掺入矿粉的路面级配碎石垫层在蓉城二绕中的应用

李晓明

（四川公路桥梁建设集团有限公司技术中心， 四川 成都 610000）

0 概述

级配碎石垫层是处于公路路基与水稳层之间的一种无粘结性能的柔性结构层，是公路重要的结构层之一。级配碎石垫层起到保护土路基不受水与寒冷等不利自然条件侵蚀的作用，有良好的扩散应力能力，良好的隔温性、隔水性和排水性以及有效减少路基反射裂缝产生的能力。本文依据成都第二绕城高速公路西段项目LM1合同段路面工程进行掺入矿粉的级配碎石试验路铺筑，桩号为K99+680～K99+908.8），提出在级配碎石中掺入矿粉可以提高级配碎石路用性能及整体板结效果，并介绍了掺入矿粉后级配碎石垫层施工中的材料控制、生产拌制、摊铺碾压及工后养生等环节的施工及质量控制。

1 级配碎石材料组成与级配优化

在混合料使用过程中，影响其性能的因素有很多，如结构构造、粘结材料等。而在级配碎石过程中，混合料结构是影响其性能的主要因素之一，如果级配碎石没有将沥青、水泥等粘结作用发挥出来，便会对其结构产生严重影响。因此，本试验采用粗、中、细三种级配碎石级配进行试验，分别与三种卢曼结构类型相对应，即骨架空隙结构、悬浮密实结构和骨架结构。本次试验所选用的破碎卵石粗细集料均采用沿线河坝采集的卵石轧制而成，矿粉由合格材料供应商提供。各档集料应按设计文件或者规范要求进行筛分、密度、压碎值等试验。根据相关文件内容规定，在整个项目工程建设过程中，应该对不同规格集料的通过率进行确定，之后确定出级配曲线，再根据不同的比例系数，促使其形成符合要求的骨架密实结构

表1.1 卵石细集料试验结果

表1.2 卵石细集料试验结果

表1.3 粗集料试验结果

表1.4 矿粉试验结果

图1.1 级配碎石垫层的合成级配曲线

表1.5原材料筛分结果

根据级配碎石的级配曲线,最终确定了级配碎石不同规格集料的比例，外掺矿粉均为5%。

表1.6 级配碎石级配粒径比例

图1.2未掺入级配碎石的级配碎石击实试件

图 1.3掺入矿粉的级配碎石击实试件

表1.7级配碎石重型击实试验结果

根据粗中细三个级配试验数据可得，对应的重击实试验中含水量最小、于密度最大，CBR承载力最高，并靠近中值，是典型的“S”型连续骨架密实型结构。因此，中级配为最佳级配。

2 级配碎石垫层性能研究

2.1 级配碎石垫层CBR值

表2.1 掺入矿粉级配碎石混合料CBR平均值

根据粗中细级配碎石CBR平均值中级配最大，说明了其强度相对最高，黏聚性和嵌挤作用最好，因此选择中级配级配碎石进行施工作业。

2.2 施工稳定性

矿粉是一种由石灰岩轧制而成的碱性材料，具有一定的粘结性，掺入到级配碎石里后，可以明显提高级配碎石垫层的整体板结作用。通过本试验路及以往成功的经验总结得到：矿粉不但在级配碎石中起到一定的填充作用，还能起到粘结作用，有效改善级配碎石的整体性能，增加级配碎石混合料的密实性。在施工中，可以有效减小或避免混合料的推移、离析等现象；碾压成型后，减小，级配碎石在重车行车条件下出现的车辙深度，提高了对路面基础整体质量及使用性能。

图2.1 掺入矿粉级配碎石垫层摊铺结果

图2.2 未掺入矿粉级配碎石垫层摊铺结果

图2.3 掺入矿粉级配碎石垫层碾压密实后的结果图

2.3 结构稳定性

级配碎石垫层的重要指标是压实度和弯沉值，压实度指标是密实度的一个指标，回弹弯沉值可以表明级配碎石垫层的承载能力和强度，级配碎石压实度能达到要求但弯沉值不一定能达到要求。弯沉值不仅可以反映垫层的级配结构强度和承载能力，也可以将下层路床结构强度和承载能力反应出来。在路基回弹弯沉和压实度相同的情况下，并且级配碎石都满足规范要求的同时，进行弯沉试验，分析掺入和未掺入矿粉的级配碎石垫层承载能力的大小。

根据试验检测相关数据结果表明：当施工工艺一致时，路基压实度以及回弹弯沉也会保持一致，此时掺入适量矿粉的级配碎石垫层比未加入集料级配碎石垫层的车辙深度浅，如果此时的弯沉值降低，弯沉标准也会出现一定的改变，这也充分说明了级配碎石料的添加比卵碎石细集料级配碎石垫层的整体板结性较好，承载能力较高。

3 级配碎石施工控制

结合本项目级配碎石施工经验，级配碎石施工重点应控制内容如下：

1)混合料离析控制：施工中要严格控制原材料的变异和施工中产生的离析。料场不同规格的集料必须分别堆放，并且严格控制集料高度，不宜超过3 m，可以防止集料塌落式离析。而在细集料的控制过程中，应该以搭棚保护的形式为主，避免受到雨水的影响。除此之外，整个料场也应该做好排水设施的建设工作。一旦设备出现大量的离析现象，将会对后续工作的开展造成严重影响，甚至还会导致停工情况。所以说，工作人员应该做好设备工作参数的调整工作，将施工段落清除。

