浅析级配碎石基层材料对热带雨林山区沥青道路工程的意义

陈俊森

（中国十九冶集团有限公司国际工程公司，四川成都 611730）

0 前言

本文工程实例采自巴布亚新几内亚道路工程建设项目，项目目标为对该国摩罗比省莱城纳札布至东部高地省的亨加诺菲桥的高地公路（全长210km）进行修缮，升级和维护，工程项目业主为巴布亚新几内亚独立国国家工程部。

该项目公路为巴新莱城至东高地省的唯一公路，道路标准相当于国内二级公路，项目基层设计铺筑厚度为20cm，一经建成，短期内将不会进行重复性的投资。因此，需求设计、施工、监理等单位密切配合，科学合理地利用资源，创造高质量的公路建筑产品。

道路工程性能指标如承载力、道路结构、材料性能必须符合巴新国家工程部2016 年制定的道路桥梁规范（Department of Works Specification for Road and Bridge Works 2015），相关规定若不适用于现场实际条件可以参考澳洲标准并提出应用申请。

1 热带季风气候对沥青道路基层侵蚀

项目工程地属北亚热带南部湿润季风气候，季风环流是支配境内气候的主要因素，属热带海洋性气候，每年6—10 月为旱季，11 月至次年5 月为雨季，雨季期间，尤其处于低海拔的道路施工区间，降雨雨量大、频率高，气候湿，温度高。以2021 年3 月晴雨表作为参考，雨季期间基本全月有雨，月平均降雨量250.0mm 左右，月平均降雨量最大能够达到787.6mm。图1 是2021 年三月晴雨表。

图1 2021 年三月晴雨表

热带雨林气候侵蚀是道路产生质量缺陷的重要原因之一，若基层材料质量不好、密实度不够、细土颗粒过多、级配不合理，道路基层施工完成后，若不及时对基层进行透油和沥青表处护理，裸露基层将频繁受到雨水和潮湿环境的侵蚀，经过车辆移动荷载的来回碾压，在较大的动水压力频繁冲击基层面的作用下，基层保护面很快会发生破坏，裸露的基层骨料会受到进一步侵蚀，基层出现不平整现象，在一段时间后恶化成如图2 所示的坑槽，该处道路使用性能和舒适性受到严重影响，基层质量缺陷已严重危害公共交通安全，交通事故频发，潜在道路安全隐患较大。

图2 Umi 和 Zumin 桥梁路段路面坑槽情况恶劣并有积水

2 基层材料质量保证计划

使用一定厚度、级配要求和含水率的优良级配碎石作为基层，使用质量较次材料铺筑的次要承重层作为底基层，是巴新道路工程主要使用的基层类型。对于质量缺陷问题，热带雨林气候侵蚀是道路产生质量缺陷的重要原因之一，除上述原因之外，基层材料优良级配，含水率、压实度、和施工工艺对道路质量也有决定性影响，常见的沥青路面道路质量缺陷如开裂、沉降、坑槽和雍包等问题的原因绝大部分来自于不合格的施工工艺、交通控制和材料质量。

对此，考虑到本项目基层级配粒料在主营地附近河道中挖取符合要求的砂砾石进行破碎参配，为使其达到设计级配要求，通过监理基层施工标准，承包商提出材料质量保证计划，约束并规范生产工艺，确保产出的基层材料质量达到要求，保障道路质量，制备工艺流程如下：

原料取样试验→河床原料采取→原料生产破碎→细加工→参配拌制→基层材料取样试验→上料施工→路面基层压实度试验

其中，最重要的是对基层材料的级配进行科学的配比，相较于老路面，经过研究计算，基层级配粒料的最大粒径应不大于37.5mm，压碎值不大于35%，其有害物质含量及颗粒组成和塑性指数应符合规范规定要求。根据实际条件与设计条件，形成的级配粒料配比见表1。

