阅读说明：本技术 高速铁路沥青级配碎石基床及其施工方法 (Asphalt graded broken stone foundation bed for high-speed railway and construction method thereof ) 是由 蔡德钩 叶阳升 姚建平 楼梁伟 石越峰 杨国涛 魏少伟 吕宋 耿琳 叶晓宇 张也 于 2020-03-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高速铁路沥青级配碎石基床的施工方法,其包括如下步骤：施工准备、透层沥青和/或粘层沥青洒布、沥青级配碎石的拌和、沥青级配碎石的运输、沥青级配碎石的摊铺、沥青级配碎石的压实与沥青级配碎石的养护。本发明还提供一种本发明的方法制得的高速铁路沥青级配碎石基床。通过本发明的施工方法制得的沥青级配碎石基床作为一种新的高速铁路路基结构形式,可节约路基填料,提高路基承载能力和防水排水能力,延长路基服役寿命,具有广阔的应用前景,并且具有显著的经济和社会效益。(The invention provides a construction method of a high-speed railway asphalt graded crushed stone foundation bed, which comprises the following steps: construction preparation, permeable asphalt and/or sticky asphalt distribution, asphalt graded broken stone mixing, asphalt graded broken stone transportation, asphalt graded broken stone paving, asphalt graded broken stone compaction and asphalt graded broken stone maintenance. The invention also provides a high-speed railway asphalt graded crushed stone foundation bed prepared by the method. As a new roadbed structure form of the high-speed railway, the asphalt graded broken stone foundation bed prepared by the construction method can save roadbed fillers, improve the bearing capacity and waterproof and drainage capacity of the roadbed, prolong the service life of the roadbed, has wide application prospect and has obvious economic and social benefits.)

高速铁路沥青级配碎石基床及其施工方法

技术领域

本发明属于高速铁路路基结构技术领域。具体地，本发明涉及一种高速铁路沥青级配碎石基床及其施工方法。

背景技术

我国高速铁路主要基床结构主要由基床表层和基床底层组成，其中基床表层为铁路Ⅰ型或Ⅱ型级配碎石，若考虑路基防冻胀时可在级配碎石中掺加水泥；基床底层由A、B组填料构成。

沥青级配碎石由沥青、粗骨料、细骨料、石灰石粉、沥青增强剂等组成，具有防水性、承载能力、抗开裂、抗疲劳性能好的特点。将沥青级配碎石全断面铺设于基床表层表面，作为基床表层的一部分，可改善基床结构的受力状态与防排水能力，实现对高速铁路路基结构的优化，节约路基填筑材料，提高高速铁路路基的服役性能，延长其使用寿命，具有显著的经济和社会效益。

沥青级配碎石的压实质量和施工全过程温度控制将直接影响沥青级配碎石基床的服役性能和寿命。影响沥青级配碎石压实效果的主要因素包括施工全过程的温度控制和压实机械的匹配组合。若各环节施工温度过高，将造成沥青级配碎石的老化，影响其使用寿命；若各环节施工温度过低，沥青材料黏度较大，导致沥青级配碎石难以压实至目标空隙率(设计空隙率)，无法满足室内配合比达到的性能要求。因此，需合理控制沥青级配碎石各环节施工温度，在保证其施工和易性的同时避免沥青级配碎石的老化。此外，根据沥青级配碎石材料的特点，需明确压实至目标空隙率(设计空隙率)或目标压实度所需的压实功，合理选择压实机械、确定压实机械的组合方式，就显得尤为重要。

因此，亟需提出高速铁路沥青级配碎石基床结构，并形成配套的施工方法，保证其施工质量和实施效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保证高速铁路沥青级配碎石基床的施工质量和使用效果的施工方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的。

在本发明的上下文中，术语“骨料”是指包括细骨料和粗骨料的粒料，其在混合料中起骨架和填充作用，包括碎石、砾石、机制砂、石屑、砂等。所述粗骨料是指粒径大于2.36mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石和矿渣等；所述细骨料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工砂(包括机制砂)及石屑等。

