高速公路水穩(wěn)碎石基層配合比設(shè)計及施工質(zhì)量控制探討

胡同銀 張志強(qiáng)

（水電七局二分局，四川 成都611730）

引言

邛名高速公路B段線路全長12.75km，線路起點位于邛崍市白鶴鄉(xiāng)鶴鳴村，終點位于邛崍市臨濟(jì)鎮(zhèn)范店村，主線按照雙向四車道高速公路2*3.75m標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，中間帶寬度3m，路肩寬0.75 m，設(shè)計車速80km/h。其路面結(jié)構(gòu)設(shè)計由上至下依次為4cm改性瀝青馬蹄脂、5cm高性能改性瀝青混合料、7cm高性能瀝青混合料、6mm稀漿封層、20cm水泥穩(wěn)定碎石基層、30cm水泥穩(wěn)定碎石底基層。

水泥穩(wěn)定碎石基層的施工工藝在粉碎的或原來松散的土(粗、中、細(xì)粒土)中，摻人足量的水泥和水，經(jīng)拌和得到的混合料在壓實養(yǎng)生后，當(dāng)其抗壓強(qiáng)度符合規(guī)定要求時，稱為水泥穩(wěn)定土。水泥穩(wěn)定土根據(jù)混合料中原材料的不同，可分為水泥土、水泥砂、水泥穩(wěn)定碎石和水泥穩(wěn)定砂礫等。水泥穩(wěn)定碎石作為半剛性材料，以其整體性強(qiáng)、承載力高、剛度大、水穩(wěn)性好等特點在公路路面基層施工中被廣泛應(yīng)用。原材料的控制和配合比的設(shè)計是前提，水穩(wěn)層的拌和和攤鋪是基礎(chǔ)，碾壓成型是關(guān)鍵，養(yǎng)護(hù)是保證。為了保證水泥穩(wěn)定碎石路面基層滿足設(shè)計和使用要求，除結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、路基強(qiáng)度滿足要求外，重點是水泥穩(wěn)定碎石路面基層的原材料選擇、混合料組成設(shè)計和施工質(zhì)量控制。下面結(jié)合項目特點就原材料質(zhì)量控制和配合比設(shè)計以及施工過程質(zhì)量控制進(jìn)行簡單分析和探討。

1 、水穩(wěn)碎石基層施工質(zhì)量影響因素分析

⑴水混穩(wěn)定碎石基層裂縫產(chǎn)生原因分析

在車輛荷載作用下，基層裂縫會在瀝青面層造成反射裂縫.導(dǎo)致面層出現(xiàn)各種病害，因此，施工中應(yīng)盡量減少裂縫的產(chǎn)生。基層產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下幾點：①水泥劑量過高。則水泥穩(wěn)定碎石溫縮、干縮變形也越大，越容易開裂。②級配不合理。細(xì)集料含量偏多特別是粉料(小于0.075mm)含量大時，水穩(wěn)碎石的收縮也大。③混合料離析。離析可造成基層成型后不同地段、上下層間的干縮、溫縮不均勻.易產(chǎn)生裂縫。④碾壓時含水量影響。碾壓時含水量過太，則基層成型后蒸發(fā)散失水分越多，形成裂縫的可能性越太，含水量過小時，混合料難以壓實到規(guī)定壓實度，混合料抗裂性能也得不到保證。⑤壓實度影響，壓實度不足?；鶎诱w性就差，強(qiáng)度和性能會下降，抗裂能力也下降。⑥養(yǎng)生措施及交通管制。養(yǎng)生不當(dāng)時，基層表面的水分蒸發(fā)快，容易產(chǎn)生裂紋。另外在鋪筑瀝青面層之前，施工車輛特別是重型車輛的作用，極易造成基層斷裂。

