm(石屑)，集料的筛分(干筛法)结果见表1。

大粒径间断级配碎石(最大公称为53 mm)颗粒组成较传统级配碎石粗，但《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20-2015)中对填隙碎石的级配未作规定。在K30+400～K30+600试验段借鉴以往工程经验和试配结果，初步拟定掺配比例为：20～50 mm∶10～30 mm∶0～5 mm=56.1∶20.9∶23.0，后施工配合比调整为20～50 mm∶10～30 mm∶0～5 mm=50.9∶25.6∶23.5，筛分结果见表2。施工过程抽样筛分结果见表3。

结合表2、表3，从K32+000处优化配合比后，摊铺现场压路机初次碾压轮印较优化前更浅，大粒径间断级配混合料嵌挤效果得到优化，19 mm、9.5 mm、4.75 mm的通过率约为50%、33%、26%，粗集料的用量占到74%，可起到多级嵌挤咬锁稳定作用，2.36 mm的通过率分别约18%，细集料可起到填充密实的作用。

3 改进的填隙碎石混合料的拌制与运输

改进的填隙碎石(大粒径间断级配碎石)采用拌合机集中生产，采用三仓配料、电子称称量，拌合时间控制在28～38 s内，含水量控制应根据气候情况进行调节，正常情况下最佳含水量一般控制在2.3%。拌合机产量90 m3/h，基本满足摊铺现场机械化施工的要求。

为保证施工质量，确保相关设备的使用效率，配备了足够的运输车辆，运输过程中要保证运输车输的畅通，确保将拌制好的混合料运至现场及时摊铺，以免水份蒸发不利于摊铺及压实。

为防止混合料在装车的过程中出现离析，运料车辆的车斗离出料口的间距不能太大，控制下料的高度。装料过程中不能向运料车车槽的中间部位连续卸料，应先向车槽前部卸料，再向后部卸料，最后向中间卸料。同时，在运输过程中车速不能太快，以防止颠簸产生的离析。

4 改进的填隙碎石混合料的摊铺、碾压

在摊铺混合料时，现场采用机械摊铺、人工辅助收边整形、补角的施工方式，摊铺时摊铺机两侧的厚度感应器同时置于两侧钢绞线上，以保证基层铺筑厚度和高程。

(1)摊铺准备工作，对旧路面进行清理清扫，并洒水润湿不流淌，清理靠近路肩侧路面范围内的土。清理基底并在旧路上恢复左、中、右边桩。按半幅4.75 m宽度施工，每10 m设一桩，并在路肩两边设高程控制桩，然后对角拉线，确保厚度。

(2)采用一台摊铺机作业，现场采用机械摊铺、人工辅助收边整形、补角的施工方式，摊铺机两侧的厚度感应器同时置于两侧钢绞线上，以保证基层铺筑厚度和高程。松铺系数为1.3，松铺厚度为286 mm。运料车辆到达摊铺现场必须在2辆以上时才开始摊铺，以保证摊铺的连续性。摊铺过程中，摊铺机的行驶速度为1.8 m/min。

(3)大粒径间断级配碎石层碾压步骤如下：①初压：用重型振动压路机静压2遍，使混合料稳定就位。在直线和不设超高的平曲线上，碾压从两侧路肩开始，逐渐错轮向路中心进行；在超高的平曲线上，碾压从内侧路肩开始，逐渐错轮向外侧路肩进行。错轮时，每次重叠1/3轮宽。在第一遍碾压后，再次找平。初压终了时，检查平整度和路拱横坡，必要时应予修正。②复压：用重型振动压路机小幅振动碾压2遍，大幅振压3遍，碾压过程必须遵守先慢后快，先低侧后高侧，先边后中。错轮时，每次重叠1/3轮宽。严禁压路机在成型的碎石层上掉头、急转弯。

只有在不小于最佳含水量条件下才能达到最佳压实效果。如果含水量偏低，尤其是夏季高温季节施工，应根据情况以喷雾式洒水车适当洒水后再碾压。

(4)达到压实遍数后，人工在填隙碎石表面均匀撒布一层约5～10 mm的集料，在因摊铺离析造成大颗粒集中的部位要适当增加撒布量，然后再用压路机静压一遍整平，即可开放交通。

柔性的大粒径间断级配碎石层必须利用交通荷载行车压密作用才能最终稳定、成型密实，早期的洒水养生、填隙料的补洒很是必要。但人工撒铺填隙料需撒布均匀，填隙料如果撒布过厚，不利于后续的封层施工。级配碎石基层摊铺碾压完毕后，应在开放交通后10 d左右进行封层施工，一般不超过15 d，防止雨天、重载交通下，碎石层顶面出现坑槽等水损害。

