同步碎石封层施工中的材料用量计算分析

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　　摘  要：同步碎石封层施工中，如何合理的控制材料用量，各省出台了指导意见，给出了参考值，没有明确的计算方法。文章通过理论分析，结合其他文献和规范的方法，综合分析，结合实际施工经验，提出了施工中确定材料用量的方法。
　　关键词：同步碎石;封层技术;材料用量
　　中图分类号：U418          文献标志码：A      文章编号：2095-2945（2020）15-0059-02
　　Abstract： In the construction of synchronous gravel sealing layer， as regards how to reasonably control the amount of material， many provinces issued guidelines and gave the reference value， while putting forward no clear calculation method. Through theoretical analysis and adopting the methods of other literatures and standards， this paper makes a comprehensive analysis. Based on the actual construction experience， this paper puts forward the method of determining the amount of material in the construction.
　　Keywords： synchronous gravel; sealing technology; material usage
　　1 概述
　　沥青路面在使用中，路面随着使用时间的延长，会出现一些问题，如龟裂、网裂、骨料脱落等，如果不采取措施，会使路面使用性能急剧下降，最终导致路面严重破坏。因此，采用预防性养护是延长沥青路面使用寿命的一种手段。碎石封层就是预防性养护的一种，该技术是在洒布沥青类结合料后立即撒布骨料，使它们之间具有最大的表面裹覆强度，经碾压而形成的薄层封层。成型封层具有抗滑、抗车辙、抗磨耗、防渗水等特点，能有效治愈路面龟网裂、骨料脱落等病害，且施工工艺简单、快捷、可靠。而同步沥青碎石封层就是用一台沥青碎石同步封层车，前后同时洒布沥青和碎石，经碾压而成的碎石封层，与传统碎石封层相比，施工工艺简单、快捷、可靠。
　　在同步碎石封层施工中，如何控制材料技术要求和用量，是质量成败的关键，本文通过近几年在我局养护的沥青路面中实施碎石封层的经验，对材料用量计算方法进行研究，有一定的现实意义。
　　2 材料的技术要求
　　2.1 结合料
　　同步碎石封层技术可以使用不同的沥青结合料，如道路石油沥青、聚合物改性沥青、乳化沥青、聚合物改性乳化沥青、橡胶沥青等。材料技术要求满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）即可。
　　2.2 集料
　　碎石要求是经过反击破碎（或锤式破碎）得到的碎石，颗粒形状最好是立方体。其技术指标除满足规范要求外，其针片状颗粒含量和含泥量要尽可能的小。如果集料扁平，轮迹带上碎石在行车作用下“平躺”在路面上，易形成泛油;而在轮迹带以外的地方，碎石“竖立”，与沥青粘结面小，容易脱落;另外，扁平料在行车作用下，容易断裂，断裂面没有胶结材料，也容易进水脱落。含泥量直接影响集料的胶结，如果含泥量大，碎石容易脱落，形成小坑槽。
　　集料的规格，一般采用4-6mm，6-10mm，8-12mm，10-14mm等，《公路沥青路面碎石封层设计与施工技术规范》（DB 62 T 3130-2017）要求是4.75-9.5mm，9.5-13.2mm，13.2-16mm，16-19mm，并给出了级配要求。不管选用哪种规格，集料采用单粒径的级配。
　　3 材料用量的计算方法
　　材料用量的计算，一般有经验法和理论计算法，我局在最初实施碎石封层时，大多数根据一些文献给出的参考用量确定沥青和碎石的用量，结合试验段的铺筑情况，调整材料用量。理论计算方法有Mcleod方法、Loving方法、美国地沥青协会的方法等。