在本发明上下文中，术语“沥青增强剂”可以是市售的沥青增强剂，优选为申请号为201711236017.7的专利申请中公开的“沥青混凝土用骨料界面增强剂”，其通过引用整体并入本文。沥青增强剂由以下组分按重量百分比制备而成：弹性体10～50％、合成树脂30～50％、融合油5～30％、色母0～0.5％、抗氧化剂0.25～1.25％。所述的弹性体为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和聚苯乙烯丁二烯共聚物中一种或几种。所述的合成树脂为石油树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂中的一种或几种。所述的融合油为煤油、润滑机油和柴油中的一种或几种。所述的色母为树脂颜料。所述的抗氧化剂为松香季戊四醇酯。沥青增强剂的制备方法为：依次将弹性体、合成树脂、色母、抗氧化剂加入搅拌机中搅拌，然后加入融合油继续搅拌均匀，在常温下放置24小时；在110℃～180℃条件下通过螺旋机混匀熔融后挤出成型，冷却切断后形成圆柱状颗粒产品。

一方面，本发明提供一种高速铁路沥青级配碎石基床的施工方法，其包括如下步骤：

(1)施工准备

对基床表层级配碎石的顶面标高、几何尺寸和质量进行复核，使得所述基床表层级配碎石的顶面标高、几何尺寸和质量符合《铁路路基设计规范》TB10001和《高速铁路设计规范》TB10621中的规定；然后，悬挂用于控制沥青级配碎石顶面标高的施工导线或导梁；

(2)透层沥青和/或粘层沥青的洒布

当沥青级配碎石的设计厚度小于等于10cm时，按一层沥青级配碎石层进行设计、摊铺、压实；

当沥青级配碎石的设计厚度大于10cm时，将沥青级配碎石分层设计并分层进行摊铺、压实；

在基床表层的级配碎石层与沥青级配碎石层之间洒布透层沥青，并且在各个沥青级配碎石层之间洒布粘层沥青；

(3)沥青级配碎石的拌和

控制沥青的加热温度为160～190℃，骨料加热温度比沥青加热温度高10～30℃；通过间歇式拌和机拌和加热后的沥青、加热后的骨料、、石灰石粉、沥青增强剂以形成沥青级配碎石，并且控制沥青级配碎石的出料温度为170～195℃；

(4)沥青级配碎石的运输

采用载重大于12吨的运料车运输沥青级配碎石，从拌和机向运料车装料时进行平衡装料，防止粗、细骨料离析；

(5)沥青级配碎石的摊铺

采用全自动沥青摊铺机进行摊铺，并且在摊铺前，将摊铺机熨平板预热至100℃以上；沥青级配碎石在摊铺前的温度不低于160℃；

(6)沥青级配碎石的压实

采用初压、复压和终压，按照钢轮压路机与轮胎式压路机组合的方式进行压实；

(7)沥青级配碎石的养护

待沥青级配碎石摊铺层完全自然冷却，沥青级配碎石表面温度低于50℃后，方可开放交通。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(1)中的施工准备还包括确保以下施工条件：不在气温低于10℃、5级及以上大风以及雨天的情况下施工。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的粘层沥青的洒布量为0.3～0.6L/m²。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的透层沥青的洒布量为0.7～2.0L/m²。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的透层沥青洒布后，封闭交通，待其充分渗透且水分蒸发完成后，在48小时内进行所述沥青级配碎石的摊铺。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的粘层沥青在摊铺沥青级配碎石的当天进行洒布，待粘层沥青破乳并且水分蒸发完成后，紧跟着摊铺沥青级配碎石。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的沥青级配碎石按一层进行设计时，选用规格为AGCS-16的沥青级配碎石；所述步骤(2)中的沥青级配碎石分层设计时，从上至下数，第一层选用规格为AGCS-16的沥青级配碎石，其余层各自独立地选用规格为AGCS-20或AGCS-25的沥青级配碎石。

