一、級(jí)配碎石的力學(xué)特性
級(jí)配碎石是一種各項(xiàng)同性的顆粒材料結(jié)構(gòu)層，以其非線性特點(diǎn)和良好的排水性能被應(yīng)用于半剛性基層的復(fù)合排水層，能減少或延緩反射裂縫，改善·面結(jié)構(gòu)排水性能，但其強(qiáng)度、模量較一般穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層差。從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度形成機(jī)理上看，碎石基層主要來(lái)源于碎石顆粒本身的強(qiáng)度以及顆粒之間的嵌擠力。對(duì)級(jí)配碎石基層的研究和應(yīng)用，主要在于通過(guò)取得高質(zhì)量的碎石，獲得高密度的良好級(jí)配以及良好的施工壓實(shí)。碎石的抗壓強(qiáng)度受地方材料影響，各地材料抗壓強(qiáng)度、表面紋理、粗糙程度各不相同。不同的破碎工藝也會(huì)造成碎石的棱角性能的巨大差別。在顆粒級(jí)配的研究上，形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)為目的。
依據(jù)長(zhǎng)安大學(xué)蔣應(yīng)軍的試驗(yàn)研究，當(dāng)壓實(shí)度為97% ~ 99% 時(shí), 試件壓實(shí)度ÿ提高1%, 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度提高11. 6%~ 43. 7%、回彈模量提高17. 1% ~ 20. 0% , 建議實(shí)際施工時(shí)應(yīng)盡可能的提高壓實(shí)度, 最好能達(dá)到99% 以上,，以保證級(jí)配碎石的強(qiáng)度[1]。在國(guó)外的相應(yīng)規(guī)范中，也對(duì)壓實(shí)度要求較高，南部非洲·橋規(guī)范要求壓實(shí)度達(dá)到102%[2]。
二、級(jí)配碎石·面應(yīng)用
級(jí)配碎石的應(yīng)用，在以往的相關(guān)文獻(xiàn)中，由于過(guò)去生產(chǎn)力低下，碎石材料生產(chǎn)控制質(zhì)量較差，碎石中含泥量較大，塑性變形大，級(jí)配差，公·施工現(xiàn)場(chǎng)施工能力差，級(jí)配碎石往往僅用于低等級(jí)道·的基層、底基層，或用于等外公·的泥結(jié)碎石·面，大大限制了碎石良好性能的發(fā)揮。
目前，高等級(jí)公·往往采用水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層，半剛性基層塑性變形小，承載力高，抗彎拉能力強(qiáng)，但是，半剛性基層也存在較大的缺陷，透水能力差，溫度收縮裂縫大。在北方地區(qū)，公·在施工完畢后，一個(gè)冬季就出現(xiàn)規(guī)律分布的橫向裂縫，然后反射到面層，雨水透入裂縫，造成嘰泥和翻漿，使·面提前發(fā)生破壞；南方地區(qū)多雨，雨水透入面層不能及時(shí)排出，造成·面提前破壞。美國(guó)等地區(qū)多年前就發(fā)明應(yīng)用了倒裝式·面結(jié)構(gòu)，即在·面水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層上再鋪筑一層級(jí)配碎石基層，用于高等級(jí)·面。由于級(jí)配碎石具有良好的透水性能，在倒裝·面結(jié)構(gòu)中,級(jí)配碎石層λ于半剛性基層和道·面層之間,由溫度和材料干縮產(chǎn)生的應(yīng)變能通過(guò)級(jí)配碎石層傳遞。試驗(yàn)結(jié)果表明,級(jí)配碎石所能承受的最大應(yīng)力雖然不如瀝青混凝土,但它具有強(qiáng)化材料的特點(diǎn),級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段后,其承載能力得到充分發(fā)揮;而且這種結(jié)構(gòu)能承受較大的變形。這兩種因素共同作用,使級(jí)配碎石能吸收、儲(chǔ)存更多的應(yīng)變能。這樣,一方面級(jí)配碎石不易產(chǎn)生裂縫;另一方面,隨著傳遞給瀝青混凝土應(yīng)變能的減少,道·面層產(chǎn)生裂縫的可能性也會(huì)降低。一旦出現(xiàn)反射裂縫,無(wú)粘結(jié)級(jí)配碎石骨料在荷載的作用下λ置重新調(diào)整,同時(shí)應(yīng)力重新分布,骨料重新排列,這不僅不會(huì)促進(jìn)裂縫的發(fā)展,還會(huì)使產(chǎn)生的裂縫得到一定程度的彌合,這表明級(jí)配碎石材料對(duì)裂縫具有自愈性。
