吴瑞平中建路桥集团有限公司摘 要：以某高速公路项目为依托，分析碎石垫层结构与施工关键技术的应用
研究结果表明，在公路基层与土基增设级配碎石垫层，加强施工准备、级配碎石拌和、运输、摊铺、碾压、接缝处理、成型后管理等环节的施工关键技术控制，能够保证碎石垫层各项实测指标达到技术规范要求，增强路面结构稳定性、排水性，提高公路工程质量
关键词：公路工程;碎石垫层;路面结构;施工技术;作者简介：吴瑞平（1993—），男，助理工程师，从事公路施工工作
;1 工程概况某高速公路全长2 295km，地处低山-丘陵地区，地面高程在170～240m，年平均温度为17.5～18.7℃，春夏两季降雨丰沛，占全年降雨量不低于70%
为提高基层路面的排水性，减少水损坏问题，提出在传统半刚性基层路面底部增设碎石垫层，起到隔水与排水的双重作用
本工程路面结构为沥青混凝土上面层（18cm）+水泥稳定碎石基层（36cm）+水泥稳定碎石底基层（20cm）+级配碎石垫层（20cm）+黏土、高液限土土基
本文对其碎石垫层结构与施工技术进行分析
2 碎石垫层的结构及施工关键技术2.1 碎石垫层结构分析2.1.1 碎石垫层作用碎石垫层能够改善土基温湿度状况，大幅度降低基层、面层受土基冻胀的影响，扩散基层、面层传导下来的行车荷载，减少土基变形量[1]
碎石垫层的作用体现包括以下方面：(1）提高路基承载力，通过碎石垫层将渗入基层的水排出
(2）隔断土基部位的毛细水上升，避免水分对基层、面层造成破坏，保持路面结构干燥性
(3）碎石垫层的粗颗粒孔隙大，不会产生毛细管现象，能够有效避免碎石垫层及以上路面结构产生冻胀
(4）当路面受到汽油、柴油污染时，碎石垫层能够有效过滤污染物，避免污染物对土地造成污染
(5）碎石垫层能够自愈路基反射裂缝，当出现裂缝时，碎石垫层受到行车荷载作用后会重新调整级配骨料、重新分布垫层应力，有效弥合裂缝[2]
2.1.2 碎石垫层对结构的影响利用Bisar软件分析碎石垫层对结构的影响，得出以下分析结论：随着碎石垫层模量的提高，水泥稳定碎石基层的拉应力随之减小，沥青层底拉应变随之增大，路面顶面压应变随之减小，路表弯沉随之减小
2.1.3 碎石垫层对承载力的影响(1）在垫层模量不变的情况下，随着轴重的增加，层底拉应力随之增加，路表弯沉随之增大；在轴重不变的条件下，随着碎石垫层模量的增大，层底拉应力随之减小，路表弯沉随之减小，路面承载力随之增大
(2）在土基模量相同的条件下，随着垫层模量的增大，层底弯拉应力随之减小，路表弯沉随之减小，有利于提高路面承载力；在垫层模量相同的条件下，随着土基模量的增大，层底弯拉应力随之减小，路表弯沉随之减小[3]
(3）根据上述分析结果得出，在土基和水泥稳定碎石层增设碎石垫层，有助于加强层底拉应力和路表弯沉控制，提高路面承载能力
2.1.4 碎石垫层对使用寿命的影响在标准轴载100kN的条件下，随着碎石垫层模量的增加，累计当量轴次次数随之增大
当碎石垫层模量达到200MPa且交通量增长率不变的情况下，路面使用寿命显著延长
2.1.5 路基模量对结构的影响路表面弯沉值、路基顶面弯沉值随着路基回弹模量的增大而减小，当路基弹性模量在40～60MPa、60～80MPa、80～100MPa、100～120MPa时，路表面弯沉分别降低13.2%、10.2%、9.6%、8.1%，路基顶面弯沉分别降低32.4%、26.8%、20.2%、17.2%
当路基回弹模量越小时，其对路表面、路基顶面弯沉值的影响越大
2.2 碎石垫层关键施工技术2.2.1 施工准备(1）材料准备
采用最大粒径为37.5mm的集料，共分为四种规格，分别为0～4.75mm、9.5～4.75mm、9.5～19mm、19～26.5mm；在施工现场硬化处理堆料场地、拌和场地的路面，按照不同粒径规格分类堆放集料，不同规格集料采用隔离措施，保证级配满足施工要求；在拌和前，需向粗集料洒水，配合使用装载机和洒水车进行洒水，要求粗集料处于保湿状态不小于12h；细集料不适用于长时间洒水保湿，需在使用细集料前洒水保湿即可[4]