在本发明中，沥青级配碎石可分为AGCS-25、AGCS-20、AGCS-16三种规格，其中AGCS表示沥青级配碎石(Asphalt Graded Crushed Stone，AGCS)，数值表示以毫米计的骨料公称最大粒径。例如，AGCS-16表示骨料公称最大粒径为16mm的沥青级配碎石。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(3)中的间歇式拌和机每盘的生产周期不少于45s，并且干拌时间不少于10s。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(5)中的摊铺机的摊铺速度控制在1～3m/min。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(6)中的钢轮压路机总质量不小于12t，振动频率为35～50Hz，振幅为0.3～0.8mm。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(6)中的轮胎式压路机总质量不小于25t，每一个轮胎的压力不小于15kN，冷态时的轮胎充气压力不小于0.55MPa，轮胎发热后气压不小于0.6MPa，且各个轮胎的气压大体相同。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(6)中的初压包括钢轮压路机静压2～4遍，初压开始沥青级配碎石内部温度不低于150℃；所述钢轮压路机静压碾压速度2～3km/h。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(6)中的复压包括钢轮压路机振压4～6遍，轮胎式压路机压实4～8遍；所述钢轮压路机振压碾压速度3～5km/h；所述轮胎式压路机碾压速度3～6km/h；所述复压在初压结束后紧密进行。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(6)中的终压包括钢轮压路机静压2～4遍；所述钢轮压路机静压碾压速度3～6km/h；终压结束沥青级配碎石的表面温度不低于90℃。

另一方面，本发明提供一种本发明的方法制得的高速铁路沥青级配碎石基床。

本发明具有如下有益效果：

(1)保证沥青级配碎石现场成型至目标空隙率(设计空隙率)，达到目标压实度，保证沥青级配碎石的压实效果。

(2)保证沥青级配碎石的平整度、厚度、坡度等成型质量满足要求。

(3)保证沥青级配碎石的防水、承载等性能满足设计要求。

(4)本发明的施工方法可用于指导高速铁路沥青级配碎石基床的施工，规范工艺流程，完善质量控制体系。

(5)通过本发明的施工方法制得的沥青级配碎石基床作为一种新的高速铁路路基结构形式，可节约路基填料，提高路基承载能力和防水排水能力，延长路基服役寿命，具有广阔的应用前景，并且具有显著的经济和社会效益。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。

本发明的沥青级配碎石基床的施工方法主要包括：施工准备、透层沥青和/或粘层沥青洒布、沥青级配碎石的拌和、沥青级配碎石的运输、沥青级配碎石的摊铺、沥青级配碎石的压实与沥青级配碎石的养护工序。

1.施工准备

沥青级配碎石施工前，应对路基变形观测装置、电缆槽、排水沟、集水井、接触网支柱、预埋的管道及线缆等进行处理保护。

沥青级配碎石施工前，应对基床表层级配碎石的顶面标高、几何尺寸和质量进行复核，应符合《铁路路基设计规范》TB10001和《高速铁路设计规范》TB10621中的规定。

复核合格后，对沥青级配碎石进行施工放样。悬挂用于控制沥青混凝土顶面标高的施工导线或导梁，并复核其标高。不得在气温低于10℃、5级及以上大风以及雨天的情况下施工。

2.透层沥青和/或粘层沥青洒布

当沥青级配碎石的设计厚度小于等于10cm时，按一层进行设计，并按一层进行摊铺、压实等；当厚度超过10cm时，按两层进行设计，并分层进行摊铺、压实等；当沥青级配碎石设计为两层时，在沥青级配碎石层之间必须喷洒粘层沥青，可采用沥青洒布车或手工沥青洒布机均匀喷洒，粘层沥青的建议洒布量在0.3～0.6L/m²。

洒布透层沥青和/或粘层沥青前，应清扫干净级配碎石层浮渣，并遮挡电缆槽、集水井、接触网支柱基础等构筑物避免污染。

透层沥青宜采用沥青洒布车一次喷洒均匀，当有遗漏时，应人工补洒，当有多余的透层沥青未渗入基床表层时，应在该部位撒布粗砂，必要时作适当碾压。透层沥青的建议洒布量在0.7～2.0L/m²。