⑵壓實度主要影響因素分析

①集料影響。碎石強(qiáng)度不夠、針片狀顆粒含量大，混合料一壓就碎。配合比如果不當(dāng)，不管級配是偏粗、偏細(xì)還是夾有超粒徑的顆粒，或者配合比曲線曲折不平順、不連續(xù)，都可能會影響到基層的壓實度。②含水量影響?；旌狭咸幱谧罴鸦蚵源笥谧罴押繝顩r下才能碾壓密實，如果含水量過大，碾壓時易形成彈簧；含水量過小，則混合料易松散 ，這兩種情況都會使混合料無法壓實。③混合料離析影響。在混臺料拌和、運輸及攤鋪過程中均有可能造成混合料離析。這些離析位置如果沒有及時處理，則在粗集料集中不易壓實，細(xì)集料集中，容易導(dǎo)致過度壓實。④碾壓機(jī)械不配套影響水泥穩(wěn)定碎石混合料壓實。只有在一定的碾壓機(jī)械組臺情況下，以一定的碾壓次序并達(dá)到一定的碾壓遍數(shù)才有可能達(dá)到合格的壓實度。⑤碾壓層厚影響。碾壓層太厚或太薄都難以達(dá)到合格的壓實度。碾壓層太厚，壓實功傳不到底部，太薄，則碾壓層支承不了碾輪的振動壓力而破壞，更談不上壓實度和強(qiáng)度。⑥延遲時間影響。如果碾壓不及時，碾壓時間超過混合料的初凝時間，則水泥開始水化結(jié)晶，混合料失去活性，內(nèi)厚阻力增大，不易壓實。

⑶混合料離析的影響因素分析

由于粗集料增加，骨架密實型水泥穩(wěn)定碎石在拌和、運輸和攤鋪過程中出現(xiàn)離析的可能性也隨之增大，具體說來，導(dǎo)致混合料離析的原因主要有：①混合料拌和、裝車 混合料的拌和時間過短或過長均會使混合料產(chǎn)生離析。攪拌時間太短，材料不能充分混合，時間過長則會造成粗集料下沉。皮帶輸送機(jī)將混合料送人儲料倉時，傳送皮帶的傾斜角度應(yīng)盡可能取較小值，以免粒徑大的碎石下滑導(dǎo)致離析。臨時儲料倉向自卸汽車裝料時，若出料口距車廂的高度太大，粗粒徑碎石會滾動到車廂四周造成離析。

②混合料攤鋪。自卸車向攤鋪機(jī)受料斗卸料時，如果車箱升起的角度、速度不合理。粗骨料便有可能向前滾動，堆積而造成混合料離析。攤鋪過程中攤鋪機(jī)的螺旋分料器向兩側(cè)分料過程中往往會造成粗集料被撥向兩側(cè)并與細(xì)集料分離，導(dǎo)致攤鋪機(jī)兩側(cè)由于粗集料增加而離析。攤鋪機(jī)能否連續(xù)、穩(wěn)定地攤鋪也是影響混合料離析的原因之一。

⑷水泥劑量測定的影響因素分析

當(dāng)水泥和集料固定，用EDTA滴定法實測水泥劑量時影響因素主要是含水量和集料的級配。含水量對滴定結(jié)果影響很小，而級配的變化對水泥劑量的滴定結(jié)果有很大影響。除用滴定法檢測水泥劑量外，還必須進(jìn)行總量控制。記錄每天的實際水泥用量、集料用量和實際工程量，計算、對比水泥劑量的一致性。

2 、配合比設(shè)計

⑴高速公路、一級公路宜將骨架密實型水泥穩(wěn)定材料用于基層，也可通過試驗按逐級填充的方法，并進(jìn)行空隙體積的檢驗，使細(xì)集料加水泥的壓實體積等于或接近粗集料的空隙體積。各級公路均可將懸浮密實型水泥穩(wěn)定材料用于基層、底基層?；鶎硬牧系募献畲罅綉?yīng)不大于31.5mm，底基層材料的最大粒徑不大于37.5mm。以下是邛名高速公路的基層材料的試驗結(jié)果。

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⑵普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥都可用于穩(wěn)定土，但應(yīng)選用初凝時間3h以上和終凝時間應(yīng)在6h以上的的水泥。不得使用快硬水泥、早強(qiáng)水泥以及已受潮變質(zhì)的水泥。宜采用強(qiáng)度等級為32.5或42.5的水泥。

