东南亚地区级配碎石施工工艺优化

张 亮

（中交四航局第一工程有限公司，广东 广州 510420）

东南亚地区常年炎热多雨，施工环境恶劣。级配碎石作为倒装结构路面关键的结构层，对水稳定性和承载力有较高的要求。将规范和设计要求结合当地施工经验，优化施工工艺，优化施工机械，缩短工期，同时保证良好的施工质量。该文对柬埔寨金港高速在级配碎试验段及施工过程中取得到的数据进行分析，从初压、复压、提浆、收面以及验收时间等方面提出合理的优化方案。

1 工程概况

柬埔寨某主线高速路面结构为4cmSBS改性AC-13C上面层+6cmSBS改性AC-20C中面层+12cmATB-25沥青稳定下面层+16cm级配碎石基层+32cm级配碎石基层+32cm水泥稳定碎石下面层。按照规范及设计图纸要求，验收时级配碎石基层压实度≥98%，固定码率CBR>180%，验收弯沉≤36.1mm。

2 施工工艺优化

2.1 初压工艺优化

在东南亚高温、多风的天气条件下，级配碎石表面失水较快。在单钢轮压路机进行初压时，表面极易脱水发白。此时级配碎石含水量低于最佳含水量，需要使用水车喷洒雾状水润湿级配碎石表面然后继续进行碾压作业。这不仅增加了初压时间，同时也延迟了复压时间。因此，选择合适的初压工艺能够有效缩短初压时间，降低水分蒸发速度是需要解决的难题。

经过试验，使用胶轮压路机进行初压可以取得良好的效果。胶轮压路机依靠自身质量在行进时对级配碎石表面集料进行揉搓，封闭表面的开口孔隙，能够减缓级配碎石内部水分的散失速度，从而延长碾压作业时间。徐工XP303胶轮压路机自重为30.3 t，与宝马格SD20吨单钢轮压路机强振时32 t的激振力基本相当，能够产生相当的压实度。胶轮压路机1挡工作最大速度为8 km/h，远大于宝马格 SD20单钢轮压路机1挡工作最大速度 3 km/h。经过试验，在保证初压的压实度相当的情况下，胶轮压路机可以减少30%的工作时间，缩短了初压时间。此外，在级配碎石表面脱水时，胶轮压路机可以洒雾状水碾压，在级配碎石表面形成水膜，保证了集料的含水量，减缓水分蒸发速度，保证级配碎石含水量处于最佳含水量附近，避免水车补水，从而有效提高施工效率。但是在试验时发现，胶轮初压会形成多条长条状轮迹印，影响基层的表面横向和纵向平整。在单钢轮复压时，单钢轮压路机前钢轮通过振动可以将长条状轮迹印完全碾压平整，从而确保基层的平整度。

2.2 复压工艺优化

复压工艺使用单钢轮压路机进行作业，重叠半轮，强振往复碾压。按照国内基层施工规范要求，级配碎石压实度达到98%的压实度即可。但按照国外规范和施工经验，压实度需要达到102%以上，才能符合东南亚地区高温多雨气候条件下的级配碎石基层验收要求。东南亚地区雨季时间在每年5月—10月，长达6个月，年平均温度在29℃，温差不超过6℃，空气湿度大。气候条件相比国内的海南和福建等夏炎热冬温暖区更为恶劣。在雨季时，空气湿度大，水分会沿着级配碎石的孔隙进入级配碎石内部富集，使细集料产生迁移，破坏级配碎石的骨架结构，降低了级配碎石的承载力，同时使ATB-25沥青下面层层底拉应力增大，造成沥青下面层出现早期病害。倒装式路面结构在水稳底基层开裂后，将退化为柔性基层结构，ATB下面层层底将承担拉剪疲劳，结构的剩余寿命取决于ATB层的抗疲劳性能。为了延长级配碎石基层的使用寿命，需要提高级配碎的压实度，降低孔隙率，避免水分迁移破坏基层的骨架结构。因此，提高级配碎石的压实度，降低孔隙率，增强水稳定性是特别有必要的。

在进行试验时，选择了多云无风的天气下，同时位于摊铺机起步处的一处断面，避免天气造成表面脱水从而对试验结果造成影响。试验员采用灌砂法连续测量复压时级配碎石压实度，每次测量三点取平均值作为压实度检测结果。复压由单钢轮重叠半轮强振进行往复碾压。在保证表面不发白脱水的情况下，检测碾压第4遍~第8遍碾压完成时级配碎石的压实度。试验最终结果如图1所示，压实度随着碾压遍数呈抛物线形式，变化相关度为0.991。在第4遍时，压实度达到98%；第6遍时压实度达到峰值105.30%；第7遍之后压实度开始下降。继续增加单钢轮压实遍数，基层压实度反而逐渐下降。压路机的激振力将本来已经十分密实的集料嵌挤结构破坏掉，减弱了集料之间的嵌挤作用，破坏了基层的承载力。对于级配碎石基层完成使用功能，增加ATB-25沥青稳定碎下面层的使用寿命是的是极为不利的。

图1 压实现场检测结果

如图1所示，将压实度与碾压遍数进行相关性分析，可以得到抛物线公式=-0.9961+13.052+62.571，相关系数=0.994。由公式可知，在碾压遍数=6.552时，压实度得到最大值105.33。因此，在实际施工过程中，单钢轮复压6遍即可达到最大压实度，与现场试验结果相同。