透层沥青洒布后，应封闭交通，待其充分渗透且水分蒸发完成后(通常需要蒸发24小时)，在48小时内进行沥青级配碎石的摊铺。

粘层沥青宜在摊铺沥青级配碎石当天洒布，待其破乳、水分蒸发完成后，紧跟着铺筑沥青级配碎石，确保粘层沥青不受污染。

说明：

透层沥青是指：为使沥青级配碎石层与级配碎石层结合良好，在级配碎石层上喷洒乳化沥青而形成的透入级配碎石层表面一定深度的薄层。粘层沥青是指：为加强沥青级配碎石层与沥青级配碎石层之间的粘结而洒布的沥青材料薄层。

3.沥青级配碎石的拌和

沥青级配碎石宜采用间歇式拌和机进行生产，间歇式拌和机冷料仓的数量满足配合比需要，不宜少于5～6个，且间歇式拌和机具有添加沥青增强剂的设备。

沥青的加热温度在160～190℃，骨料加热温度比沥青加热温度高10～30℃。

沥青级配碎石的拌和时间应根据试拌确定，以沥青均匀裹覆骨料为度。间歇式拌和机每盘的生产周期不宜少于45s，其中干拌时间不少于5～10s。

沥青级配碎石的出料温度为170～195℃。出料温度超过200℃、花白料、结团成块、粗细骨料严重离析的沥青级配碎石应予以废弃。

4.沥青级配碎石的运输

沥青级配碎石宜采用较大吨位如载重大于15吨的运料车运输，应采取保温、防雨、防污染措施。采用大吨位的运料车，目的为了减少运输途中的温度损失，保证沥青级配碎石的到场温度。

从拌和机向运料车装料时，应多次挪动车辆位置，平衡装料，防止粗、细骨料离析。沥青级配碎石的到场温度不宜低于160℃。

5.沥青级配碎石的摊铺

沥青级配碎石应采用全自动沥青摊铺机进行摊铺。施工前，应将沥青摊铺机熨平板预热至100℃以上。沥青级配碎石摊铺前的温度不宜低于160℃。摊铺机应采用自动找平方式，摊铺时应缓慢、均匀、连续作业，摊铺速度宜控制在1～3m/min，不得随意变换速度或中途停顿，不得出现明显的离析、波浪、裂缝、拖痕。

应根据摊铺断面形式，合理确定摊铺方式，多台摊铺机作业时，应采用梯队作业。如有砟轨道沥青级配碎石基床可采用2台摊铺机阶梯作业，无砟轨道沥青级配碎石基床可采用3台摊铺机阶梯作业。

6.沥青级配碎石的压实

沥青级配碎石的压实可分为初压、复压和终压，按照“钢轮压路机、轮胎式压路机”组合的方式进行压实。

钢轮压路机总质量不宜小于12t，振动频率宜为35～50Hz，振幅宜为0.3～0.8mm。

轮胎式压路机总质量不宜小于25t，每一个轮胎的压力不小于15kN，冷态时的轮胎充气压力不小于0.55MPa，轮胎发热后不小于0.6MPa，且各个轮胎的气压大体相同。

初压包括钢轮压路机静压2～4遍，钢轮压路机静压碾压速度2～3km/h，初压开始沥青级配碎石内部温度不低于150℃。

复压包括钢轮压路机振压4～6遍，钢轮压路机振压碾压速度3～5km/h；轮胎式压路机压实4～8遍，轮胎式压路机碾压速度3～6km/h；复压在初压结束后紧密进行。

终压包括钢轮压路机静压2～4遍，钢轮压路机静压碾压速度3～6km/h，复压结束沥青级配碎石的表面温度不应低于90℃。

对大型压路机难以作业的部位，应采用小型振动压路机或冲击夯具进行碾压。压路机不得在未碾压成型路段上转向、调头、加水或停留。压路机起动、停止应减速缓行，不得紧急刹车、制动。在不产生推移和裂缝的前提下，初压、复压、终压都应在尽可能高的温度下进行。