在备料充足、天气良好的前提下，大粒径间断级配碎石层每天可以摊铺400 m全幅(摊铺宽度9.5 m)。若施工遇到雨天，粉料遇水易结团，应停止施工。

5 改进的填隙碎石基层固体体积率的测试与评价

根据《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2004)，填隙碎石层要求检测固体体积率，合格值≥83%，但是现行的公路质量试验检测规程没有对检测固体体积率做出具体的检测方法，在查阅相关资料后，结合现场的检测条件，采用灌砂法和灌水法检测试坑体积。

经对比，用灌水法检测的固体体积率比用灌砂法检测固体体积率大3%～5%，分析原因有：(1)填隙碎石垫层表面不平整，水面不能和试坑表面平齐。(2)试坑洞壁凹凸不平，放入试坑的塑料薄膜袋不能贴紧洞壁，以上两点原因造成用灌水法检测出的试坑体积偏小，固体体积率计算结果偏大，确定用灌砂法检测试坑的体积，用虹吸筒排水法检测试样的固体体积，然后按照计算公式计算固体体积率，具体的检测方法如下：

5.1 标定量砂密度及锥砂重

按照《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)的灌砂法去标定量砂单位质量γs、灌砂筒下部圆锥体内砂质量m3。

5.2 测定试洞的体积

在测点位置挖试洞，直径为φ20 cm，深度应等于测定层厚度，但不能有下层材料混入，从试洞挖起的每份试样分别装入塑料袋，把集料带回试验室，注意不要洒漏料样，记录取样的桩号、位置、编号。装量砂入灌砂筒至标定量，记录灌砂前砂+灌砂筒质量m1，将灌砂筒放在试洞中间，打开开关，让砂流入洞内，直到储砂筒内的量砂停止流动时关闭开关，取下灌砂筒，称灌砂后砂+灌砂筒质量m2，测出试洞体积V=(m1-m2-m3)/γs。

5.3 虹吸筒排水法检测试样的固体体积

取出带回的集料试样，分别装在料盘内，放入烘箱烘干至恒量，试样烘干后放在一容器内，盖上盖，待其冷却。把虹吸筒放在平整的地方，拧开开关，注净水入虹吸筒，直到虹吸管口有水溢出时停止注水，到流水停止时关闭开关。将烘干除去水份的试样缓缓放入筒内，用铁棒搅拌、插捣水下的试样，排除试样中的气体，搅拌时勿使水溅出筒外，静待5 min，在悬浮物降沉后取量筒放置于出水口，打开开关，放出筒内由固体加入而排走的水，待不再有水流出后，闭上开关，取盛载排水的量筒到天平上秤质量，测量筒内水的温度，记录(量筒+排水质量)m5、量筒质量m6及水的试验温度t。试样的固体体积Vg=所排出的水体积Vw=[(量筒质量+排水质量)m5-量筒质量m6]/试验温度下的水密度γw。

5.4 计算固体体积率

固体体积率κ=100×试样的固体体积Vg/试洞体积V。

按此方法，观察检测固体体积率挖开的试坑，整个结构层比较密实，填隙料能很好镶嵌在填隙碎石中，K30+400～K30+600试验段大粒径间断级配碎石层固体体积率的检测结果见表4。

五个桩号中K30+425(左2.5 m)和K30+450(左2.5 m)为碾压施工后的检测结果，K30+475(左2.0 m)、K30+470(右2.5 m)和K30+500(右2.5 m)为通车2 d后的检测结果。

施工过程S308线大粒径间断级配碎石层固体体积率汇总见表5。

从表4、表5可以看出，大粒径间断级配碎石固体体积率满足设计的85%，代表值达到85%～89%，后期由于超载车辆碾压后部分路段固体体积率会有所提高，开放交通后碎石结构层稳定，没有出现明显的变形和车辙。

6 改进的填隙碎石基层的弯沉

设计文件所要求的第1层路面顶面弯沉值LS=52.3(0.01 mm)。从表6大粒径间断级配碎石层弯沉检测看，绝大部分在30～40(0.01 mm)之间，满足设计弯沉52.3(0.01 mm)的要求。

7 结语

(1)改进的填隙碎石按20～50 mm∶10～20 mm∶0～5 mm体积比为2∶1∶1比例掺配后，19 mm、9.5 mm、4.75 mm的通过率分别为50%、33%、26%，粗集料的用量占到74%，起到多级嵌挤咬锁稳定作用，2.36 mm的通过率约18%，细集料起到填充密实的作用。

(2)改进的填隙碎石采用机拌、机铺、机压，碎石嵌挤咬合稳定，填隙料能很好镶嵌在碎石中，采用开发的虹吸筒法检测的固体体积率大于设计值85%，代表值达到85%～89%。经行车荷载进一步压密，碎石结构层稳定、无变形，固体体积率也可达90%，路面结构承载能力有保证。

(3)柔性的大粒径间断级配碎石层可充分利用交通荷载行车压密作用，既可以提高路面各结构层的整体稳定性，缩短施工维护交通周期，也具有良好的路用性能。