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⑶由上面的集料篩分結(jié)果可以看出，4.75mm的通過率偏于降低，表明粗集料含量增加使得在級配范圍內(nèi)能形成骨架密實結(jié)構(gòu)混合料。19mm～4.75mm集料所占比例較大，粗集料自身組成合理，可避免現(xiàn)場攤鋪及碾壓時產(chǎn)生離析，0.6mm以下粉料含量相對較低，可大幅度提高半剛性材料的抗裂能力。通過級配分析及對孔隙率的試驗可以看出：上限級配振動成型試件VCAmix處于松堆及插搗VCA之間，下限級配VCAmix小于插搗VCA，表明上、下限級配為骨架密實型級配。

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⑷水泥穩(wěn)定碎石混合料振動擊實和重型擊實確定的最大干密度及最佳含水量見下表。由試驗結(jié)果，相同水泥劑量下，水泥穩(wěn)定碎石振動擊實確定的最佳含水量與重型擊實試驗確定的最佳含水量相近；而振動擊實與重型擊實試驗確定的最大干密度有很大差別。與重型擊實相比，水泥穩(wěn)定碎石混合料振動法確定的最大干密度提高1.02～1.034倍。

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⑸水泥穩(wěn)定碎石振動、靜壓成型試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果見下表。由試驗結(jié)果，水泥穩(wěn)定級配碎石振動成型試件平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于相應(yīng)靜壓試件的平均無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

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⑹以振動擊實試驗確定的最大干密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度評定壓實度，用灌砂法測定不同碾壓遍數(shù)后基層壓實度，碾壓遍數(shù)與壓實度關(guān)系見下圖：

由以上可以看出：

①振動法設(shè)計的水泥碎石與重型擊實法確定的最佳含水量相當(dāng)，但最大干密度顯著提高，更符合現(xiàn)場機(jī)械實際工況；②規(guī)范所用的重型擊實法確定的半剛性材料最大干密度偏小，以此為標(biāo)準(zhǔn)控制現(xiàn)場壓實度存在質(zhì)量隱患，而用振動法確定的混合料干密度控制現(xiàn)場壓實度更為合理。③成型方式對混合料強(qiáng)度有顯著影響，振動成型試件抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于靜壓成型試件抗壓強(qiáng)度。用靜壓法確定的混合料強(qiáng)度控制現(xiàn)場施工要求過高，導(dǎo)致水泥劑量過大，根據(jù)現(xiàn)場強(qiáng)度檢測結(jié)果及振動法優(yōu)化結(jié)果認(rèn)為在靜壓法確定的水泥劑量的基礎(chǔ)上降低水泥劑量1～1.5%是合理的，不僅降低了工程造價，滿足強(qiáng)度設(shè)計要求，更重要的是有效的防止半剛性基層的開裂。

3 原材料及施工過程質(zhì)量控制

⑴混合料拌合

①拌和設(shè)備。配置WDB500型雙臥軸連續(xù)強(qiáng)制式水泥穩(wěn)定土拌和站，采用電腦動態(tài)計量，產(chǎn)量為500t/h，配備三個100T水泥罐，三臺50裝載機(jī)配合上料，料倉之間設(shè)置不低于1.5m高鋼板進(jìn)行分隔，以防冷料倉發(fā)生竄料。②集料堆放。設(shè)置4個備料倉，占地面積4800m2，分別為4.75mm以下粒徑備料倉、4.75～9.5mm粒徑備料倉、9.5～19mm粒徑備料倉、19～37.5mm粒徑備料倉，其中4.75mm以下粒徑備料倉須設(shè)置防雨棚。堆料場各種粒料的材料要分級分倉隔離，堆料隔離高度為3m以上，頂面寬度不小于50cm，各料倉的寬度以設(shè)計配合比需要量而定。冷拌場場地坡度為4%~5%，場地周邊有完善排水系統(tǒng)。③每天施工前，進(jìn)行一次混合料篩分，檢查其級配是否與目標(biāo)配合比相符。④生產(chǎn)時嚴(yán)格控制水泥劑量，水泥劑量比設(shè)計水泥劑量高0.2%。加強(qiáng)目測，隨時觀察混合料有無灰呆、放團(tuán)，色澤是否均勻.有無離析現(xiàn)象。⑤施工拌和的含水量比最佳含水量大0.5%一1.0%，以補(bǔ)償施工過程中水分蒸發(fā)的損失。根據(jù)集料含水量的大小、氣候及氣溫變化的實際情況以及遠(yuǎn)距及時調(diào)整加水量。