表1 路面基层级配粒料的级配范围

合理计算材料用量，根据路段底基层的宽度、厚度及预定的干压实密度，确定需要的干集料数量。

在料场拌制级配混合料之前，先调试所用的拌和设备，使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求。在料场装运前在料堆上进行洒水加湿，使其含水量较最佳含水量大1%~3%，从而能够减少装运过程中的集料离析现象。

3 基层材料进场试验与现场检试验

在基层上料施工之前，对材料进行材料进场试验，试验主要包括级配试验、含水率试验和加州承载力试验。基层级配试验结果如图3 和图4 所示，该基层材料级配碎石由37.5mm、19.0mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm 的骨料组成，骨料含量分配合理且符合澳大利亚规范AS12893.6.3 道路基层材料级配要求。

图3 基层级配试验报告

图4 基层级配碎石曲线

基层材料为非刚性材料，在后续的施工过程中材料含水率能够影响材料之间的粘结力和凝聚力进而影响压实度和密实度，为了保证材料靠近或者达到最佳含水率进而达到最优干密度，在施工前对基层材料进行含水率试验也是至关重要的基层材料，含水率试验如图5 所示，试验取四组试样分别对相等质量的基层材料进行60mL、120mL、180mL 和240mL 进行加水养护。

图5 材料含水率报告

经过稳定后对材料湿密度和干密度进行测试，得出如图6 所示的材料干密度与含水率变化曲线，曲线说明当材料含水率达到6.74%时，材料干密度数值达到最大为2.051g/cm3，当加水量超过或者小于6.74%时，材料干密度减少，粘结力与土壤聚合力降低，即6.74%为最佳含水率（Optimum mositure content-OMC），2.051g/cm3为最大干密度（Maximum Dry Density-MDD）。

图6 材料干密度与含水率变化关系

为最终确保基层材料的性能满足道路基层要求，需要对基层材料进行承载力测试试验，即荷载穿透试验，试验报告如图7 所示（5mm 范围误差），试验说明，随着时间对材料进行压实并逐渐增大压力荷载（双侧荷载应用函数为kN=0.0149t+0.1773），当时间达到2.5min 时，材料受竖向荷载为12.4kN，横向荷载为13.2Km，材料变化模量达到124mm，材料加州承载比为93.9%。至5min 时，材料材料受竖向荷载为18.9kN，横向荷载为19.8km，材料变化模量达到189mm，材料加州承载比为95.5%。综上所述，该基层材料能够承受规定的道路荷载，满足材料质量标准要求，能够作为本项目道路基层应用材料。

图7 基层材料加州承载试验

为确保施工工艺和其他变量不会对最终的道路基层的质量产生不良的影响，在基层材料经过上料摊铺、洒水、压实、翻浆和精平后，承包商对路面基层进行了压实度取样试验（打孔取样），试验结果如图8 所示，试验结果显示，含水率为7.4%，湿密度为2.677g/cm3，干密度为2.492g/cm3，基层压实度为110%，所得数据与材料性能试验数据相差不大，说明良好施工工艺保障了基层材料的性能，能够使基层材料的性能得到较好的发挥。

图8 基层压实度试验报告

4 结论

经实验证明，在贯彻实施基层质量保证计划后，合理参配的级配碎石基层其各项性能指标如压实度（承载力）、抗渗性等均得到较好的提升，在良好的施工工艺的应用下，基层材料的各项性能均能够得到较好的发挥，路面性能产出与道路使用舒适性（参考图9）得到令人满意的效果。

图9 优良的级配碎石基层

综上所述，对于道路工程，基层是道路的主体，对于热带雨林道路工程项目，大量的质量缺陷来自于基层质量和施工工艺的不成熟和不规范。对级配碎石基层材料进行合理的质量控制是重要的，良好的级配碎石基层材料能够提升基层各项性能指标如基层承载力，结构强度，抗渗性，经过合理的沥青表面处置，道路使用寿命能获得延长，达到质量标准，满足使用要求。