实验室同时在现场取样，同步进行进行室内试验，检测CBR和吸水率。如图2，CBR与压实度呈线形正相关。在压实度达到96%时，试件的CBR就达到了182.4，满足了国内基层规范要求。当压实度继续增长时，试件CBR继续呈线性增长。如图3所示，室内条件下CBR与压实度呈线形呈现线性负相关。室内条件下，试件在压实度到98%以上时，吸水量遍降到28g以下。由此，提高级配碎石的压实度可以有效增强级配碎石承载力，降低吸水率，从而提高级配碎石在高温多雨条件下的水稳定性。因此，级配碎石复压时，单钢轮强振碾压6遍，从而使级配碎石获得最大的压实度的施工工艺是合理而且有效的。

图2 室内CBR检测结果

图3 室内吸水率检测结果

2.3 洒水提浆工艺优化

级配碎石洒水提浆工艺采用洒水振动法。级配碎石在饱水状态下，压路机的激振力将级配碎石中的泥土和多余粉粒提出到表面，降低集料之间的富余粉料含量，从而增强集料颗粒之间的嵌挤作用，同时降低塑性指数，提高水稳定性。复压完成后，洒水车在表面来回洒水形成一层较厚的水膜，然后单钢轮振动压路机紧随其后进行往返强振碾压。在振动力和水的洗涤作用下，碎石中的大颗粒下沉，小颗粒上浮，泥土和小于0.075mm的颗粒被富余水带出结构层，剩余的集料嵌挤在一起，形成结构严密的马赛克结构。

因此，单钢轮振动压路机的振动碾压遍数是提浆工艺的关键控制工艺。试验段分别采用振动碾压1遍提浆与振动碾压2遍提浆工艺施工，检测成型后基层的弯沉从而确定提浆工艺。

从级配碎石基层成型后第3天开始，每隔2天检测一次试验段弯沉。从图4可知，在第3天以后，碾压1遍段落的弯沉随着时间显著下降，弯沉在第3天之后始终处于弯沉验收合格线之内；而碾压2遍段落的弯沉随着时间逐渐增大，在第3天之后始终处于弯沉验收合格线之外。笔者分别在两个段落开孔观察，发现碾压2遍的级配碎石段落，表面有一层硬壳，级配碎石间粉状细集料相对碾压一遍的段落较少，集料之间结构相对较为松动，嵌挤效果相对较差。这是由于单钢轮碾压两遍提浆，粉料被过度提出到表面，改变了级配碎石层内的级配，使集料之间的嵌挤作用相对减弱，在外力作用时，集料能够产生相对较大的自由位移，弯沉指标相对较大。同时随着含水量的下降，集料间由水分子产生的黏结力也逐渐缩小，集料相互之间发生越来越多的相对位移。检测弯沉时，在车轮荷载作用下，集料产生的位移量相对较大，从而测得较大的弯沉。因此，洒水提浆时单钢轮压路机只需要1遍振动提浆即可，不能够进行第二遍碾压提浆，否则会破坏级配嵌挤结构。

图4 弯沉与碾压遍数关系

2.4 收面工序优化

在提浆完成后，根据当地施工经验，表面稍微风干之后，需要进行洒水碾压收面。但是在实践过程中笔者发现该工艺存在一定的理论矛盾。按照碾压原理，已经密实的结构在继续洒水之后，水分子会增大集料之间的润滑作用。在振动力作用下，集料之间会产生显著位移，破坏本来已经形成的嵌挤结构。因此，笔者试验了不洒水碾压的收面工艺，同时追踪检测了采用两种工艺段落的1个月的弯沉。

由图5可知，采用两种工艺的段落弯沉均满足验收指标。未洒水收面的段落相对未洒水段落的弯沉下降趋势更明显，弯沉更小，弯沉代表值偏小1.01mm~3.69mm。这是由于不洒水碾压收面时，压路机产生的振动力会闭合由水分子蒸发造成的开口孔隙，使级配碎石结构进行二次密实，提高了集料之间的嵌挤作用，从而减少了弯沉，提高了承载力。

图5 洒水与不洒水段落弯沉变化

因此，后期养护不需要进行洒水，直接收面即可。

2.5 验收时间优化

级配碎石在验收时，需要确保弯沉处于最小值。由经验可知，随着晾晒时间增长，级配碎石的弯沉肯定是越来越小的。但是柬埔寨每年施工时间非常短，无法长时间等下去，需要确定最佳的验收时间。因此，笔者追踪检测了200m长度基层的1个月的弯沉数据。从图6中可知，从第1天~第9天，弯沉下降趋势是非常明显的，第9天后弯沉下降趋势非常缓慢。因此，选择第9天验收基层较为合理，不必等待更长的时间。选择9天作为验收时间，能够有效缩短基层的施工周期，同时也能够防止当地车辆对级配的长时间碾压造成二次破坏。

图6 弯沉随时间变化结果

3 结论

初压选择胶轮压路机，可以缩短初压时间，减缓级配碎石水分蒸发速度。复压时，单钢轮压路机碾压6遍，即可达到最大压实度。洒水提浆时，单钢轮压路机进行1遍振动提浆，即可取得良好效果。复压收面时，单钢轮压路机直接进行碾压收面，不需要水车洒水。级配碎石基层在第9天就可以进行验收。在初压、复压、洒水提浆、收面、验收等阶段进行试验分析，并结合当地规范和经验进行工艺优化，在保证质量的同时，避免了额外设备和资源的投入，有效缩短了施工工期，取得了良好的经济效益。