⑵混合料運輸

①混合料隨拌隨用，采用18T的自卸汽車運輸，數(shù)量應(yīng)根據(jù)運距、路況、攤鋪能力等因素確定，以滿足攤鋪要求為準(zhǔn)。②裝料時為減少混合料離析，采用3次裝料法，并在儲料斗加設(shè)導(dǎo)向板，使混合料在導(dǎo)向板作用下落到車廂中。③運輸途中不得卸料或無故停車，在攤鋪現(xiàn)場要清理車廂內(nèi)余料，卸料要徹底，不得有水積聚在車廂底部。④使用攤鋪機(jī)連續(xù)攤鋪時，運料車應(yīng)在攤鋪機(jī)前處停住，不得撞擊攤鋪機(jī)。卸料過程中運料車應(yīng)掛空檔，輕踩剎車，靠攤鋪機(jī)推動前進(jìn)。⑤混合料運輸過程中應(yīng)注意覆蓋，防雨、防風(fēng)、防曬，并盡量在45分鐘內(nèi)運抵?jǐn)備伂F(xiàn)場，確保在最佳含水率條件下攤鋪碾壓。

⑶混合料攤鋪

①采用中大DT-1600攤鋪機(jī)半幅一次性攤鋪，以避免縱向接縫，攤鋪過程中攤鋪機(jī)受料斗后端的閘門盡量開大.確保受料斗內(nèi)始終保持定量的混合料使攤鋪機(jī)在整個攤鋪過程中處于連續(xù)穩(wěn)定的鋪料狀態(tài)。②攤鋪機(jī)就位前下承層必須清掃干凈并且灑水泥漿，保證層間有效結(jié)合。③根據(jù)攤鋪速度、厚度、寬度等因素調(diào)整攤鋪機(jī)夯錘頻度，使其碾壓前的密實度達(dá)80%以上。④當(dāng)拌和好的混合料運至現(xiàn)場，應(yīng)速按松鋪厚度均勻攤鋪。攤鋪中如有離析現(xiàn)象，應(yīng)用人工進(jìn)行找補(bǔ)。⑤開始攤鋪3～6米長時，應(yīng)立即檢測攤鋪面的標(biāo)高橫坡及厚度，不符合設(shè)計要求時，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整熨平板高度和橫坡直到合格，再進(jìn)行攤鋪。

⑷混合料壓實

①初壓，水泥穩(wěn)定碎石混合料攤鋪后應(yīng)盡快完成初壓，以減少水分散失，第一遍采用靜壓方式，用18t單鋼輪振動壓路機(jī)穩(wěn)壓一遍，再振動碾壓一遍，碾壓速度控制在1.5～1.7km/h，測量控制高程點，輔以人工找補(bǔ)混合料。②復(fù)壓，采用32t單鋼輪振動壓路，先弱振一遍，再強(qiáng)振2～3遍，速度控制在2～2.5km/h，碾壓方法是曲線段由內(nèi)側(cè)向外側(cè)，直線段由兩側(cè)向中間推進(jìn)碾壓，每次碾壓應(yīng)重疊1/2后輪寬度。③終壓，采用18t單鋼輪振動壓路機(jī)和10t膠輪壓路機(jī)各靜壓一遍，碾壓速度一般控制在3km/h左右，消除碾壓輪跡。④嚴(yán)禁壓路機(jī)碾壓時急剎車和調(diào)頭，碾壓過程中保持水泥穩(wěn)定碎石混合料表面濕潤，出現(xiàn)彈簧，松散現(xiàn)象應(yīng)及時挖除，重新?lián)Q新混合料處理。⑤從水泥穩(wěn)定混合料開始拌和到碾壓結(jié)束時間應(yīng)控制在3小時內(nèi)。⑥接縫及橋頭處壓路機(jī)不能壓實的部位，采用人工打夯機(jī)夯實。⑦壓實度的檢測：當(dāng)用32t單鋼輪振動壓路機(jī)強(qiáng)振兩遍后，現(xiàn)場試驗人員迅速檢測其壓實度，若沒有達(dá)到規(guī)范要求，則加振一遍后再測其壓實度，直至達(dá)到要求。

