級(jí)配碎石倒裝結(jié)構(gòu)在養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

楊美坤,王 飛,楊 洋

（1.山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.齊魯交通發(fā)展集團(tuán)，山東 濟(jì)南 250101）

引言

目前，我國(guó)高速公路瀝青路面多為無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層瀝青路面，基層強(qiáng)度高、整體性強(qiáng)，是一種良好的筑路材料，但易產(chǎn)生溫縮、干縮裂縫，反射至瀝青面層形成反射裂縫。為減少或延緩基層反射裂縫，除增加瀝青面層的厚度等措施外，可在無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層上設(shè)置級(jí)配碎石層或?yàn)r青碎石層[1]。

福建省在無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層上同時(shí)設(shè)置級(jí)配碎石層和瀝青碎石層，瀝青碎石層厚度一般為15～18 cm，瀝青混凝土面層為10 cm；當(dāng)僅設(shè)置級(jí)配碎石層，且瀝青面層較薄時(shí)，國(guó)外常稱為“倒裝結(jié)構(gòu)”路面，這種結(jié)構(gòu)在南非、澳大利亞等較為普遍，其中南非高等級(jí)公路常用的路面結(jié)構(gòu)為5 cm瀝青混凝土面層+15 cm級(jí)配碎石聯(lián)接層+30 cm水泥碎石基層+路基改善層。

1 既有高速概況

試驗(yàn)路所在高速公路于2000年建成通車，2010年中修加鋪罩面4 cm SMA-13，現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)組合為4 cm SMA-13+4 cm AC-13+5 cm AC-20+6 cm AC-25+2×18 cm 水泥穩(wěn)定碎石+18 cm 水泥穩(wěn)定砂礫。

目前，路段主要病害為橫縫，裂縫間距多在15～30 m不等，取芯發(fā)現(xiàn)裂縫多為基層反射裂縫，基層芯樣多數(shù)已開裂，但僅個(gè)別芯樣完全松散破碎、不成形。

根據(jù)2016年交通量觀測(cè)數(shù)據(jù)，交通量自然數(shù)為14 584輛/天，換算為標(biāo)準(zhǔn)車為23 463輛/天，車型見表1。

2 倒裝結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

倒裝結(jié)構(gòu)組合首先需確定級(jí)配碎石層的厚度，其厚度多采用10～15 cm，如法國(guó)一般為12 cm，澳大利亞為10 cm，南非多為15 cm。鐘夢(mèng)武等建議級(jí)配碎石基層厚度的適宜范圍為12～18 cm,宜采用15 cm[2]，試驗(yàn)段級(jí)配碎石基層厚度取14 cm。

倒裝結(jié)構(gòu)中瀝青面層受力模式與典型無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層瀝青路面結(jié)構(gòu)不同，荷載作用下，瀝青面層層底受拉，面層太薄時(shí)，易發(fā)生疲勞開裂，文獻(xiàn)推薦高速公路的瀝青面層厚度宜大于12 cm[2]。項(xiàng)目通過采用SMA-13、高模量改性瀝青混凝土等高品質(zhì)瀝青混合料，將瀝青面層厚度減薄至10 cm，同時(shí)為分析薄瀝青面層倒裝結(jié)構(gòu)損傷特點(diǎn)，設(shè)置了5 cm瀝青面層試驗(yàn)對(duì)比段。

最終確定的倒裝結(jié)構(gòu)組合見圖1。

圖1 倒裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)組合

級(jí)配碎石基層上噴灑PC-2乳化瀝青、鋪設(shè)熱融橡膠瀝青碎石封層，以增強(qiáng)瀝青面層與級(jí)配碎石基層之間的層間粘結(jié)，同時(shí)防止水分滲入級(jí)配碎石層。

級(jí)配碎石基層為典型的非線形材料，其側(cè)向約束越大，強(qiáng)度越高。因此，舊路銑刨時(shí)級(jí)配碎石層寬度方向各預(yù)留50 cm臺(tái)階不銑刨，作為側(cè)向約束；同時(shí)，考慮到級(jí)配碎石基層浸水后強(qiáng)度降低，在路側(cè)每隔30 m設(shè)置橫向邊緣排水系統(tǒng)一處。

3 級(jí)配碎石基層混合料設(shè)計(jì)

3.1 公稱最大粒徑要求

為避免離析，確保級(jí)配碎石層具有穩(wěn)定的技術(shù)性能，集料公稱最大粒徑宜為26.5 mm，當(dāng)碎石層強(qiáng)度難以達(dá)到規(guī)定要求（CBR≥200%）時(shí)，也可將公稱最大粒徑設(shè)增大到31.5 mm，但不得超過31.5 mm。

3.2 集料分檔與摻配

級(jí)配碎石需用不少于4種規(guī)格的碎石摻配拌制而成，一般可按0.075～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～19 mm、19～26.5 mm共4檔集料按比例摻配。

