河都高速公路路面工程配合比设计优化与工程实践

赵承伟，岳爱军，马一胜

(1.广西交通科学研究院，广西 南宁 530700；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007)

河都高速公路路面工程配合比设计优化与工程实践

赵承伟1，2，岳爱军1，2，马一胜1，2

(1.广西交通科学研究院，广西 南宁 530700；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007)

为避免沥青路面出现车辙、开裂等损坏，文章采用“改良的均匀防离析-骨架稳定密实型”沥青混合料AC-25C、AC-20C、AC-13C对水泥稳定碎石基层矿料级配进行设计优化，(5～30)mm粗骨料用量相对较多，4.75mm的通过率≥65%，以使集料之间能形成均匀骨架稳定密实的结构。工程实践应用表明：该设计优化在有效减少水泥稳定碎石基层开裂现象发生、提升沥青混合料性能、提高沥青路面压实度及平整度等方面取得了实际成效。

道路工程；路面工程；水泥稳定碎石混合料；沥青混合料；级配；性能

0 引言

基于广西2010年前建成运营沥青路面的主要病害形式是车辙损坏，其次

为水损害及路面开裂；针对广西高温、湿热气候以及重载交通特征的道路工作条件，河池至都安高速公路(以下简称“河都高速公路”)充分利用骨架稳定密实级配理论的已有研究成果，对水泥稳定碎石基层矿料级配进行优化，以减少水泥稳定碎石层的开裂现象，并对沥青混合料级配进行了优化设计，设计的总体思路是使下面层沥青混合料AC-25C组成设计向优化的“ATB-25”转化，同时为增强中面层沥青混合料AC-20C的抗车辙能力，使中面层沥青混合料AC-20C组成设计向优化的细“AC-25C”转化，为增强表面层沥青混合料AC-13C的抗滑能力和抗车辙能力，对表面层沥青混合料AC-13C进行了增粗式设计。

1 水泥稳定碎石基层矿料级配的优化设计与工程实践

河都高速公路水稳基层、底基层石灰岩集料分为四种规格、最大粒径≤31.5 mm，即1#料(19～31.5)mm、2#料(9.5～19)mm、3#料(4.75～9.5)mm、4#料(0～4.75)mm，水泥稳定碎石的掺配比例见表1～4。

表1 水泥稳定基层配合比掺配比例表

表2 水泥稳定碎石配合比设计曲线参数表

表3 基层配合比试验优化审批表

表4 底基层配合比试验优化审批表

河都高速公路建立三级质量管理体系，所有工序均要通过试验检测把关，在路面工程施工中，严格抓好质量关，通过施工单位自检、监理抽检、中心试验室把关三级管理，在底基层、基层施工检测中，坚持按照审批的配合比进行监控，基本杜绝了不合格品的出现。水泥稳定碎石底基层、基层用集料共抽检48批次，合格率100%，级配能满足设计及规范要求，压碎值≤26%、软弱和针片状颗粒含量≤20%，抽样检测结果如下页表5所示；底基层无侧限抗压强度共抽检41组，合格率100%，基层无侧限抗压强度共抽检43组，合格率98.8%，底基层芯样抽检516个，合格率98.9%；基层芯样抽检502个，合格率99.0%，底基层、基层水泥剂量抽检395点，合格率100%，试验抽样检测结果如下页表6～8及图1所示。

表5 水泥稳定碎石用集料的压碎值、针片状、塑性指数、砂当量抽样检测结果汇总表

表6 底基层、基层无侧限抗压强度抽样检测结果表

图1 水泥稳定碎石底基层、基层芯样示例图

表7 底基层、基层芯样抗压强度抽样检测结果表

表8 底基层、基层水泥稳定碎石水泥剂量抽样检测结果表

2 沥青混合料矿料级配的优化设计与工程实践

2.1 原材料

河都高速公路沥青共抽检25批次，合格率100%，其三大指标抽样检测结果如表9所示。

表9 沥青三大指标抽样检测结果表

本项目为有效减少混合料生产过程中热料4～7 mm的大量溢料，对细集料(石屑)采用分档备料，即0～5 mm石屑分为0～3 mm、3～5 mm两档进行生产。对集料配筛进行控制，即中、下面层统一按20～30 mm、10～20 mm、5～10 mm、0～3 mm四档进行备料。由于在骨架密实型沥青混合料级中，压缩了3～5 mm、5～10 mm集料的用量，粗集料进场总量按“≥10 mm粗集料用量多、5～10 mm用量少”的原则进行把关。在碎石集料的加工生产过程中紧密围绕集料的“规格、颗粒形状、洁净度”及其稳定性进行控制，集料的抽样检测结果如表10所示。

表10 粗集料压碎值、针片状的检测结果表

2.2 下面层沥青混合料AC-25C的级配优化设计与工程实践

河都高速公路在设计沥青混合料AC-25C时，19 mm、9.5 mm所对应的筛孔采用了规范级配范围的下限，河都高速公路下面层沥青混合料的矿料设计如表11、图2所示。下面层沥青混合料的掺配比例等如表12所示，其中，施工掺配比例压缩了3～5 mm、5～10 mm等集料的含量，相应增加了10～25 mm粒径集料的含量。

图2 河都路沥青混合料AC-25C的典型合成级配曲线图

表11 沥青混合料AC-25C的合成级配设计表

表12 下面层沥青混合料AC-25C施工掺配比例及矿料的合成有效相对密度γsb、γsa数值表

3.6%油石比下AC-25沥青混合料设计配合比的马歇尔试验如表13所示。抽检沥青混合料的马歇尔、油石比19次，合格率100%，动稳定度10次，合格率100%，抽样检测结果见表14。抽检下面层压实度76点，合格率100%，抽检平整度1 175点，合格率98.3%，检测结果如表15及图3所示。

