級配碎石施工技術(shù)規(guī)范

級配碎石施工技術(shù)規(guī)范6.1一般規(guī)定6.1.1由各種大小不同粒級集料組成的混合料，當(dāng)其級配符合技術(shù)規(guī)范的規(guī)定時(shí)，稱其為級配型集料。級配型集料中，沒有水泥、石灰等水硬性結(jié)合料，也沒有瀝青，所以在國外常稱其為無結(jié)合料粒料或無結(jié)合料材料。級配型集料中常含有一定數(shù)量的細(xì)土(指粒徑小于0.5mm的顆粒，國外有不少國家常用0.425mm)，細(xì)土中有時(shí)有一定數(shù)量的粉粒(粒徑小于0.05mm的顆粒，有不少國家用小于0.075mm)和粘粒(粒徑小于0.002mm的顆粒)，并具有或大或小的塑性指數(shù)。6.1.2級配碎石宜用幾種不同粒級的碎石組配而成。用做中間層的級配碎石更應(yīng)用幾種不同粒級的碎石組配而成。它能更好地保證碎石的顆粒組成符合規(guī)定的要求，并達(dá)到高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。6.1.4、6.1.5級配型集料包括級配碎石、級配碎礫石(碎石和砂礫的混合料，也常將礫石中的超尺寸顆粒軋碎后與砂礫一起組成碎礫石)和級配礫石(或稱級配砂礫)。級配型集料可以用做瀝青路面和水泥混凝土路面的基層和底基層，也可用做路基改善層。在排水良好的前提下，級配型集料可在不同氣候區(qū)用于不同交通等級的道路上。在潮濕多雨地區(qū)使用級配型集料特別有利。級配型集料用做路面的不同層次或用于路面中的不同位置，取決于材料本身的特性、材料的質(zhì)量、氣候條件、交通組成和交通量以及每個(gè)國家的使用經(jīng)驗(yàn)。一般而言，在路面結(jié)構(gòu)中使用級配集料有三種方法：1.在輕交通道路上用在薄瀝青面層下。幾乎所有的國家都采用這種結(jié)構(gòu)。2.在重交通道路上用在厚瀝青面層下。在這種情況下，可能有兩種方式：一種是施工質(zhì)量很好的高質(zhì)量的級配碎石，直接用在厚瀝青面層下作為基層；另一種是施工質(zhì)量略次的級配集料用于較深的位置，通常用于有結(jié)合料基層的下面。3.不少國家常將級配碎石用做瀝青面層與水硬性結(jié)合料處治基層(有的國家稱為底基層)之間的中間層，以減輕水硬性結(jié)合料處治層的干縮裂縫反射到瀝青面層上，即減輕反射裂縫。也有利于排除路面結(jié)構(gòu)層中的水，減少甚至消除基層的沖刷現(xiàn)象。這種路面結(jié)構(gòu)，又常稱之為“倒裝結(jié)構(gòu)”。用做中間層時(shí)，級配碎石中不應(yīng)加砂或砂礫。使用級配型集料的兩個(gè)決定性因素是施工質(zhì)量和軸載。當(dāng)這兩個(gè)條件有利時(shí)，級配碎石即使在薄瀝青面層或?yàn)r青表面處治下也會工作得很好。當(dāng)軸載較大時(shí)，在某一交通水平以上，這種路面結(jié)構(gòu)就不合適了。一些國家使用級配集料做基層時(shí)對重車交通的限制列在附表6.1.4中。根據(jù)一些國家的統(tǒng)計(jì)資料，在高速公路和一級公路上，使用級配碎石做瀝青路面的基層時(shí)，基層上瀝青結(jié)合料層的總厚度在22~31cm內(nèi)變化。在英國1987年的新路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，瀝青混合料層的總厚度達(dá)42cm。國外對用級配型集料做的基層或底基層，常稱做無結(jié)合料基層或無結(jié)合料底基層。級配型集料還可用做低等級道路上的面層，即用做中級路面。此時(shí)，級配型集料中的細(xì)土含量和塑性指數(shù)都較高。因此，適宜用做面層的級配集料不適宜用做瀝青路面和水泥混凝土路面的基層和底基層。細(xì)土含量和塑性指數(shù)都較高的級配型集料雖然可以用做中級路面，直接承受行車荷載的作用，但考慮到過一定時(shí)間后；中級路面會被改善成瀝青路面，為了避免在鋪筑瀝青面層時(shí)，將原中級路面挖翻處治(在我國以往常用石灰)，對于中級路面也宜采用本規(guī)范中規(guī)定的級配集料做承重層。另外采用細(xì)土含量和塑性指數(shù)都較高的細(xì)級配集料做磨耗層，例如，砂土磨耗層、細(xì)砂礫磨耗層或細(xì)碎石磨耗層等。