3.3 級(jí)配設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

（1）試件成型方式：重型擊實(shí)；（2）CBR值：不小于200%（最佳含水率下3層擊實(shí)98次、4 d飽水）；（3）固體體積率：85%～90%。

3.4 壓實(shí)度及強(qiáng)度

（1）壓實(shí)度：依據(jù)重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，按照灌砂法試驗(yàn)測(cè)級(jí)配碎石基層壓度應(yīng)≥100%。（2）回彈模量：采用承載板試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試回填模量值應(yīng)≥400 MPa。

3.5 推薦級(jí)配

推薦級(jí)配范圍見表2，施工時(shí)應(yīng)通過配合比試驗(yàn)，選擇CBR值最大且固體體積率滿足設(shè)計(jì)要求的級(jí)配作為最優(yōu)級(jí)配。

表2 級(jí)配碎石推薦級(jí)配范圍

4 級(jí)配碎石壓實(shí)工藝

4.1 級(jí)配碎石基層施工流程

準(zhǔn)備工作面→施工放樣→拌和與運(yùn)輸→攤鋪→碾壓→接縫處理→透層、粘層。

4.2 級(jí)配碎石碾壓注意事項(xiàng)

（1）在攤鋪好的混合料達(dá)到碾壓長(zhǎng)度（40 m）、表面水分尚未大量蒸發(fā)，含水量處于最佳含水量或略大于最佳含水量時(shí)立即進(jìn)行碾壓。如需要補(bǔ)充混合料水分時(shí)，應(yīng)采用噴霧式灑水車適量灑水。（2）用壓路機(jī)跟在攤鋪機(jī)后在全寬范圍內(nèi)進(jìn)行碾壓。碾壓應(yīng)遵循先輕后重、先慢后快、從低到高的原則。（3）碾壓程序應(yīng)按試驗(yàn)路確認(rèn)的方法進(jìn)行。碾壓時(shí)，應(yīng)重疊1/2輪寬，后輪必須超過兩段的接縫處。各部分碾壓到的次數(shù)應(yīng)盡量相同，壓路機(jī)碾壓不到的地方用小型平板式振動(dòng)器施振密實(shí)。

4.3 初步建議壓實(shí)工藝

（1）初壓：振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍；（2）復(fù)壓：輪胎壓路機(jī)1遍，振動(dòng)壓路機(jī)弱振1遍，然后強(qiáng)振2遍，再靜壓1遍。（3）終壓：膠輪壓路機(jī)碾壓2遍,實(shí)際施工中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整，以達(dá)到要求的壓實(shí)度為準(zhǔn)，但同時(shí)要避免碾壓過程中造成集料顆粒破碎。（4）嚴(yán)禁壓路機(jī)在已經(jīng)碾壓成型的或正在碾壓的級(jí)配碎石路段上調(diào)頭或緊急制動(dòng)。（5）壓實(shí)后表面做到平整密實(shí)，無(wú)輪跡或隆起，不得產(chǎn)生“大波浪”現(xiàn)象。施工過程中及時(shí)用3 m直尺進(jìn)行平整度檢測(cè)，不合格立即處理。

5 試驗(yàn)路觀測(cè)

通車半年后，對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。倒裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段（一）、（二）均未發(fā)現(xiàn)橫向裂縫。病害主要為倒裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段（一）的龜裂，集中在行車道右側(cè)邊緣，病害區(qū)域無(wú)明顯變形，病害形態(tài)見圖1。

通過查閱施工記錄，分析病害產(chǎn)生原因主要是鋪筑瀝青面層時(shí)，橡膠瀝青碎石封層粘輪嚴(yán)重，見圖2。由于級(jí)配碎石為無(wú)粘結(jié)散粒材料，封層脫落后，瀝青面層與級(jí)配碎石基層間無(wú)法產(chǎn)生有效粘結(jié)，導(dǎo)致瀝青面層單獨(dú)受力，在荷載反復(fù)作用下，特別是薄瀝青面層情況下，極易過早產(chǎn)生疲勞破壞形成龜裂。

圖1 倒裝結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段（一）龜裂病害

圖2 橡膠瀝青碎石封層脫落

6 結(jié)語(yǔ)

（1）級(jí)配碎石基層的施工質(zhì)量驗(yàn)收宜采用壓實(shí)度和回彈模量雙指標(biāo)控制。（2）由于級(jí)配碎石為無(wú)粘結(jié)材料，與瀝青層間粘結(jié)較差，薄瀝青面層的倒裝結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)層間粘結(jié)設(shè)計(jì)，避免瀝青面層單獨(dú)受力，過早的產(chǎn)生疲勞開裂。（3）為增加級(jí)配碎石層與瀝青面層之間的粘結(jié)效果，可參照水泥混凝土路面碎石后表層處置，增大透層灑布量，同時(shí)封層宜采用低粘度或不粘輪瀝青。（4）級(jí)配碎石倒裝結(jié)構(gòu)可有效減緩無(wú)機(jī)結(jié)合料基層反射裂縫產(chǎn)生，但瀝青面層易產(chǎn)生疲勞開裂，因此，瀝青面層不宜過薄，結(jié)合本試驗(yàn)段觀測(cè)結(jié)果，瀝青面層厚度宜不小于10 cm。