2)施工含水量的控制：为了进一步确保级配混合料在最佳含水条件下进行碾压，工作人员可以根据材料的含水量和天气因素来确定加水量。例如，该项目建设区域处于平原地区，温度高，风力强，混合料水分蒸发较快。因此，在夏季阶段的含水量确定应高于平时的1%左右，为混合料摊铺工作的开展提供有利条件。待整个摊铺工作技术之后，还可以根据实际情况进行雾状洒水。

3)级配碎石混合料的卸料与运输：在装料工作开始之前，人们需要做好车厢的清洗工作，并保持内部的清洁和干燥，尤其是在装料过程中，应确保车辆与下料口相接近。另外，人们对装料工作的开展也有着十分明确的要求，需按照先后顺序来移动装料，降低混合料的离析数量，整个装料也不能过满，当车辆进入到摊铺区域之后，应该降低车辆的行驶速度。而在卸料过程中，也应该做到及时和迅速，避免第二次离析的出现。

4)混合料摊铺：级配碎石垫层厚15cm，宜采用全断面摊铺机进行摊铺作业，搭接宽度为15～20 cm。摊铺机行进速度1．5～2 m／min。为了确保效果，管理人员可以安排专人来消除粗细集料的离析问题，尤其是在粗集料“窝”附近，可利用细混合料的搅拌记忆新混合料填补措施，保持整体集料的搅拌均匀。

在人工摊铺工作开展过程中，可以对铁锹进行合理应用，从而确保混合料摊开的彻底，一旦发现搅拌不均匀问题，需要在现场进行人工翻拌，促使整个混合料保持均匀，还可以利用新的混合料填补，保持整体的匀称特性。

5)混合料碾压：在碾压顺序的确定上，以直线段和平曲线段为主，并以“先两边、后中间”的工作原则，进行“由内向外”的逐一碾压。该种方式的实施可以概括为高频、低幅 、慢压等流程，碾压次数一般以6到8遍为主，前两遍采用20t单钢轮压路机静压一遍，微震一遍，碾压速度采用1.5～1.7km/h为宜，然后采用20t单钢轮强振碾压1-2遍、胶轮碾压1-2遍，碾压速度为1.8～2.2km/h，最后采用12t双钢轮收压1-2遍，收压采用静压，在碾压工作结束之后，工作人员需要对基层顶面标高进行测量，如果超过了设计规定值，应该将高出的部分去除，如果低于设计值，则需要采取混合料的添加方式，在压实之后在与标高相对比。

4 施工中应注意的问题

1)级配变异性控制：整体来看，级配碎石强度和刚度等影响因素以施工级配为主，再加上级配变异的影响，很容易引发原材料不稳定问题出现。因此，在具体工作开展过程中，需要对原材料中的利息问题进行有效控制。发现摊铺时发现大面积离析，应停工检查调整设备，对施工中产生的局部离析应派专人及时修补。

2)碾压设备合理组合：有效控制级配碎石垫层的压实度，同时有良好的嵌结构骨料压碎率小，必须严格控制机械配合。压路机的振动方式包括强振和弱振之分。在强振的作用下，由于穿透力较大，其影响深度也会得到进一步扩大，最高可以达到25cm，尤其是在结构层中部到底层空间内，压实操作显得十分重要，可确保整个设备组合满足使用要求。其次，在胶轮的使用上，主要激发的是搓揉作用，让整个系统表面的颗粒实现重新排序，为后续振动压实工作的开展提供便利条件。最后，将局部缺陷和轮迹消除。施工实践证明，通过钢轮压路机的振动压实和轮胎压路机的搓揉相互作用，最后双钢轮收压，对碎石类垫层的压实效果具有显著的提高。因此，在级配碎石施工碾压过程中，应该以振动压路机和轮胎压路为主要的工作形式。为了提升工作效果，人们可以将钢轮静碾加入其中，利用两种结构交换作业的方式，避免在施工中产生薄弱点和过强点。与此同时，还要对碾压含水率进行精确控制，可以根据碾压结果来确定，促使整个级配碎石的碾压达到最佳效果。

3)松铺系数的控制：在摊铺工作开展过程中，人们应高做好松铺系数的控制，如果系数过大，很容易增加摊铺厚度，不利于材料的节约使用，增加了路面的下层厚度。如果松铺系数高校，整个摊铺过程也会出现厚度不足等问题，增加了水泥的消耗量。因此，试验段施工中应得出合理的松铺系数，级配碎石施工松铺系数一般在1．25～1．30之间。

5 结语

（1）掺入适量矿粉的卵碎石级配碎石与卵碎石级配碎石具有良好的隔温性、隔水性和排水性。

（2）级配碎石矿料级配优化结果表明，采用“S”型连续骨架密实结构承载力优于骨架间断结构和悬浮密实结构。

（3）在相同施工工艺和相同的集料级配，且在路基压实度和回弹弯沉一致的条件下，掺入适量矿粉的卵碎石级配碎石垫层的整体板结性较卵碎石级配碎石垫层的好，强度更高、车辙更浅、弯沉值更小，整体稳定性更好。

（4）掺入适量矿粉的卵碎石级配碎石垫层较卵碎石级配碎石垫层的路用性能更好，赋予高速公路一个强而稳定的基础，避免由于反射缝的存在导致路面遭到破坏，提升公路的使用寿命。

（5）对碾压机械组合方式进行合理选择，是提升压实度的主要因素之一。由于振动压路机存在弱震效果，可以确保级配碎石结构层中的密实度得到充分保障，并提升底部到中层的密实情况，还能避免由于钢轮的碾压而出现了局部塌陷问题。