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【摘 要】 半刚性基层沥青路面由于良好的强度及抗疲劳性能，因而广泛用于国内外重交通道路路面结构，大量的使用情况调查表明，裂缝是半刚性沥青路面的主要病害，造成高速公路沥青路面早期病害发生的重要原因。随着级配碎石基层具有良好的排水及消除反射裂缝功能和优良的经济性被人们在认识后，含级配碎石柔性基层柔性路面结构也必将成为我国未来高等级公路路面结构多样化发展的重要结构之一，基于上述背景，本文就级配碎石其路用性能进行了研究。
【关键词】 公路工程;级配碎石;柔性基层;施工技术
由于半刚性基层路面具有高强的承载能力、良好的整体稳定性和耐久性等优点，一直以来都是我国经常采用的道路结构形式。但是，随着这种路面结构在高等级公路中的应用以及对其认识的深入，它的一些缺陷也逐渐暴露出来，反射裂缝就是其中的主要问题之一。
一、级配碎石的特点
级配碎石集料是指由各种大小不同的粒级集料组成的混合料，其级配符合技术规范。由于级配集料中没有水泥，石灰或沥青等胶结料，常称为无结合料（非胶结料）粒料。无结合级配型集料强度的形成和抗变形能力主要与集料颗粒间的摩擦作用、嵌锁作用和粘结作用有关。摩擦作用本身与集料结构层中所产生的内应力以及颗粒接触面上能达到的摩阻力有关，即颗粒接触面能达到的摩擦力与颗粒的强度和颗粒的表面特性有关。根据这种观点，级配碎石是级配型集料中稳定性最好的材料。
二、级配碎石的材料特性
级配碎石一般由预先筛分成几个大小不同粒级的碎石经严格级配而成。使用级配碎石的两个决定性因素是施工质量和轴荷载。级配碎石就力学性质和稳定性而言是级配集料中最好的，它可做沥青路面和水泥路面的基层和底基层，也可以做路基改善层，在排水良好的前提下，级配碎石可以在不同气候区用于不同交通等级的道路上。在潮湿多雨的地区使用级配碎石特别有利。
级配碎石具有很好的隔温作用、排水作用，并能有效地防止反射裂缝的发生。决定级配碎石层的力学性质的主要参数是弹性模量、抗剪强度、抗永久形变能力。这些参数主要与集料的摩擦作用、嵌锁作用和密实效果有关。
三、防止反射裂缝的作用原理
1、级配碎石吸收和削减了半刚性基层裂缝尖端应力和应变，减少和延缓了反射裂缝的产生。国外不少地区使用厚度为10～15cm的級配碎石上基层，在防止或减少半刚性基层反射裂缝方面取得了良好效果。如冬季严寒的加拿大魁北省和安大略省试验路表明，级配碎石基层对减少反射裂缝非常有效;地处温暖的澳大利亚和南非也常用级配碎石基层，并得到同样的结论。此外，“七五”国家攻关项目西安试验路，江苏南京一连云港一级公路淮阴试验路均证实级配碎石在减少裂缝方面的效果。
2、有严格级配要求的优质级配碎石基层除了具有消散应力，在减少反射裂缝作用同时，还起到作为路面排水基层的作用，这一功能对于进一步改善高等级公路路面使用品质，延长使用寿命极为重要。
3、级配碎石上基层由于其隔温性能与排水性能良好，因而进一步改善了其下面的刚性基层的温度、湿度变化及由此产生的温缩应力，在很大程度上消除了半刚性基层的固有裂缝。
4、上柔下刚式的倒装结构由于下卧层刚性大，级配碎石易获得高密实度;同时较高刚度下卧层有利于其上碎石基层非线性特性的发挥，使得在进行合理的结构设计的前提下，结构能较好地承受重交通的疲劳作用。
四、材料和级配选择
1、集料强度。美国AASHO规范，ASTM规范均未对级配碎石基层集料强度作具体规定，仅是间接的要求其CBR值>80%。我国交通部颁布的《公路工程集料试验规程》（JTJ058-94）在总结国内外经验及国内使用情况基础上，提出一级公路以上重交通路面，级配碎石集料压碎值<26%，此值对于优质级配碎石基层是合适的。石料强度不低于IV级。
