水稳填充大粒径碎石基层在路面大修中的应用

范京龙

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

在路面大修施工中，需要对已经损坏的基层进行挖除重建，如果使用传统的半刚性基层结构，一方面在完工后不久还会产生反射裂缝，尤其是在交通量较大的情况下，导致新建路面产生早期病害；另一方面，采用传统的半刚性结构时，往往需要封闭半幅交通，导致原本尚好的半幅因受到集中荷载产生破坏，或是新建的半幅路面在前期就受到连续及集中的荷载导致前期破坏。针对这种情况，建议采用水稳填充大粒径碎石基层结构，该基层结构是指先铺筑粒径较大的碎石形成骨架，再填充细料形成完整的结构，以在防止发射裂缝产生的同时，解决施工和交通通行存在的矛盾。

1 水稳填充大粒径碎石基层概述

1.1 含义

该基层结构采用粒径在40～80mm范围内的大颗粒碎石为整体骨架，然后在碎石中填充Ⅰ型填隙料，形成密实整体。这种基层结构具有刚柔并济的特点，除了同时具备半刚性基层与柔性基层特点，还能规避两者缺点[1]。

1.2 原理

该基层结构的框架由大颗粒碎石构成，并采用Ⅰ型填隙料进行填充，通过碎石之间的嵌挤形成强度，而Ⅰ型填隙料主要起到的是稳固作用，该结构作用机理为：

（1）采用大颗粒碎石形成骨架，并填充适量Ⅰ型填隙料，以提高摩阻力与嵌挤力，从而保证结构的承载能力。

（2）由于大颗粒碎石的存在会阻隔填充的Ⅰ型填隙料的相互联系，因此能避免结构中应力不断传递，以减弱整体半刚作用，并能保留局部半刚，进而减少反射裂缝的产生。

（3）填充的Ⅰ型填隙料大多与团块形式处在由大颗粒碎石构成的框架当中，能为大颗粒碎石提供良好的支撑，减少其沿水平方向的位移，防止网裂等一系列病害的发生[2]。

1.3 特点

如前所述，该基层结构兼备半刚性基层与柔性基层各自优点，还能规避两者缺点，主要具有以下特点：

（1）强度高且刚度合适。当用于重载交通时，由于该基层结构有很高的强度，能防止早期破坏，同时该结构的表层强度也很高，可抵抗压碎破坏现象的发生，防止唧泥与冲刷破坏。另外，合适的刚度能使基层在外力作用下有足够的抵抗变形发生的能力，并与面层之间良好接触，防止由于层间应力增大导致层间分离造成翘曲脱空。

（2）抗裂性能良好。该结构骨架由大颗粒碎石构成，骨架内摩阻力很大，因此能有效抵抗干缩与温缩应力，还能减少水泥用量，减少因胶结料凝结产生的干缩与温缩应力，从而有效防止反射裂缝的产生[3]。

（3）养生过程中不会给交通造成过大影响。该基层结构强度主要由碎石嵌挤作用决定，基本不受所用填隙料强度的影响，因此在养生过程中车辆可以正常通行，减少对交通造成的不利影响。

（4）施工进度较慢。相较于传统施工方法，该结构工艺相对复杂。一般需要分三次进行铺筑，先铺筑碎石，再分别填充Ⅰ型和Ⅱ型填隙料，进度较慢，并且会对路面平整度造成影响。另外，施工需要动用较多人力，现场作业强度很高。

（5）检测标准与技术相对缺乏。当前的基层结构标准仅能对基层结构外形与弯沉实施检测，其他技术指标还无法检测。

1.4 适用范围

该结构用于路面基层，完工后，在其上部摊铺面层，以最大限度发挥出结构具有的功能。该结构除了能在新建路面中使用，还能在旧路加铺改造过程中使用，具体可分为以下三种情况：