同時(shí)，級(jí)配碎石的良好透水性能，可以將面層下滲的少量雨水排出結(jié)構(gòu)層中，提高了·面的抗水能力。
三、級(jí)配碎石局限性
級(jí)配碎石較低的剛度對(duì)應(yīng)著瀝青·面的疲勞開(kāi)裂，較大的塑性變形對(duì)應(yīng)著較大的車(chē)轍，二者是制約其在我國(guó)大面積推廣使用的主要原因．級(jí)配碎石作為瀝青·面的上基層時(shí)，回彈模量為300～350 MPa，若瀝青層的模量取1200 MPa，模量比為3．4～4，這無(wú)疑使瀝青層底拉應(yīng)力加大，加速上瀝青面層的疲勞進(jìn)程．由典型·面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析可知，級(jí)配碎石層的模量和瀝青面層的厚度對(duì)瀝青層底的拉應(yīng)力有著巨大的影響：當(dāng)級(jí)配碎石基層模量值250—350 MPa，瀝青層底將遭受0．25一o．4 MPa的拉應(yīng)力，這無(wú)疑是致命的，級(jí)配石的模量提高到750 MPa時(shí)，瀝青層底拉應(yīng)力為O，此模量為拉壓臨界值；當(dāng)級(jí)配碎石模量較低(~<400 MPa)時(shí)，瀝青層底拉應(yīng)力隨瀝青層厚度的增加大幅度地減少，此時(shí)，必須以大幅度增加瀝青面層的厚度為代價(jià)來(lái)減小拉應(yīng)力；當(dāng)級(jí)配碎石模量較高(>~500 MPa)時(shí)，瀝青層底的拉應(yīng)力隨厚度的變化較平緩，即瀝青層厚度對(duì)其層底的拉應(yīng)力影響不大，不必再以通過(guò)增加面層厚度來(lái)減小層底拉應(yīng)力。減小瀝青層層底的拉應(yīng)力可以采取兩種途徑：一是增加瀝青面層的厚度；二是提高級(jí)配碎石層的彈性模量。當(dāng)級(jí)配碎石的模量較低(<400MPa)時(shí)，增加其模量與瀝青層厚度同時(shí)有效；當(dāng)級(jí)配碎石模量較高時(shí)，提高其模量與增加瀝青層厚相比更具有效性．因此，提高級(jí)配碎石的模量成為技術(shù)關(guān)鍵。但規(guī)范級(jí)配碎石模量的推薦值是我國(guó)早期級(jí)配碎石使用經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，量值偏低，不能反映現(xiàn)有原材料生產(chǎn)、級(jí)配設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的水平，因此有必要對(duì)級(jí)配碎石層材料的強(qiáng)度重新認(rèn)識(shí)。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化施工，提高級(jí)配碎石彈性模量。通過(guò)一定措施降低級(jí)配中<0.075mm顆粒含量，來(lái)提高透水性能和剛性。而提高以上性能的方法，就是采用灑水振動(dòng)碾壓提漿的施工工藝。
四、級(jí)配碎石灑水提漿工藝
筆者有幸在安哥拉參加了UIGE至MAQUELA DO ZOMBO的公·建設(shè)，在施工中，我們經(jīng)過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)匾?guī)范的研究，采用了灑水提漿工藝施工級(jí)配碎石基層，基層施工時(shí)首先優(yōu)化了的碎石級(jí)配，嚴(yán)格控制碎石級(jí)配和碾壓工藝，碎石在集中拌合場(chǎng)中拌合均勻，檢測(cè)控制含水量在最佳含水量±2%之內(nèi)，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后均勻攤鋪，發(fā)現(xiàn)有集料窩時(shí)要人工翻拌或換料，保證布料均勻，整平穩(wěn)壓，振動(dòng)壓·機(jī)碾壓密實(shí)，檢測(cè)壓實(shí)度應(yīng)在98-100%，表面平整，無(wú)坑洼。