2、集料形状，构造。富有棱角及表面纹理丰富的轧制碎石，在相同级配及湿度下通常比光滑表面的圆颗粒具有更高的CBR值及渗透系数，因而采用轧制集料，且其针片状集料含量应不大于15%（规范规定20%）。一般来说，对于石灰岩和玄武岩等，选用合适的扎石机轧制是容易达到此要求的。
3、液限、塑性指数。当小于0.5mm粒料的含量较大时，其塑性指数对级配碎石性质有大的影响、对材料的三轴强度也有较大影响。研究表明，对无塑性的级配碎石，通过实验证明，当细粒料含量少时，其塑性指数对强度的影响很小;而当细粒料的含量增加时，其塑性指数的影响会越来越大。无塑性的CBR值及抗永久变形能力远好于有塑性者。此外，塑性细料遇水易膨胀，从而降低透水性和水稳性，并增加了冰冻敏感性。为此，应严格限制及配碎石小于0.5mm含量级其塑性指数，AASHO及ASTM均规定其液限应小于25%，塑性指数小于4～6%;我国规范JTJ058-94规定液限小于28%，塑性指数小于6%。鉴于塑性指数对级配碎石的影响，从结构和排水综合考虑，建议液限小于25%，并规定小于0.5mm细料无塑性，如特殊情况下难以做到，则塑性指数应小于4%
4、含泥量。实践证明级配碎石含泥量对其特性的发挥有很大的影响，含泥量过多，一方面会影响到级配碎石的排水功能;另一方面也会对级配碎石之间的嵌挤效果产生负面的影响。
5、含水量。级配碎石在碾压成型前必须保持一定的含水量，特别在碾压的情况下，保持足够的水分对碾压到足够的密实度起着很好的作用;水分不够就会造成碾压时，级配碎石颗粒之间的摩擦力很大，从而影响到碾压密实效果。
五、级配碎石施工技术分析
级配碎石的应用目的就是要充分发挥其抗温缩、抗干缩以及排水性好的优点。但是，必须同时提高其力学性能，也就是说要提高及配碎石材料的强度、抗疲劳能力以及抗变形能力。而弹性模量就是表征这些力学性能的指标。对级配碎石的研究表明：级配碎石的弹性模量归根到底取决于它在路用条件下所受到的围压。具体到提高围压的因素包括材料特性、施工质量、碾压成型方式、材料级配等。这就要求我们在设计、材料选择和施工工艺方面作深入的研究。级配碎石的选料标准：碎石应具有较高强度（IV级以上）、韧性和抗磨耗能力。碎石应具有棱角且近于正方体，长条扁平的石料不超过10%。此外，碎石应该干净，不含泥土杂物。碎石的最大尺寸应根据石料的品质及级配碎石层厚度来确定，坚硬石料的尺寸不得超过级配碎石层厚度的0.8倍。 六、级配碎石施工原则及工序
1、級配碎石施工原则
级配碎石混合料采用厂拌法，摊铺采用平地机施工，碾压采用振动碾压和轮胎碾压交叉作业。具体方式：保持重叠1/2轮，压完全宽为8遍，每遍共8道，由两侧向中间推进;静碾后洒水;振动压路机先低频高振幅，随着逐渐压实。采用高频低振幅，以免过度碾压;采用胶轮碾压，使颗粒搓揉，有利于形成稳定的骨架。
级配碎石基层，一般应全幅施工，如特殊情况需要半幅施工时，纵向接缝处理必须仔细，以保证基层质量。摊铺级配碎石料按照实际厚度可分为一到二层，均按压实系数1.25～1.3摊铺，并仔细找平，碾压时，压路机应从两侧开始逐渐移向路中，碾压轮迹重叠宽度规定：对三轮压路机为后轮宽度的1/3～1/2;对双轮压路机则为20～30cm。级配碎石的碾压质量与石料性质、形状、层厚、压路机类型和重量、碾压行程次数、以及洒水与铺撒嵌缝料的适时与否有关。
表1 级配碎石的压实工艺
成型方式 工艺
激振力（KN） 频率（KZ） 名义振幅（mm） 单位压实强度（Mpa）
振动成型 6 45 0.467 3.91
击实成型 大型马歇尔击实112次/面
2、级配碎石施工工序
从级配碎石的施工技术分析以及施工原则出发，根据碾压时碎石的移动、嵌挤以及最后成型等情况，考虑现有的施工设备与施工技术，级配碎石级层的碾压过程可分为五个阶段：