附表6.1.4使用級配型集料層的限制就力學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性而言，級配碎石是級配集料中最好的材料，也是無結(jié)合料材料中最好的材料；級配礫石則是級配集料中最次的集料；級配碎礫石則處于前兩者之間。級配碎石可用做高速公路和一級公路路面的基層，級配碎礫石可用做一般道路路面的基層，級配礫石可用做輕交通道路路面的基層。決定級配集料層力學(xué)性質(zhì)的主要參數(shù)是彈性模量(或回彈模量)、抗剪強(qiáng)度和抗永久形變能力。級配集料層的理想性質(zhì)是，它應(yīng)有高的勁度(相當(dāng)于彈性模量)，以提供良好的荷載分布性質(zhì)；應(yīng)該有高的抗剪強(qiáng)度，以減輕車輛(包括施工車輛)作用下的轍槽；應(yīng)該有高的透水性，以使進(jìn)入的自由水能快速排出：其中細(xì)土應(yīng)該沒有塑性，以保證良好的水穩(wěn)性，并應(yīng)該是無冰凍敏感性。決定級配集料層力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)主要與集料的摩阻作用、嵌鎖作用和粘結(jié)作用有關(guān)。摩阻作用本身則與所產(chǎn)生的應(yīng)力以及顆粒接觸面上能達(dá)到的摩阻力有關(guān)。應(yīng)力與集料層的密實(shí)度和所處的位置有關(guān)，而集料層的密實(shí)度則與顆粒的級配和形狀有關(guān)。顆粒接觸面上能達(dá)到的摩阻力與顆粒的強(qiáng)度和顆粒的表面紋理有關(guān)。影響級配集料結(jié)構(gòu)層力學(xué)性質(zhì)的其他重要因素有集料的含水量、加工和攤鋪集料的均勻性、碾壓密實(shí)度以及下承層的承載能力。級配集料的強(qiáng)度和抗形變能力與集料的類型(指碎石、碎礫石或礫石)、集料的級配，特別是其中的最大粒徑、集料中5mm以下顆粒的含量、集料中小于0.075mm的顆粒含量有關(guān)。而其水穩(wěn)性和冰凍穩(wěn)定性又與0.5mm以下顆粒的含量及其塑性指數(shù)有關(guān)。此外，這類材料的勁度、強(qiáng)度、抗形變能力和穩(wěn)定性都與集料的密實(shí)度成正比。在實(shí)際工作中，對于級配集料，主要要控制顆粒的級配組成，特別是其中的最大粒徑，5mm以下、0.5mm以下和0.075mm以下的顆粒含量以及塑性指數(shù)。同時(shí)，在施工中要嚴(yán)格控制級配集料的均勻性(它包括級配組成和含水量)和壓實(shí)度(或密實(shí)度)。澳大利亞維多利亞州約有70％的瀝青路面是級配碎石基層上鋪筑瀝青表面處治，這種路面結(jié)構(gòu)不單在一般干線公路上用，甚至在墨爾本至悉尼的高速公路的郊外路段上也用，有的路段已使用了8~9年，使用性能仍然很好，路面平整無形變。通常，每過8~9年再做一次封層(單層表面處治)，以恢復(fù)表面的抗滑性能。維多利亞州公路局稱這種路面為“重負(fù)荷的柔性路面”。在維多利亞州，在單向一個(gè)車行道上的標(biāo)準(zhǔn)軸載(80kN)數(shù)為1000～1500(包括上述高速公路的郊外路段)的公路上常采用這種路面結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)期為30年、累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次為2×107~3×107的公路上，采用的典型路面結(jié)構(gòu)是總厚570mm，包括2×100mm(兩層，每層厚l00mm)高質(zhì)量中粒式級配碎石、2×100mm質(zhì)量較次的中粒式級配碎石、170mm可挖掘壓碎的軟質(zhì)石料(無嚴(yán)格的級配要求)墊層，見附圖6.1.5-1。他們總結(jié)這種路面結(jié)構(gòu)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是初期費(fèi)用低，只有“碎石基層、瀝青混凝土面層”結(jié)構(gòu)的70％；二是路面結(jié)構(gòu)中的材料不遭受疲勞。要做好這種路面，在設(shè)計(jì)和施工兩方面都要做好，特別是施工十分重要。