（1）在新建路面施工中用于半刚性基层结构和面层之间，将半刚性基层作为路面的下基层或者是底基层。

（2）在旧路直接加铺中使用，直接在原面层进行该基层结构的加铺，将原面层作为路面的下承层。此时要求下承层不能存在病害，如果存在病害，应先予以处治。另外，下承层表面弯沉平均值不能超过0.6mm[4]。

（3）在旧路翻修改造中使用，如果原路面损坏情况较为严重，但经检测发现基层状况尚好，则可将旧面层全部清除后，铺设该基层结构。

2 水稳填充大粒径碎石基层应用

2.1 工程概况

某公路大修工程起讫里程为K189+000—K191+400，路段总长约2.4km，因该路段处在城市和郊区衔接段，交通量较大，尤其是超重载车数量较多，导致路面产生不同程度的损坏，已经对行车安全造成影响。经调查发现路面存在的病害有裂缝、麻面、沉陷和松散。为验证以上新型基层结构的施工效果，从该大修路段中选取一个试验段采用新型基层结构进行施工。

2.2 混合料配合比

按照要求的方法进行取料与筛分试验，然后以筛分试验结果为依据，确定不同料仓具体配合比，为拌和机控制提供参考。通过反复试验性拌和、筛分及调整，将碎石和Ⅰ型填隙料的设计与料仓级配确定如表1、2所示。

表1 碎石设计与料仓级配

表2 Ⅰ型填隙料设计与料仓级配

根据现场实际情况，对初步确定的配比予以适当调整，因施工方法大多为厂拌法，因此水泥用量要在原设计要求基础上增加0.5%，并在粗集料拌和过程中提高0.5%～1.0%的含水量。基于此，将生产配合比对应的水泥用量确定为8.5%，将混合料含水量确定为6.5%。另外，在施工中还应注意填隙料数量应有一定富余，通常需要在填满空隙的基础上增加4%～5%。对此，将碎石和填隙料之间的质量比确定为54∶46[5]。

2.3 施工工艺

在铺筑该基层结构的过程中，沿路依次对大颗粒碎石进行摊铺，先搅拌水稳细料，然后借助拌和机对水稳细料和大颗粒碎石进行搅拌，再予以碾压，经碾压成型后仅需对行车速度进行适当的限制即可正式开放路段的交通。新基层结构的施工工艺流程为：碎石摊铺→水稳细料拌和与摊铺→翻拌→粗整平、找补与碾压→洒布Ⅱ型料、碾压与洒水→碾压→养生。

2.3.1 碎石摊铺

碎石摊铺时应确保所有部位的高度达到均一，并保持平整，经常检查碎石规格，确保其保持洁净，如果检查发现有集窝等现象，应立即处理。

2.3.2 水稳细料拌和与摊铺

水稳细料摊铺需分成以下两步实施：第一步为摊铺Ⅰ型细料，将混合料翻拌均匀后，混合料表面要有直接裸露的大颗粒碎石，以为之后细料的填充奠定良好基础；第二步为摊铺Ⅱ型细料，以使基层结构达到密实，并将基层找平。根据计算确定的细料层厚度，在机械摊铺施工的同时，组织人工将细料运输至现场，并安排专人卸料，当现场检查发现集料的均一性较差时，应立即予以翻拌处理。

2.3.3 翻拌

在水稳细料的摊铺完成后，借助拌和机开始拌和。翻拌结束后应及时安排专人做好检测，其内容包括：检查翻拌的均匀性、检查细料在大颗粒碎石中的填充是否均匀、检查是否将细料填充到基层的底部等。若检查结果不满足要求，应立即处理。

2.3.4 粗整平、找补与碾压

先利用人力与挖掘机进行粗整平，然后采用振动压路机先进行一遍稳压，再进行两遍强振压，如果此时发现局部有碎石集中，则应对其进行找平填补，直到平整度达到要求。

2.3.5 洒布Ⅱ型料、碾压与洒水

在粗整平、找补与碾压结束后，尽快进行Ⅱ型料的摊铺，以将基层表面存在的所有空隙补齐。摊铺Ⅱ型料的过程中，必须确保其处在由大颗粒碎石形成的骨架当中。Ⅱ型料填补完成后，尽快用压路机实施碾压，并予以适当洒水，直至最佳含水量。

