骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石在大修工程中的應(yīng)用

李宏濤

許昌廣蒞公路工程建設(shè)有限責(zé)任公司，河南 許昌 461000

0 引言

近年來(lái)，在公路工程的設(shè)計(jì)中，二級(jí)以上公路的路面結(jié)構(gòu)層多采用瀝青路面+水泥穩(wěn)定碎石基層。這種結(jié)構(gòu)組合固然優(yōu)點(diǎn)很多，但傳統(tǒng)的懸浮型水泥穩(wěn)定碎石在實(shí)際應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題，嚴(yán)重影響著此類道路的使用壽命，這其中主要問(wèn)題是：懸浮型水泥穩(wěn)定碎石早期會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的裂縫，進(jìn)而引起瀝青面層出現(xiàn)反射裂縫，使路面水沿著裂縫進(jìn)入內(nèi)部，危及整體路基路面結(jié)構(gòu)，縮短道路使用壽命。裂縫產(chǎn)生的主要原因是，懸浮型水泥穩(wěn)定碎石基層在溫濕度變化時(shí)，極易產(chǎn)生較大的收縮，導(dǎo)致基層裂縫的產(chǎn)生及引起路面反射裂縫。為了改善傳統(tǒng)的懸浮型水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石基層結(jié)構(gòu)。通過(guò)在河南省302省道葛嘴線東段大修工程中的應(yīng)用，進(jìn)一步驗(yàn)證了骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石基層比懸浮型水泥穩(wěn)定碎石基層的路用性能更加優(yōu)越。

1 原材料性質(zhì)及試驗(yàn)方法

1.1 原材料性質(zhì)

1）水泥：產(chǎn)地河南省鶴壁市同力水泥有限公司32.5級(jí)，初凝時(shí)間3小時(shí)9分，終凝時(shí)間4小時(shí)45分，3天抗壓強(qiáng)度20.3MPa，抗折強(qiáng)度5MPa，28天抗壓強(qiáng)度42.6MPa，抗折強(qiáng)度8.93MPa；

2）碎石：產(chǎn)地河南省鶴壁市山城區(qū)，表觀密度2.78g/cm3，壓碎值9.7%，含泥量0.4%，針片狀含量11.3%；

3）石屑：產(chǎn)地河南省鶴壁市山城區(qū)，用作細(xì)集料。

1.2 礦料級(jí)配

1）骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石的粗集料用量是按嵌擠原理設(shè)計(jì)的，粗集料的空隙由次一級(jí)顆粒所填充，其余空隙又有再次一級(jí)顆粒填充。這種既有嵌擠又有填充的集料在理論上應(yīng)該是摩阻力、凝聚力和密實(shí)度最好的混合料；

2）經(jīng)過(guò)對(duì)幾種規(guī)格的集料篩分，得出各種集料的通過(guò)率：

10mm～30mm：37.5篩 孔 100%，31.5篩 孔 100%，19篩 孔9.25%，9.5篩孔1.1%，4.75篩孔0；

10 mm～20mm：37.5篩 孔100%，31.5篩 孔 100%，19篩 孔74.8%，9.5篩孔10.4%，4.75篩孔2.7%，2.36篩孔0；

5mm～10mm：37.5篩 孔 100%，31.5篩 孔 100%，19篩 孔100%，9.5篩孔90.25%，4.75篩孔16.5%，2.36篩孔1.5%，0.6篩孔0；

石屑：37.5篩孔100%，31.5篩孔100%，19篩孔100%，9.5篩孔100%，4.75篩孔100%，2.36篩孔85.29%，0.6篩孔46.94%，0.075篩孔17.03%。

3）合成級(jí)配結(jié)果如下：

10mm～30mm：10mm～20mm：5mm～10mm： 石 屑=20:30:23:27；

合成級(jí)配各篩孔通過(guò)率為：37.5篩孔100%，31.5篩孔100%，19篩孔74.29%，9.5篩孔50.31%，4.75篩孔30.49%，2.36篩孔23.08%，0.6篩孔10.81%，0.075篩孔1.84%；