①准备工作，包括材料以及放样。
②摊铺。石料的摊铺要均匀，不均匀的地方需要人工找平;摊铺系数采用1.3，以保证级配碎石能够充分压实;当采取分段摊铺、压实时，施工缝一端对己经碾压好的级配碎石要刨松一定长度，以便于碾压时，能够很好地压实施工缝附近的石料，另一端要用模板支撑，方便压实。级配碎石采用摊铺机摊铺可以达到较好的效果采用两台摊铺机梯队形作业，并进行全幅摊铺。
图1 高速公路现场摊铺
③碾压稳定。采用轻型压路机（6～8吨）先干压2～3遍，然后随压随洒水。洒水的目的是在碾压过程中减少石料间的摩阻力，使碎石在压路机的作用下，就位落实，直至碎石挤紧不再移动。
④碾压压实。采用中型压路机（8～12吨）进行洒水碾压。再一次洒水的目的是因为在第一阶段中，碎石的一部分被压碎嵌入石料空隙中，使得级配碎石层被挤紧，内摩阻力增加，碾压效果会逐渐减低，此时洒水可以减少石料间的摩阻力，通过碾压，进一步增加石料间的嵌紧程度。碾压必须达到碎石不再松动，不起波浪，表面无轮迹。
⑤碾压成型。用重型压路机（12吨以上）洒水振动碾压，直至形成密实的表面且不出现轮迹为止。
表2 级配碎石的碾压行程
阶段 类型 车速（km/m） 行程次数
第3阶段 轻型 头档（1.5-2.25） 8-11（干压2-3遍）
第4阶段 中性 头档（1.5-2.25） 10-14（洒水）
第5阶段 重型 二档（2.5-3.0） 20-25（振动碾压洒水）
七、结语
级配碎石材料是我国道路建设的一种传统材料，在通常情况下它是作为一种柔性基层置于半刚性基层的下边;随着现代高速公路的发展，以半刚性材料为基层，沥青混凝土为面层的典型路面结构逐渐暴露出一些问题。而级配碎石是解决这些问题的优质材料，因此，需要道路科研人员在这方面进行深入、全面的研究，为我国公路建设贡献力量。
参考文献：
[1]王哲人.级配碎石混合料的动力变形特性.中国公路学报.2003.1
[2]重庆交通大学高等级沥青路面柔性基层研究报告[R].2006
[3]王树森.级配碎石基层材料组成设计与工艺控制的研究.公路，2001年2月
【关键词】 公路工程;级配碎石;柔性基层;施工技术
由于半刚性基层路面具有高强的承载能力、良好的整体稳定性和耐久性等优点，一直以来都是我国经常采用的道路结构形式。但是，随着这种路面结构在高等级公路中的应用以及对其认识的深入，它的一些缺陷也逐渐暴露出来，反射裂缝就是其中的主要问题之一。
一、级配碎石的特点
级配碎石集料是指由各种大小不同的粒级集料组成的混合料，其级配符合技术规范。由于级配集料中没有水泥，石灰或沥青等胶结料，常称为无结合料（非胶结料）粒料。无结合级配型集料强度的形成和抗变形能力主要与集料颗粒间的摩擦作用、嵌锁作用和粘结作用有关。摩擦作用本身与集料结构层中所产生的内应力以及颗粒接触面上能达到的摩阻力有关，即颗粒接触面能达到的摩擦力与颗粒的强度和颗粒的表面特性有关。根据这种观点，级配碎石是级配型集料中稳定性最好的材料。
二、级配碎石的材料特性
级配碎石一般由预先筛分成几个大小不同粒级的碎石经严格级配而成。使用级配碎石的两个决定性因素是施工质量和轴荷载。级配碎石就力学性质和稳定性而言是级配集料中最好的，它可做沥青路面和水泥路面的基层和底基层，也可以做路基改善层，在排水良好的前提下，级配碎石可以在不同气候区用于不同交通等级的道路上。在潮湿多雨的地区使用级配碎石特别有利。
级配碎石具有很好的隔温作用、排水作用，并能有效地防止反射裂缝的发生。决定级配碎石层的力学性质的主要参数是弹性模量、抗剪强度、抗永久形变能力。这些参数主要与集料的摩擦作用、嵌锁作用和密实效果有关。
三、防止反射裂缝的作用原理