　　3.1 集料计算的理论基础
　　作为碎石封层，可以将集料颗粒简化为简单立方体堆積——单颗粒排列堆积。
　　图2表示边长为D的立方体内，放置一个直径为D的圆球，此时，空隙率n为：
　　这就是单层集料材料用量的理论基础，这种排列是松散堆积。如果将石子按照平行四边形排列，则是紧密单层排列，按照棱柱体的公式，可以得出空隙率为40%。
　　计算碎石用量时，可根据毛体积密度和空隙率，计算出单位平方米的碎石用量。
　　3.2 Mcleod方法
　　目前，大多数采用Mcleod方法，文献[3]中的方法也是这个方法。下面以文献[3]中的计算方法为例说明。
　　按照式（1-1）计算集料撒布量：
　　C=（1-0.4V）×H×ρb×E（1-2）
　　式中：C-集料撒布量（kg/m2）;V-集料松装空隙率（%）;H-设计平均最小层厚（mm）;ρb-集料毛体积密度（kg/m3）;E-集料损失系数，反映集料撒布后清扫、车辆行驶对集料散失程度的影响，参考表5.2.2查取，一般二级公路取值宜为1.10～1.15。
　　集料设计平均最小层厚按式（1-3）计算：
　　式中：H-设计平均最小层厚（mm）;M-集料中值粒径（通过率为 50%的集料粒径）理论值（mm）;Qe-集料针片状颗粒含量（%）。 　　道路石油沥青、SBS改性沥青，按照式（1-4）计算洒布量：
　　 Ca=（0.4×H×V×T+S+A）×ρa（1-4）
　　式中：Ca-沥青洒布量（kg/m2）;H-设计平均最小层厚（mm）;V-集料松装空隙率（%）;T-交通量修正系数;S-路面状况修正系数;A-集料吸收系数，宜为1%～2%;ρa-沥青密度（kg/m3）。
　　3.3 试验方法
　　试验方法是将碎石均匀、紧密的排列于一平底容器，根据碎石的质量和撒布面积计算石料撒布率，然后向平底容器中倒入自来水刚好完全淹没石料，倒入水量的2/3与平底容器表面积的比值即为沥青结合料的洒布率。表1为以某种集料计算出的材料用量。
　　一般考虑沥青洒布后，浸润石料高度的1/2D～2/3D。
　　上述三种方法中，不论计算方法，还是试验方法，或是经验法，都需要在现场进行试验段的铺筑，通过对试验段的检测，通过检测数据，对计算数据修正后，作为实际施工的控制数据，进行施工。
　　4 碎石用量计算方法
　　 碎石的用量是由碎石级配以及现状、密度为基础进行计算。首先应确定的就是碎石尺寸中值，根据碎石的级配就能够计算出碎石尺寸中值。其次应确定松散石的单位质量，在初压后碎石之间的空隙率计算中，能够运用到松散石的单位质量。碎石的密度是根据不同碎石决定，如果碎石与碎石之间同覆盖在相同面积中，那么碎石量较多，就代表着碎石的密度较大。最后，碎石的破坏指数，在封层施工结束后，开放交通的初级阶段时，部分碎石脱落是常见现象，碎石的脱落现象与行车数量、速度都有紧密的联系，通常情况下，交通量较小的碎石破坏指数在百分之五，交通量较大的碎石破坏指数在百分之十。
　　 碎石用量常见计算公式为：C=（1-0.4×V）H×G×E。其中C代表着碎石用量、V代表着松散石的单位质量、H代表着碎石的尺寸平均最小值、G代表着碎石密度、而E则代表着碎石破坏指数。
　　5 施工中的检测方法
　　现场施工中，可在路面上用长方形托盘，接取洒布的碎石封层材料，通过称取托盘质量及盘和封层混合料的质量，计算封层混合料的质量，再通过抽提试验，可计算出沥青和集料的质量。
　　6 结束语
　　 经验方法需要根据实际施工的数据，积累总结后使用，限于某一区域，因为受石料加工的影响，也受旧路的病害情况的影响。理论计算需要在试验数据的基础上进行计算，试验方法直观简单，但是受试验人员的经验和试验技巧的影响。在实际施工中，确定材料用量时，可将上述方法综合使用，互相校验。
　　参考文献：
　　[1]甘肃省公路局.关于印发《甘肃省国省干线公路沥青碎石封层施工技术指导意见》的通知[Z].甘公养发[2009]31号.
　　[2]黄颂昌，徐剑，秦永春.改性乳化沥青与微表处技术[M].人民交通出版社，2010，6.
　　[3]公路沥青路面碎石封层设计与施工技术规范（DB 62 T 3130-2017）[S].甘肃省地方标准，2017.
　　[4]公路沥青路面施工技術规范（JTG F40-2004）[S].人民交通出版社，2004.
　　[5]林绣贤.柔性路面设计方法[M].人民交通出版社，1988，11.
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