⑸養(yǎng)生措施

根據(jù)湖北省襄十高速公路武許段和襄武段在基層養(yǎng)生中的具體實踐取得的成功經(jīng)驗，結(jié)合本標(biāo)段透層、稀漿封層設(shè)計實際，采用透層、稀漿封層對基層進(jìn)行養(yǎng)生，其優(yōu)點在于：透層、稀漿封層的養(yǎng)生施工工藝具有速度快、造價低、質(zhì)量好、沒污染、節(jié)約能源等。

①基層碾壓成型，待基面干燥后，可立即灑布透層瀝青(透層灑布時間，建議當(dāng)天鋪筑基層，最好第2 d灑布為宜)，根據(jù)灑布量來控制灑布車灑布行駛速度。②當(dāng)灑布車寬度受到限制需分幅施工時，應(yīng)由高處開始，逐幅向低處噴灑，相鄰灑布帶做到不重疊或少重疊，做到盡量不"露白"。③灑布時，最好以構(gòu)造物分段或以基層施工段落為一灑布段，同向進(jìn)行灑布。由于基層初始強(qiáng)度不高，灑布車在基層上行車時嚴(yán)禁緊急剎車或調(diào)頭，以防破壞基層基面或板塊強(qiáng)度。④對局部漏灑或灑布車難以灑到的部位，可采用人工手持灑布管進(jìn)行補(bǔ)灑。對局部灑布量過大，出現(xiàn)流淌現(xiàn)象，利用人工用竹掃把及時清掃，使其基面保持灑布量均勻。⑤若灑布透層瀝青時遇大風(fēng)、降雨天氣，應(yīng)先采用復(fù)合養(yǎng)生膜覆蓋.保濕養(yǎng)生，待天氣好轉(zhuǎn)后再灑布透層瀝青。⑥噴灑透層，待其破乳，表面干燥后，可緊接鋪筑稀漿封層。一般透層施工24 h后，鋪筑封層比較適宜。⑦養(yǎng)生期間（7天），應(yīng)封閉交通。

4 結(jié)論

⑴規(guī)范所用的重型擊實法確定的半剛性材料最大干密度偏小，以此為標(biāo)準(zhǔn)控制現(xiàn)場壓實度存在質(zhì)量隱患，而用振動法確定的混合料干密度控制現(xiàn)場壓實度更為合理。

⑵配合比設(shè)計及成型方式對混合料強(qiáng)度有顯著影響，振動成型試件抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于靜壓成型試件抗壓強(qiáng)度。用靜壓法確定的混合料強(qiáng)度控制現(xiàn)場施工要求過高，導(dǎo)致水泥劑量過大，根據(jù)現(xiàn)場強(qiáng)度檢測結(jié)果及振動法優(yōu)化結(jié)果認(rèn)為在靜壓法確定的水泥劑量的基礎(chǔ)上降低水泥劑量1～1.5%是合理的，不僅降低了工程造價，滿足強(qiáng)度設(shè)計要求，更重要的是顯著提高了半剛性基層的抗裂能力。

⑶水泥穩(wěn)定碎石基層施工中，要考慮到影響施工質(zhì)量的各種因素，在整個施工過程中，控制好原材料的質(zhì)量、施工工藝、拌和、運輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等環(huán)節(jié)，采取有針對性、有實用性的質(zhì)量保證措施，以最終確保工程質(zhì)量。

[1]《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F402004）.

[2]《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG E51－2009）.

[3]《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034～2000）.

[4]虎增福.乳化瀝青及稀漿封層技術(shù).北京交通出版社，2001年2月.

[5]錢進(jìn)，王冠.華東公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工的質(zhì)量控制要點.2001年4月.

[6]待忠陽.交通標(biāo)準(zhǔn)化.水泥穩(wěn)定碎石基層配臺比試驗和施工技術(shù)控制.2006年 8月.

[7]石義學(xué).國外建材科技透層、稀漿封層在瀝青路面基層養(yǎng)生中的應(yīng)用.2004年3月.