1、级配碎石吸收和削减了半刚性基层裂缝尖端应力和应变，减少和延缓了反射裂缝的产生。国外不少地区使用厚度为10～15cm的級配碎石上基层，在防止或减少半刚性基层反射裂缝方面取得了良好效果。如冬季严寒的加拿大魁北省和安大略省试验路表明，级配碎石基层对减少反射裂缝非常有效;地处温暖的澳大利亚和南非也常用级配碎石基层，并得到同样的结论。此外，“七五”国家攻关项目西安试验路，江苏南京一连云港一级公路淮阴试验路均证实级配碎石在减少裂缝方面的效果。
2、有严格级配要求的优质级配碎石基层除了具有消散应力，在减少反射裂缝作用同时，还起到作为路面排水基层的作用，这一功能对于进一步改善高等级公路路面使用品质，延长使用寿命极为重要。
3、级配碎石上基层由于其隔温性能与排水性能良好，因而进一步改善了其下面的刚性基层的温度、湿度变化及由此产生的温缩应力，在很大程度上消除了半刚性基层的固有裂缝。
4、上柔下刚式的倒装结构由于下卧层刚性大，级配碎石易获得高密实度;同时较高刚度下卧层有利于其上碎石基层非线性特性的发挥，使得在进行合理的结构设计的前提下，结构能较好地承受重交通的疲劳作用。
四、材料和级配选择
1、集料强度。美国AASHO规范，ASTM规范均未对级配碎石基层集料强度作具体规定，仅是间接的要求其CBR值>80%。我国交通部颁布的《公路工程集料试验规程》（JTJ058-94）在总结国内外经验及国内使用情况基础上，提出一级公路以上重交通路面，级配碎石集料压碎值<26%，此值对于优质级配碎石基层是合适的。石料强度不低于IV级。
2、集料形状，构造。富有棱角及表面纹理丰富的轧制碎石，在相同级配及湿度下通常比光滑表面的圆颗粒具有更高的CBR值及渗透系数，因而采用轧制集料，且其针片状集料含量应不大于15%（规范规定20%）。一般来说，对于石灰岩和玄武岩等，选用合适的扎石机轧制是容易达到此要求的。
3、液限、塑性指数。当小于0.5mm粒料的含量较大时，其塑性指数对级配碎石性质有大的影响、对材料的三轴强度也有较大影响。研究表明，对无塑性的级配碎石，通过实验证明，当细粒料含量少时，其塑性指数对强度的影响很小;而当细粒料的含量增加时，其塑性指数的影响会越来越大。无塑性的CBR值及抗永久变形能力远好于有塑性者。此外，塑性细料遇水易膨胀，从而降低透水性和水稳性，并增加了冰冻敏感性。为此，应严格限制及配碎石小于0.5mm含量级其塑性指数，AASHO及ASTM均规定其液限应小于25%，塑性指数小于4～6%;我国规范JTJ058-94规定液限小于28%，塑性指数小于6%。鉴于塑性指数对级配碎石的影响，从结构和排水综合考虑，建议液限小于25%，并规定小于0.5mm细料无塑性，如特殊情况下难以做到，则塑性指数应小于4%
4、含泥量。实践证明级配碎石含泥量对其特性的发挥有很大的影响，含泥量过多，一方面会影响到级配碎石的排水功能;另一方面也会对级配碎石之间的嵌挤效果产生负面的影响。
5、含水量。级配碎石在碾压成型前必须保持一定的含水量，特别在碾压的情况下，保持足够的水分对碾压到足够的密实度起着很好的作用;水分不够就会造成碾压时，级配碎石颗粒之间的摩擦力很大，从而影响到碾压密实效果。
五、级配碎石施工技术分析
级配碎石的应用目的就是要充分发挥其抗温缩、抗干缩以及排水性好的优点。但是，必须同时提高其力学性能，也就是说要提高及配碎石材料的强度、抗疲劳能力以及抗变形能力。而弹性模量就是表征这些力学性能的指标。对级配碎石的研究表明：级配碎石的弹性模量归根到底取决于它在路用条件下所受到的围压。具体到提高围压的因素包括材料特性、施工质量、碾压成型方式、材料级配等。这就要求我们在设计、材料选择和施工工艺方面作深入的研究。级配碎石的选料标准：碎石应具有较高强度（IV级以上）、韧性和抗磨耗能力。碎石应具有棱角且近于正方体，长条扁平的石料不超过10%。此外，碎石应该干净，不含泥土杂物。碎石的最大尺寸应根据石料的品质及级配碎石层厚度来确定，坚硬石料的尺寸不得超过级配碎石层厚度的0.8倍。 六、级配碎石施工原则及工序