根據(jù)他們的經(jīng)驗(yàn)，如何保證級配碎石的級配和塑性指數(shù)符合要求，如何保證拌和均勻、含水量合適和均勻，攤鋪均勻以及壓實(shí)到規(guī)定的密實(shí)度，是施工過程中的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是保證這種路面結(jié)構(gòu)具有良好使用性能和長期使用壽命的重要環(huán)節(jié)。他們認(rèn)為，注意橫斷面設(shè)計(jì)、排水設(shè)計(jì)和材料選擇，以預(yù)防水進(jìn)入或滯留在路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，可以明顯提高路面的使用性能和延長其使用壽命。高速公路和一級公路采用的典型橫斷面(一個(gè)方向)如附圖6.1.5-2。在此路面上的加速加載試驗(yàn)表明，隨作用次數(shù)增加，彎沉值漸趨穩(wěn)定，大致與初期彎沉值相同，見附圖6.1.5-3。用級配碎石做薄或較薄瀝青面層與半剛性基層之間的中間層在國外常稱做“倒裝結(jié)構(gòu)”或夾層式路面。這種結(jié)構(gòu)在美國、澳大利亞、南非等使用較為普遍。由于此中間層能減少半剛性基層裂縫向上反射，所以級配碎石中間層又稱應(yīng)力消減中間層。在南非的高等級公路上常用的路面結(jié)構(gòu)為5cm瀝青混凝土面層、15cm級配碎石中間層、30cm水泥碎石基層和路基改善層，并認(rèn)為這種路面結(jié)構(gòu)能承擔(dān)12×106~50×106標(biāo)準(zhǔn)軸次。在南非的一般公路上，在15cm級配碎石中間層上只做3cm瀝青面層。南非一國際機(jī)場預(yù)計(jì)通行波音747超級B飛機(jī)500000次，該飛機(jī)最大質(zhì)量336500kg,起落架上每個(gè)主要輪胎上的荷載約220kN，輪胎接觸壓力為1.463MPa，一個(gè)輪胎著地面積當(dāng)量圓的半徑為21.88cm，采用的路面結(jié)構(gòu)為7cm瀝青混凝土面層、l0cm級配碎石中間層、30cm水泥碎石基層、45cm水泥碎石底基層，此路面經(jīng)過用荷重200kN的飛機(jī)輪胎做加速加載試驗(yàn)，作用100000次，除產(chǎn)生6mm轍槽外，無其他損壞現(xiàn)象。美國維吉尼亞州多年來將夾層式路面結(jié)構(gòu)作為其主要路面結(jié)構(gòu)之一。它包括160mm水泥土或水泥砂礫底基層、100~200mm集料基層和l00mm及l(fā)00mm以上的瀝青混凝土面層。1988年10月建成的京石高速公路正定試驗(yàn)路中有三段采用了級配碎石中間層，瀝青混凝土面層的厚度兩段為6cm，一段為9cm，級配碎石中間層厚l0cm，二灰碎石或水泥碎石基層厚l0cm，石灰土底基層，路面總厚度為63cm，1992年3月測得此三段的路表平均彎沉值分別為0.14mm、0.16mm和0.21mm，其他路段最大彎沉值為0.19mm，17個(gè)路段中彎沉值大于0.14rmn的有6個(gè)。可見級配碎石中間層并沒有明顯增大路面的彎沉值。加速加載試驗(yàn)證明，6cm瀝青面層、l0cm級配碎石中間層這種夾層式路面的抗永久形變能力大于15cm瀝青面層、12cm水泥碎石基層和36cm石灰土底基層這種半剛性路面。6.1.6同本規(guī)范條文說明3.2.1條。6.1.7(6)每層壓實(shí)厚度15～18cm是從一般要求出發(fā)考慮的。由于材料層壓實(shí)后，其密實(shí)度總是上部大、下部小，有時(shí)上下部的壓實(shí)度可能差8％~10％，為達(dá)到高的壓實(shí)度，宜將一次壓實(shí)厚度減小。本條文說明6.1.4條所述澳大利亞維多利亞州的雙層表面處治級配碎石路面，施工時(shí)40cm厚級配碎石分四層施工，每l0cm一層。他們采用級配碎石的標(biāo)稱最大粒徑19mm，19~26.5mm(方孔篩)顆粒的含量為0~5％，采用集中廠拌法拌制不同粒級的碎石和用攤鋪機(jī)攤鋪混合料，用振動壓路機(jī)壓實(shí)，所得級配碎石層質(zhì)量相當(dāng)均勻，其平均壓實(shí)度達(dá)到102％，標(biāo)準(zhǔn)差為2％。