各種篩孔的通過(guò)率在規(guī)范通過(guò)率上線與下線之間，接近中線值。

1.3 試驗(yàn)方法

首先進(jìn)行振動(dòng)成型，求出混合料的最大干密度和最佳含水量?；旌狭蠐魧?shí)結(jié)果：最大干密度2.433g/cm3，最佳含水量5.6%。然后按最大干密度和最佳含水量以98%的壓實(shí)度成型試件，試件為Φ150mm×150mm圓柱體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生條件下養(yǎng)生6天浸水1天，進(jìn)行無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)得最大值4.5MPa，最小值3.8MPa，平均值4.1MPa，標(biāo)準(zhǔn)差22.8%，偏差系數(shù)5.5%，Rd/（1-1.282Cv）=3.2＜4.1。

2 施工工藝

2.1 振動(dòng)成型法確定骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石的試驗(yàn)原理

為什么振動(dòng)成型法設(shè)計(jì)的骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石比普通擊實(shí)法設(shè)計(jì)的懸浮型水泥穩(wěn)定碎石性能優(yōu)越？首先，傳統(tǒng)的普通擊實(shí)法與施工現(xiàn)場(chǎng)的碾壓方式差別較大，因此它所確定的混合料最大干密度與最佳含水量與施工時(shí)的差別也較大，不能指導(dǎo)施工；其次，傳統(tǒng)的懸浮型水泥穩(wěn)定碎石骨料少，膠結(jié)料多，既沒有形成骨架互相嵌擠，又因膠結(jié)料多收縮量大易引起裂縫。

采用振動(dòng)成型法原則是室內(nèi)成型方式要與現(xiàn)場(chǎng)碾壓方式盡可能匹配，粗骨料用量根據(jù)嵌擠原理確定。首先用振動(dòng)成型法獲得不同壓實(shí)時(shí)間下的最大干密度，再使用現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)設(shè)備，在試驗(yàn)路段取得最佳壓實(shí)效果下的實(shí)際干密度，將多組匹配試驗(yàn)進(jìn)行分析，確定室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)機(jī)符合現(xiàn)場(chǎng)要求的最佳壓實(shí)時(shí)間及方法，因此用振動(dòng)成型法確定的級(jí)配與實(shí)際基本一致，能較好地指導(dǎo)施工。

2.2 施工工藝流程

確定拌和場(chǎng)地→原材料選擇→振動(dòng)成型法骨架密實(shí)型配合比設(shè)計(jì)→備料→施工前準(zhǔn)備→混合料拌和→混合料運(yùn)輸→混合料攤鋪→大噸位振動(dòng)壓路機(jī)碾壓→壓實(shí)度檢測(cè)→接縫處理→養(yǎng)生及交通管制→取芯驗(yàn)證強(qiáng)度

2.3 施工工藝要點(diǎn)

1）原材料的選擇與控制

進(jìn)行原材料外調(diào)時(shí)，試驗(yàn)人員同采購(gòu)人員一道到料場(chǎng)取樣，對(duì)樣品試驗(yàn)合格的廠家，選擇一個(gè)或幾個(gè)材質(zhì)好、質(zhì)量穩(wěn)定的廠家作為供應(yīng)商。料場(chǎng)砌磚墻將不同種類的材料隔開，避免串料使配合比難以調(diào)整。細(xì)集料進(jìn)行覆蓋，以方便控制混合料的含水量。所用水泥應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及施工規(guī)范要求。

2）振動(dòng)成型法配合比設(shè)計(jì)

振動(dòng)成型機(jī)的參數(shù)及成型方式與現(xiàn)場(chǎng)碾壓設(shè)備、碾壓方式等條件類似。

3）混合料拌和

用大型拌和設(shè)備，確保集料級(jí)配和水泥劑量準(zhǔn)確，產(chǎn)量滿足攤鋪要求。

4）施工時(shí)間控制

混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓應(yīng)一氣呵成，從拌和開始到碾壓結(jié)束的時(shí)間不能超過(guò)水泥的終凝時(shí)間。機(jī)械出現(xiàn)故障及其它阻礙施工的因素出現(xiàn)時(shí)應(yīng)及時(shí)解決，對(duì)超過(guò)時(shí)間的混合料進(jìn)行廢棄處理。