1、級配碎石施工原则
级配碎石混合料采用厂拌法，摊铺采用平地机施工，碾压采用振动碾压和轮胎碾压交叉作业。具体方式：保持重叠1/2轮，压完全宽为8遍，每遍共8道，由两侧向中间推进;静碾后洒水;振动压路机先低频高振幅，随着逐渐压实。采用高频低振幅，以免过度碾压;采用胶轮碾压，使颗粒搓揉，有利于形成稳定的骨架。
级配碎石基层，一般应全幅施工，如特殊情况需要半幅施工时，纵向接缝处理必须仔细，以保证基层质量。摊铺级配碎石料按照实际厚度可分为一到二层，均按压实系数1.25～1.3摊铺，并仔细找平，碾压时，压路机应从两侧开始逐渐移向路中，碾压轮迹重叠宽度规定：对三轮压路机为后轮宽度的1/3～1/2;对双轮压路机则为20～30cm。级配碎石的碾压质量与石料性质、形状、层厚、压路机类型和重量、碾压行程次数、以及洒水与铺撒嵌缝料的适时与否有关。
表1 级配碎石的压实工艺
成型方式 工艺
激振力（KN） 频率（KZ） 名义振幅（mm） 单位压实强度（Mpa）
振动成型 6 45 0.467 3.91
击实成型 大型马歇尔击实112次/面
2、级配碎石施工工序
从级配碎石的施工技术分析以及施工原则出发，根据碾压时碎石的移动、嵌挤以及最后成型等情况，考虑现有的施工设备与施工技术，级配碎石级层的碾压过程可分为五个阶段：
①准备工作，包括材料以及放样。
②摊铺。石料的摊铺要均匀，不均匀的地方需要人工找平;摊铺系数采用1.3，以保证级配碎石能够充分压实;当采取分段摊铺、压实时，施工缝一端对己经碾压好的级配碎石要刨松一定长度，以便于碾压时，能够很好地压实施工缝附近的石料，另一端要用模板支撑，方便压实。级配碎石采用摊铺机摊铺可以达到较好的效果采用两台摊铺机梯队形作业，并进行全幅摊铺。
图1 高速公路现场摊铺
③碾压稳定。采用轻型压路机（6～8吨）先干压2～3遍，然后随压随洒水。洒水的目的是在碾压过程中减少石料间的摩阻力，使碎石在压路机的作用下，就位落实，直至碎石挤紧不再移动。
④碾压压实。采用中型压路机（8～12吨）进行洒水碾压。再一次洒水的目的是因为在第一阶段中，碎石的一部分被压碎嵌入石料空隙中，使得级配碎石层被挤紧，内摩阻力增加，碾压效果会逐渐减低，此时洒水可以减少石料间的摩阻力，通过碾压，进一步增加石料间的嵌紧程度。碾压必须达到碎石不再松动，不起波浪，表面无轮迹。
⑤碾压成型。用重型压路机（12吨以上）洒水振动碾压，直至形成密实的表面且不出现轮迹为止。
表2 级配碎石的碾压行程
阶段 类型 车速（km/m） 行程次数
第3阶段 轻型 头档（1.5-2.25） 8-11（干压2-3遍）
第4阶段 中性 头档（1.5-2.25） 10-14（洒水）
第5阶段 重型 二档（2.5-3.0） 20-25（振动碾压洒水）
七、结语
级配碎石材料是我国道路建设的一种传统材料，在通常情况下它是作为一种柔性基层置于半刚性基层的下边;随着现代高速公路的发展，以半刚性材料为基层，沥青混凝土为面层的典型路面结构逐渐暴露出一些问题。而级配碎石是解决这些问题的优质材料，因此，需要道路科研人员在这方面进行深入、全面的研究，为我国公路建设贡献力量。
参考文献：
[1]王哲人.级配碎石混合料的动力变形特性.中国公路学报.2003.1
[2]重庆交通大学高等级沥青路面柔性基层研究报告[R].2006
[3]王树森.级配碎石基层材料组成设计与工艺控制的研究.公路，2001年2月