6.2材料6.2.5各國對級配集料中粒徑小于0.5mm的顆粒含量的規(guī)定有很大差異，前蘇聯(lián)規(guī)定的含量最少，小于15％，有的國家多達(dá)40％。這種細(xì)土的液限和塑性指數(shù)對級配集料的水穩(wěn)性有很大影響。液限和塑性指數(shù)愈大，集料的水穩(wěn)性愈不好。用不同塑性指數(shù)的0~40mm的相同級配的集料，在最佳含水量下用重型擊實(shí)試驗(yàn)法制成的試件，經(jīng)浸水96h后進(jìn)行承載比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見附圖6.2.5。由圖中可以看到，雖然各個(gè)試件集料的級配相同，僅小于0.5mm顆粒的塑性指數(shù)不同，少量塑性細(xì)土對集料的承載比產(chǎn)生了很明顯的影響，塑性指數(shù)愈大，承載比愈小，或水穩(wěn)性愈不好。試驗(yàn)證明，級配集料中加入少量塑性細(xì)土，不單要降低級配集料的承載能力，而且要降低級配集料的剛性和抗形變能力，使得級配集料在相同荷載作用下產(chǎn)生較大的形變。因此，使級配集料基層的塑性指數(shù)降到0，可以明顯地減少塑性形變或轍槽。在實(shí)際工作中，對于級配碎石以及無塑性指數(shù)的級配礫石，除嚴(yán)格掌握其顆粒組成外，不應(yīng)向其中添加任何塑性土。各國豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，級配集料用做瀝青路面的基層時(shí)，必須嚴(yán)格控制其液限和塑性指數(shù)。凡級配集料基層的塑性指數(shù)超過一定數(shù)值的路段，瀝青面層往往過早破壞。在不同情況下的低塑性的級配集料基層經(jīng)常使用得很好。限制級配集料中細(xì)土的液限和塑性指數(shù)，是為了在集料的含水量增加時(shí)，仍能保持集料有足夠的強(qiáng)度。一般說來，同樣用做基層的級配集料，在冰凍地區(qū)和非冰凍地區(qū)，在潮濕地區(qū)和干旱地區(qū)，對于其中細(xì)土的液限和塑性指數(shù)的規(guī)定可以有所不同。最先由美國和歐州國家(主要是冰凍地區(qū))對這兩個(gè)指標(biāo)作了規(guī)定，一般要求液限不大于28％，塑性指數(shù)不大于6。但是，近30年來，隨著交通量的發(fā)展，對用做瀝青路面基層的級配集料的塑性指數(shù)的規(guī)定漸趨向于更嚴(yán)格。例如，有的國家已規(guī)定基層級配集料的塑性指數(shù)不大于3或4，甚至有的主張級配集料最好是無塑性的。例如，1986年英國運(yùn)輸部的規(guī)范《新路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》中，對用做柔性路面和半剛性路面底基層的級配集料，規(guī)定應(yīng)是無塑性的。實(shí)踐證明，如級配集料的塑性指數(shù)偏大，可以控制塑性指數(shù)與0.5mm(或0.425mm)以下顆粒含量的乘積不超過一定數(shù)值，以保證級配集料的穩(wěn)定性。對于這個(gè)乘積，不同國家有不同的規(guī)定。本規(guī)范中規(guī)定：在年降雨量小于600mm的中干和干旱地區(qū)，地下水位對土基沒有影響時(shí)，乘積不應(yīng)大于120；在潮濕多雨地區(qū)，乘積不應(yīng)大于100。6.2.6級配碎石用作中間層很有利于減少其上瀝青面層的裂縫。級配碎石中間層成功的關(guān)鍵有兩條：一是要嚴(yán)格掌握碎石的顆粒組成，使其符合要求且含水量合適并拌和均勻；二是要碾壓到高密實(shí)度。符合6.1.1條的級配碎石，用振動壓路機(jī)碾壓，不難達(dá)到100％壓實(shí)度。原規(guī)范中還列有固體體積率的要求，考慮到級配碎石可以通過擊實(shí)試驗(yàn)來確定其標(biāo)準(zhǔn)干密度，而在壓實(shí)度與所定固體體積率之間又無等同關(guān)系，因此在本規(guī)范中不再并列固體體積率。6.3路拌法施工6.3.21級配集料(含未篩分碎石)底基層不宜做成槽式，宜做成滿鋪式，以利排除進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層的水。否