(2）下承层准备
检查验收下承层质量，要求下承层表面平整、坚实，各项技术指标符合规定要求；采用20t压路机复压下承层，根据下承层的干湿程度适当洒水或晾晒
当下承层的土过湿时，除了晾晒方法外，还可以采用换土、掺石灰方式快速降低含水量，以满足施工工期要求
(3）测量放线
在直线路段施工前，每20m一断面设置一桩；在曲线段施工前，每10m一断面设置一桩；在路肩边缘、道路中心线处设置指示桩，用于标明设计高程，方便碎石垫层施工高程控制[5]
2.2.2 级配碎石拌和本工程采用厂拌法均匀拌和级配碎石，提高拌和生产率
在拌和过程中适当增加用水量，要求碎石含水量略高于最佳含水量，以弥补级配碎石在运输、摊铺和碾压过程中的水分损失量；在材料存储阶段，由于工程所在地雨水较多，所以应对细集料采取防雨措施，避免细集料受到雨水冲刷流失
2.2.3 级配碎石运输采用自卸车辆运输级配碎石，运输前清洗车辆车厢，将车辆停在下料口处等待下料；装料时分前、中、后共移动3次，不得装料过满；装料后在车厢上覆盖保温材料，减少级配碎石水分流失；当运输车辆行驶到施工现场后，要减速慢行，不允许急转弯、急刹车，避免对下承层造成破坏[6]
2.2.4 级配碎石摊铺本工程在试验路段结合采用平地机摊铺与摊铺机摊铺两种方式，待摊铺碾压后进行施工质量检测，确定最终的摊铺施工技术方案
摊铺施工技术要点如下：(1）平地机摊铺
平地机摊铺时配合使用推土机，先用推土机粗平，再利用推土机履带将级配碎石排压均匀，不得出现坑洼现象，最后用平地机精平；精平时，摊铺机从路基外侧向中心刮平，控制精平次数，以避免出现级配碎石离析；如果在精平后出现离析，则要采用换填集料或人工补洒细集料的方式进行局部处理
(2）摊铺机摊铺
自卸车将级配碎石卸入摊铺机料斗内，由摊铺机均匀摊铺，摊铺作业时加强级配碎石平整度、厚度控制；控制摊铺进行速度，尽量在级配碎石含水量下降至最佳含水量前完成摊铺[7]
2.2.4 级配碎石碾压本工程按照先轻后重、先慢后快的原则碾压，具体碾压方案如下：(1）初压
采用2台20t压路机静压，碾压时呈阶梯状排列，碾压遍数为1遍
碾压时的轮胎行进方向与摊铺机前进方向保持一致，速度为1.5～1.7km/h，错轮控制在30～50cm
(2）复压
采用18t振动压路机复压，先弱振1遍，再强振2遍，振压方式为低频高振，碾压速度控制在1.8～2.2km/h
(3）终压
采用20t压路机静压，碾压遍数为1遍，用于消除碎石垫层上的轮迹，碾压速度控制在1.8～2.2km/min
2.2.5 级配碎石接缝处理(1）横缝处理
在相邻两幅作业段的衔接部位进行搭接拌和，拌和后预留5～8m不碾压，待第二天时将预留的级配碎石与第二段摊铺的级配碎石整平后碾压；在横缝处理时加强级配碎石含水量的控制，未碾压的部位人工补水，要求达到最佳含水量
(2）纵缝处理
在前幅级配碎石摊铺时，用钢板支撑后幅摊铺的一侧，保持钢模板高度与碎石层压实厚度相同，进入后一层摊铺后先拆除钢模板；如果在摊铺前没有用钢模板支撑，则会导致垫层边缘部位难以压实，易出现斜坡现象
在摊铺后幅级配碎石前，需挖松不符合路拱要求的部位，洒水控制级配碎石含水量，再整平碾压[8]
2.2.6 成型后管理(1）在级配碎石碾压成型后，由于级配碎石水分蒸发后垫层结构处于板结状态，所以不允许压路机在路段上急刹车或调头，不允许振动压路机在垫层上再次振压
当出现急刹车或振压情况，则会造成整体结构破坏，降低结构层的承载力
(2）在垫层施工后，为避免破坏垫层，要合理规划行车路段，尽量选择路拱位置行车；行车速度控制在30km/h，速度不能过快或过慢
2.3 碎石垫层施工质量控制2.3.1 压实度控制(1）压实度是碎石垫层施工质量控制的重要指标，根据相关技术规范要求，级配碎石垫层压实度不得小于97%
本工程采用双钢轮压路机稳压、振动压路机弱振和强振施工组合，共碾压5遍，能够满足压实度要求