表13 3.6%油石比下AC-25C沥青混合料设计配合比的马歇尔试验指标结果表

表14 下面层沥青混合料AC-25C施工配合比的马歇尔、油石比、动稳定度抽样检测结果表

表15 下面层沥青路面检查压实度、平整度抽样检测结果表

图3 沥青路面中、下面层芯样实例图

2.3 中面层沥青混合料AC-20C的级配优化设计与工程实践

河都高速公路在设计沥青混合料AC-20C时，19mm、9.5mm所对应的筛孔采用了规范级配范围的下限，中面层沥青混合料的矿料设计如表16、图4所示。中面层沥青混合料的施工掺配比例等如表17所示，其中，中面层施工级配组成与下面层施工级配组成在11mm以下的掺配比例相同，11～28mm的掺配总量与下面层掺配总量相同。

表16 沥青混合料AC-20C的合成级配设计表

注：根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)的条文说明5.3.2，工程设计级配范围一般在规范规定的允许范围内，但必要时允许超出。对处于炎热地区的高速公路，预计建成通车后重载交通特征明显，有可能产生较大车辙，为提高沥青混合料AC-20C的高温稳定性能，允许级配曲线中筛孔26.5mm所对应的通过率超出规范的范围

图4 沥青混合料AC-20C的典型合成级配曲线图

4.0%油石比下AC-20C沥青混合料设计配合比的马歇尔试验情况如表18所示。抽检沥青混合料的马歇尔、油石比17次，合格率100%，动稳定度抽检10次，合格率100%，抽样检测结果如下页表19所示。抽检中面层压实度93点，合格率100%；抽检平整度1015点，合格率99.3%，检测结果如下页表20及图5所示。

表17 沥青混合料AC-20C的掺配比例及矿料的合成有效相对密度γsb、γsa数值表

表18 4.0%油石比下AC-20C沥青混合料设计配合比的马歇尔试验指标结果表

图5 沥青中、下面层芯样粘结良好示例图

表19 中面层沥青混合料AC-20C施工配合比的马歇尔、油石比、动稳定度抽样检测结果表

表20 中面层检查压实度、平整度抽样检测结果表

2.4 表面层沥青混合料AC-13C的级配优化设计与工程实践

河都高速公路在设计沥青混合料AC-13C时，9.5mm、4.75mm所对应的筛孔采用了规范级配范围的下限，表面层沥青混合料的矿料设计如表21、图6所示。

表21 沥青混合料AC-13C的合成级配设计表

图6 沥青混合料AC-13C的典型合成级配曲线图

4.6%油石比下AC-13C沥青混合料设计配合比的马歇尔试验如表22所示。

表22 4.6%油石比下沥青混合料AC-13C的马歇尔试验结果表

对设计的沥青混合料AC-13C采用最佳油石比制备试件，分别以浸水残留稳定度和冻融劈裂抗拉强度比评价其水稳定性能。试验结果如表23所示。

表23 沥青混合料AC-13C的水稳定性试验结果表

同样，对设计的沥青混合料AC-13C采用最佳油石比制备试件进行60 ℃车辙试验，试验结果如表24～25所示。

表24 A标、B标沥青混合料AC-13C的车辙试验结果表

表25 中试沥青混合料AC-13C的车辙试验结果表

2013年12月19日、20日河都高速公路A标表面层试验段的施工比例如表26所示。

表26 河都A标表面层沥青混合料的施工掺配比例表

3 结语

(1)通过优化设计，采用骨架稳定密实级配的水泥稳定碎石层既满足设计强度要求，又使得工后的水泥稳定碎石层不开裂。

(2)与传统沥青混合料级配相比，本项目采用优化设计了的“骨架稳定密实型”沥青混合料级配，沥青混合料的高温稳定性能得到大幅提高，通车运营后沥青路面无车辙(<6mm)。

[1]张登良.沥青路面工程手册[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]JTGE20-2011，公路工程沥青与沥青混合料试验规程[S].

[3]JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[4]JTGE42-2005，公路工程集料试验规程[S].

Mix Ratio Design Optimization and Engineering Practice of Pavement Engineering in Hedu Expressway

ZHAO Cheng-wei1，2，YUE Ai-jun1，2，MA Yi-sheng1，2

(1.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530700；2.Guangxi Key Laboratory of Road Structures and Materials，Nanning，Guangxi，530007)

In order to avoid the rutting，cracking and other damage of asphalt pavement，this article used the modified homogeneous anti-segregation-skeleton stabilized dense asphalt mixture AC-25C，AC-20C and AC-13C to conduct the design optimization on the material gradation of cement stabilized macadam base，the consumption of(5 ～30)mm coarse aggregate is relatively large，the pass rate of 4.75 mm≥65%，so that the structure of stable dense homogeneous skeleton can be formed among aggregates.The practical engineering application showed that this design optimization has achieved practical results in effectively reducing the cracking phenomenon of cement stabilized crushed stone base，improving the performance of asphalt mixture，and improving the compaction degree and smoothness of asphalt pavement.

Road engineering；Pavement engineering；Cement stabilized crushed stone mixture；Asphalt mixture；Gradation；Performance

赵承伟(1968—)，高级工程师，主要从事公路试验检测工作；

岳爱军(1971—)，教授级高级工程师，工学博士，主要从事路面材料及应用研究工作；

马一胜(1971—)，工程师，主要从事公路试验检测工作。

U

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.11.006

1673-4874(2016)11-0030-08

2016-10-28