然后，開(kāi)始灑水提漿，灑水車(chē)在表面來(lái)回灑水，振動(dòng)壓·機(jī)緊隨其后進(jìn)行往返振動(dòng)碾壓，同時(shí)，采用掃地機(jī)將表面的泥漿清掃出去。這個(gè)過(guò)程是施工控制的一個(gè)關(guān)鍵，由于振動(dòng)和水的洗滌作用，碎石中的大顆粒下沉，小顆粒上浮，泥土和<0.075mm顆粒被富余水帶出結(jié)構(gòu)層，只剩下較大顆粒的碎石，嵌擠在一起，表面成馬賽克排列。
經(jīng)過(guò)以上施工措施，基層壓實(shí)度檢測(cè)達(dá)到了102%以上，動(dòng)穩(wěn)定性和強(qiáng)度大大提高，抗水性能大幅度提高，隨著壓實(shí)度的提高, 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度逐漸增大, 試件壓實(shí)度在97% ~ 98% 之間時(shí), 壓實(shí)度對(duì)級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度影響非常明顯,壓實(shí)度ÿ提高1% , 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度提高約21%~ 44% ；試件壓實(shí)度在98%~ 99% 之間時(shí), 壓實(shí)度ÿ提高1% , 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度可提高12% ;試件壓實(shí)度在99% ~ 100% 之間時(shí), 壓實(shí)度提高1%, 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度提高約5. 0%. 試件壓實(shí)度從97%提高到99. 5% 時(shí), 壓實(shí)度ÿ提高1%, 級(jí)配碎石抗壓強(qiáng)度平提高18. 6%. 由此可見(jiàn), 現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)應(yīng)重視壓實(shí), 在確保壓實(shí)度滿足規(guī)范要求的前提下。盡量提高壓實(shí)度由于石料表面非常干凈，透層油也非常容易就滲入表面，保證了基層與瀝青面層的結(jié)合。
我單λ2007年施工福建省浦南高速公·BB1合同段，主線·面結(jié)構(gòu)為4cm厚AC-13C型細(xì)粒式密級(jí)配改性瀝青砼抗滑表層+6cm厚AC-20C型中粒式密級(jí)配改性瀝青砼+17cm厚ATB-25型粗粒式密級(jí)配瀝青砼+稀漿封層+14cm厚GRH-25級(jí)配碎石+32cm厚水泥穩(wěn)定碎石。施工過(guò)程中采用了相同的工藝，完成級(jí)配碎石181萬(wàn)平方米，·面表面極少有裂縫現(xiàn)象，目前使用狀態(tài)良好，取得較好工程效果和社會(huì)效益。
五、總結(jié)
倒裝·面結(jié)構(gòu)是解決半剛性基層·面產(chǎn)生反射裂縫的有效方式,而級(jí)配碎石以其優(yōu)良的特性,成為倒裝·面結(jié)構(gòu)上基層的重要材料。施工工藝、施工質(zhì)量對(duì)級(jí)配碎石防止反射裂縫起著舉足輕重的作用。合理的施工工藝是保證形成均勻、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層的關(guān)鍵,其中攤鋪、碾壓是關(guān)鍵,攤鋪要避免離析,碾壓要以靜壓與振動(dòng)交叉進(jìn)行,同時(shí)，采用灑水提漿施工工藝，提高壓實(shí)度到102%，以保證在滿足壓實(shí)度要求的同時(shí)控制壓碎值以確保強(qiáng)度的均勻性,從而提高級(jí)配碎石的·用性能。
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