(2）以K120+220—K120+400路段进行压实度检测，共选取10处检测点，实验检测结果如下：碾压1遍的压实度平均值为92.4%；碾压2遍的压实度平均值为94.6%；碾压3遍的压实度平均值为96.4%；碾压4遍的压实度平均值为97.7%；碾压5遍的压实度平均值为98.9%，符合技术规范指标要求的不小于97%
2.3.2 含水量控制级配碎石含水量是影响垫层结构稳定性的关键因素，如果含水量较少，则会造成级配碎石难以形成板体结构；如果含水量较大，则会导致级配碎石离析，细集料凝结
(1）级配碎石拌和环节
在拌和设备开工前，先测定不同规格碎石材料的含水量，根据不同规格碎石的含水量调整生产配合比，调控掺水量；根据天气情况适当调整含水量指标，当遇到晴朗干燥天气时，应适当增加1%～2%的含水量，满足摊铺作业需求
(2）级配碎石摊铺碾压环节
在摊铺碾压过程中随时检测含水量，当含水量大于最大含水量时自然风干级配碎石，当含水量降至最佳含水量后再碾压；当级配碎石含水量小于最佳含水量时，利用洒水车适量补水
(3）以K230+200—K230+400桩号路段为例，最佳含水量为5.0%，现场测试拌和含水量为6.9%，级配碎石摊铺完成后的实测含水量为5.0%，达到最佳含水量要求
2.3.3 混合料级配控制(1）碎石级配控制效果直接关系到结构层功能性的实现，本工程将碎石拌和及摊铺碾压阶段作为级配控制关键关节；在拌和中，在出料口取样筛分，实测级配是否符合生产配合比要求
如果级配与生产配合比存在较大差异，则要重新调整隔挡碎石的百分比投放量；在摊铺后、碾压前，取样碎石垫层集料进行检测，判断级配是否符合技术规范要求
(2）对采用两种摊铺技术方案的试验路段混合料进行级配检测，检测结果表明使用平地机与推土机配合施工的碎石垫层级配严重偏离设计级配要求值，而采用摊铺机摊铺碎石垫层的级配在设计级配范围内
主要是因为前者施工技术方案为满足垫层平整度要求对集料反复推动，导致局部位置集料出现离析现象，影响垫层结构成型
2.3.4 弯沉检测碎石垫层结构的承载能力、强度与弯沉值有关，本工程采用标准轴载车贝克曼梁法测试行车道碎石垫层、土基弯沉值，检测位置包括右行车道右轮、左轮，左行车道右轮、左轮，试验检测结果如下：(1）右行车道右轮、左轮的碎石垫层弯沉值为60.3(0.01mm）、85.0(0.01mm），垫层底土基弯沉值为106.3(0.01mm）、130.1(0.01mm）；右行车道右轮、左轮的碎石垫层弯沉值为59.1(0.01mm）、96.3(0.01mm），垫层底土基弯沉值为114.3(0.01mm）、121.9(0.01mm）
(2）根据检测结果表明，碎石垫层弯沉值与土基弯沉值相比分别提高76.3%、53.1%、93.3%、26.6%，由此说明路基整体稳定性大幅度增强
2.3.5 渗水性能检测碎石垫层渗水性能直接反映基层排水性，当垫层具备良好的渗水性能时，能够有效减缓水损坏
本工程采用沥青混合料渗水系数检验方法分析碎石垫层透水性能，在摊铺机摊铺路段选取6处检测点，检测结果为320mL/min、430mL/min、340mL/min、365mL/min、475mL/min、450mL/min
根据检测结果表明，碎石垫层渗水系数稳定性良好，集料离析较小，能够达到级配设计要求
2.3.6 回弹模量检测碎石垫层回弹模量关系到路基整体强度，一般情况下土基的回弹模量为40～80MPa，水泥稳定碎石的回弹模量不小于1 200MPa
以K144+170—K144+350桩号路段为例，选取20处回弹模量检测点，检测结果在122.1～195.8MPa，表明路基整体强度得到有效提升
3 结语在公路工程施工中，通过铺设碎石垫层能够显著提升半刚性基层层底拉应力、路基顶边压应力、路表弯沉值，起到改善路面结构性能的作用，延长路面使用寿命
在碎石垫层铺设中，要加强压实度、含水量、碎石级配、弯沉值和回弹模量控制，提高碎石垫层施工质量，确保路基强度得到整体性提升
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