7.沥青级配碎石的养护

施工完成后，所有施工机械应退出当天完工的作业区。未开放交通前，禁止任何车辆驶入，且表面不得放置重物。

待沥青混凝土摊铺层完全自然冷却，沥青混凝土表面温度低于50℃后，方可开放交通。

实施例1

对于某工点，沥青级配碎石基床的设计厚度为8cm，采用的沥青级配碎石的规格为AGCS-16。对该工点具备施工条件的段落，分4天进行施工。

第1天：

(1)沥青级配碎石施工前，检查并确认预埋的管道及线缆已施工完成，避免沥青级配碎石完成后再开挖，破坏沥青级配碎石的整体性。(2)采用防污染毛毯对电缆槽排水沟、集水井、接触网支柱等进行保护。(3)采用公知的保护装置对路基变形观测装置进行保护。(4)对基床表层级配碎石的顶面标高、几何尺寸和质量进行复核，使得基床表层级配碎石的顶面标高、几何尺寸和质量符合《铁路路基设计规范》TB10001和《高速铁路设计规范》TB10621中的规定；(5)复核合格后，清扫干净级配碎石层表面浮渣。

第2天：

(1)利用沥青洒布车，洒布透层沥青，透层沥青的洒布量为1.2L/m²；(2)悬挂控制沥青混凝土顶面标高的施工导梁，导梁设置高度应考虑沥青级配碎石的松铺系数，以确保其压实厚度为8cm；(3)封闭交通24h，待透层沥青充分渗透且水分蒸发。

第3天：

采用3000型间歇式拌合机进行生产，拌合机具有6个冷料仓和添加外掺剂的投料口。沥青的加热温度为175℃，骨料加热温度为190℃。按照骨料干拌10s，加入预热好的改性沥青、石灰石粉、沥青增强剂拌和50s，总拌和时间为60s，拌和温度为185℃。出料温度按照185℃～195℃控制。对于出料温度超过200℃、花白料、结团成块、粗细骨料严重离析的沥青级配碎石应予以废弃。

采用12t以上的运料车进行运输，并采取保温、防雨、防污染措施。从拌和机向运料车装料时，应多次挪动车辆位置，平衡装料，防止粗、细骨料离析。保证沥青级配碎石的到场温度不低于165℃。

采用全自动沥青摊铺机，自动找平方式进行摊铺。施工前，将沥青摊铺机熨平板预热至100℃以上，确保摊铺前沥青级配碎石的温度不低于165℃，该工点为无砟轨道区段，采用3台摊铺机阶梯作业，摊铺速度宜控制在1.5m/min。

选用重量为13t，振动频率为50Hz，振幅为0.5mm的钢轮压路机；选用总重量为30t，每一个轮胎的压力18kN，冷态时的轮胎充气压力0.6MPa，轮胎发热后0.65MPa，且各个轮胎的气压大体相同的轮胎式压路机。初压工序为钢轮压路机静压4遍，碾压速度为2km/h，初压开始沥青级配碎石内部温度不低于160℃；在初压结束后紧密进行复压，复压工序为钢轮压路机振压4遍，钢轮压路机振压碾压速度3km/h；轮胎式压路机压实8遍，轮胎式压路机碾压速度3km/h；终压包括钢轮压路机静压2遍，钢轮压路机静压碾压速度3km/h，终压结束沥青级配碎石的表面温度不应低于100℃。

施工完成后，所有施工机械应退出当天完工的作业区。未开放交通前，禁止任何车辆驶入，且表面不得放置重物。

第4天：

待沥青混凝土摊铺层完全自然冷却，沥青级配碎石表面温度低于50℃后，方可开放交通。

经检测，该工点施工区段沥青级配碎石的压实度为99.6％，渗水系数为0mL/min，空隙率为1.75％，说明沥青级配碎石达到设计空隙率(＜4％)和目标压实度(＞98％)的要求，且其具有良好的防水性能(渗水系数≤60mL/min)。

实施例2

对于某工点，沥青级配碎石基床的设计厚度为15cm，上层沥青级配碎石的规格为AGCS-16，厚度按照8cm控制；下层沥青级配碎石的规格为AGCS-20，厚度按照7cm控制；对该工点具备施工条件的段落，分5天进行施工。