2.3.6 碾压

利用压路机实施碾压时，需分4～6 次进行，但如果碾压借助胶轮压路机进行，则碾压次数必须达到3次以上。另外，应注意接缝和边缘处应适当增加碾压遍数，同时要使压路机尽可能靠边，以保证这些部位的密实性。

2.3.7 养生

在以上各道工序的施工结束后，方可允许通车，但要对通行速度予以一定限制，同时做好洒水养生，一般要求养生持续时间达到7d以上。

2.4 应用效果

如前所述，该路段处在城市和郊区衔接段，交通量较大，尤其是超重载车数量较多，导致路面产生很多病害，给行车安全造成了很大影响。采用以上方法给该路段进行大修后，经连续一年的现场观测发现，路面保持平整，没有反射裂缝产生，实际应用状况良好，同期按照传统基层结构进行修筑的路面都出现了一些病害。

2.5 效益分析

2.5.1 社会与环境效益

（1）采用该新型基层结构能提高路面技术状况，降低施工对车辆正常通行造成的影响，提高行车安全性与舒适度，带来良好的社会效益。

（2）采用该新型基层结构还能减少后期养护工作量，并减少材料的使用，施工时不会产生过多垃圾，有良好的环境效益[6]。

（3）该新型基层结构的应用能从根本上解决施工和交通通行存在的矛盾，防止因半幅封闭半幅施工造成的交通拥堵，为交通繁忙情况下进行旧路改造提供了新的技术手段。

（4）该新型基层结构能从本质上解决传统半刚性基层结构容易开裂的问题，为我国对沥青路面进行的研究实践提供全新技术途径。

2.5.2 经济效益

单从施工成本的角度进行分析，基层施工成本主要由以下几部分组成：材料费、机械费、人工费与其他费用。通过对相关资料的收集与整理，对该基层结构和传统基层结构的施工成本进行对比，具体如表3所示。

从表3数据可以看出，新型基层结构虽然需要更多的机械费与人工费，但能大幅减少材料费、后场拌和费用与二次运输费用，综合来看，每平方米能减少3元的成本。若路基宽度为21.5m，则每公里就可以减少近6.45 万元的成本。另外，如果能对施工机具进行改进，则能减少新基层结构施工的机械费与人工费，从而进一步减少工程造价。与此同时，结合其他地区的成功经验，该基层结构能大幅延长路面寿命，减少后期养护维修的费用，由此可见，该新型基层结构有良好的经济效益。

表3 基层施工成本对比

3 结论

（1）水稳填充大粒径碎石实际铺筑施工效果表明，使用该基层结构，能对路面使用状况予以有效改善，提高路用性能。

（2）采用新型基层结构的路面有良好的平整度，没有沉陷与错台等病害，表明该基层结构不仅承载力高，而且有很强的抗车辙产生能力。该基层将大颗粒碎石作为整体骨架，采用水泥剂量在8%～10%范围内的水稳材料进行填充，使填充料和碎石之间形成稳定基层结构，确保基层结构的抗压强度达到8MPa 以上，传统的水稳碎石基层结构强度只有4～7MPa。

（3）通过对该新型基层结构的合理应用，能从本质上解决路面养生或公路大修与交通通行存在的矛盾。一般情况为：原本保持完好或处于基本完好状态的半幅路面，经7～10d 左右的连续、集中通行，产生明显且面积较大的破坏；大修结束后的半幅路面经7～10d左右的连续与集中通行，也有可能产生早期破坏。而使用该新型基层结构，在养生过程中基本不需要进行交通封闭，完工后仅需限制车速，并通过适当的洒水养生即可完成养生过程，彻底避免半幅集中通车给路面结构造成的不利影响。