第1天：

(1)沥青级配碎石施工前，检查并确认预埋的管道及线缆已施工完成，避免沥青级配碎石完成后再开挖，破坏沥青级配碎石的整体性。(2)采用防污染毛毯对电缆槽排水沟、集水井、接触网支柱等进行保护。(3)采用公知的的保护装置对路基变形观测装置进行保护。(4)对基床表层级配碎石的顶面标高、几何尺寸和质量进行复核；(5)复核合格后，清扫干净级配碎石层表面浮渣。

第2天：

(1)利用沥青洒布车，洒布透层沥青，透层沥青的洒布量为2.0L/m²；(2)悬挂控制沥青混凝土顶面标高的施工导梁，导梁设置高度应考虑沥青级配碎石的松铺系数，以确保其压实厚度为7cm；(3)封闭交通24h，待透层沥青充分渗透且水分蒸发。

第3天：

采用3000型间歇式拌合机进行生产，拌合机具有5个冷料仓和添加外掺剂的投料口。沥青的加热温度为185℃，骨料加热温度为195℃。按照骨料干拌15s，加入预热好的改性沥青、石灰石粉、沥青增强剂拌和40s，总拌和时间为55s，拌和温度为180℃。出料温度按照180℃～195℃控制。对于出料温度超过200℃、花白料、结团成块、粗细骨料严重离析的沥青级配碎石应予以废弃。按照上述步骤，进行规格为AGCS-20沥青级配碎石的拌和。

采用13t以上的运料车进行运输，并采取保温、防雨、防污染措施。从拌和机向运料车装料时，应多次挪动车辆位置，平衡装料，防止粗、细骨料离析。保证沥青级配碎石的到场温度不低于160℃。

采用全自动沥青摊铺机，自动找平方式进行摊铺。施工前，将沥青摊铺机熨平板预热至105℃以上，确保摊铺前沥青级配碎石的温度不低于160℃，该工点为无砟轨道区段，采用3台摊铺机阶梯作业，摊铺速度宜控制在3m/min。

选用重量为15t，振动频率为35Hz，振幅为0.8mm的钢轮压路机；选用总重量为28t，每一个轮胎的压力15.5kN，冷态时的轮胎充气压力0.58MPa，轮胎发热后0.62MPa，且各个轮胎的气压大体相同的轮胎式压路机。初压工序为钢轮压路机静压2遍，碾压速度为3km/h，初压开始沥青级配碎石内部温度不低于155℃；在初压结束后紧密进行复压，复压工序为钢轮压路机振压6遍，钢轮压路机振压碾压速度5km/h；轮胎式压路机压实4遍，轮胎式压路机碾压速度6km/h；终压包括钢轮压路机静压4遍，钢轮压路机静压碾压速度6km/h，终压结束沥青级配碎石的表面温度不应低于95℃。

施工完成后，所有施工机械应退出当天完工的作业区。未开放交通前，禁止任何车辆驶入，且表面不得放置重物。

第4天：

(1)待规格为AGCS-20沥青级配碎石的表面温度低于50℃后，利用沥青洒布车在规格为AGCS-20沥青级配碎石的表面均匀喷洒粘层沥青0.6L/m²；(2)悬挂控制沥青混凝土顶面标高的施工导梁，导梁设置高度应考虑沥青级配碎石的松铺系数，以确保其压实厚度为8cm；

重复本实施例中第3天的工作内容，进行规格为AGCS-16沥青级配碎石的拌和、运输、摊铺和压实。

施工完成后，所有施工机械应退出当天完工的作业区。未开放交通前，禁止任何车辆驶入，且表面不得放置重物。

第5天：

待沥青混凝土摊铺层完全自然冷却，沥青混凝土表面温度低于50℃后，方可开放交通。

经检测，该工点施工区段沥青级配碎石的压实度为99.8％，渗水系数为0mL/min，空隙率为2.12％，说明沥青级配碎石达到设计空隙率(＜4％)和目标压实度(＞98％)的要求，且其具有良好的防水性能(渗水系数≤60mL/min)。