5）養(yǎng)生及交通管制

水泥穩(wěn)定碎石碾壓后用養(yǎng)生布覆蓋，保證7天內(nèi)濕養(yǎng)。同時(shí)，養(yǎng)生期間進(jìn)行交通管制，車輛不得通行，避免水泥穩(wěn)定碎石在強(qiáng)度沒有完全形成時(shí)遭到破壞，這一點(diǎn)在邊施工邊通車的大修工程中尤其應(yīng)該重視。

3 施工步驟

1）準(zhǔn)備工作

水泥碎石施工前，對(duì)下承層進(jìn)行徹底清掃，用石灰線劃出攤鋪邊緣線，兩側(cè)按10m一個(gè)斷面在中線和邊線位置以外30cm處打好鋼釬，在基層兩側(cè)立上鋼模。

2）拌和

拌和設(shè)備有4個(gè)料斗，配有80t的散裝水泥貯藏罐（立式），具備400t/h以上的拌和設(shè)備1臺(tái)以上向一個(gè)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)供料，拌和設(shè)備計(jì)量全部由電腦控制，保證配料精確。

3）運(yùn)輸攤鋪

本大修工程基層采用半幅施工，攤鋪寬度為6m，選用1臺(tái)自動(dòng)找平具有振搗夯實(shí)功能的大功率攤鋪機(jī)攤鋪。

（1）用大型自卸汽車運(yùn)拌和料至施工現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸車的運(yùn)量應(yīng)比拌和能力和攤鋪速度略有富余，以保證攤鋪機(jī)連續(xù)作業(yè)；

（2）攤鋪前對(duì)下承層灑水，使其表面濕潤(rùn)；

（3）兩側(cè)均設(shè)基準(zhǔn)線、控制高程；

（4）攤鋪機(jī)行進(jìn)速度要均勻，中途不得變速（不管何時(shí)），其速度要和拌和機(jī)拌和能力相適應(yīng)，最大限度地保持均速前進(jìn)、攤鋪不停頓、間斷。

4）碾壓

本工程水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪厚度為18cm，根據(jù)試驗(yàn)段結(jié)果，配備22T振動(dòng)壓路機(jī)2臺(tái)，膠輪壓路機(jī)1臺(tái)。碾壓組合方式為：初壓時(shí)，1臺(tái)22T振動(dòng)壓路機(jī)靜壓一遍；復(fù)壓時(shí)，2臺(tái)22T振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振四遍；終壓時(shí)，1臺(tái)膠輪壓路機(jī)靜壓一遍。

5）攤鋪和碾壓現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專人檢驗(yàn)，修補(bǔ)缺陷

6）檢驗(yàn)

除取芯強(qiáng)度7天后檢測(cè)外，水泥穩(wěn)定碎石基層各項(xiàng)指標(biāo)的檢驗(yàn)應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)完成，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

7）養(yǎng)生

養(yǎng)生是水泥穩(wěn)定碎石非常重要的一道工序，它直接影響結(jié)構(gòu)層的成型強(qiáng)度和表觀質(zhì)量，施工單位應(yīng)設(shè)專人和專門設(shè)備進(jìn)行養(yǎng)生。

8）接縫處理

接縫一律為垂直銜接，或用方木進(jìn)行端頭處理，或碾壓后掛線直接挖除至標(biāo)準(zhǔn)斷面，用3m直尺進(jìn)行檢驗(yàn)，以確認(rèn)接縫處理是否到位。

4 效益分析

1）從短期看，骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石基層和常規(guī)的懸浮型水泥穩(wěn)定碎石基層相比，增加了少量施工成本，但從延長(zhǎng)整個(gè)路面使用壽命、減少公路的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)成本來(lái)看，綜合效益顯著；

2）通過(guò)本項(xiàng)目和同期的幾個(gè)采用常規(guī)的懸浮型水泥穩(wěn)定碎石基層的項(xiàng)目相比，基層裂縫問(wèn)題得到了有效解決。裂縫由原來(lái)平均間距10m～20m變?yōu)?00m～800m，大大增加了道路的使用壽命；

3）骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石基層能夠有效減少反射裂縫，提高路面的使用壽命，減少道路的大、中修次數(shù)，提高公路使用者的滿意度，社會(huì)效益顯著。

5 結(jié)論

骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石基層通過(guò)近幾年的實(shí)踐已日趨成熟，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于高速公路、國(guó)道、省道的建設(shè)中，效果良好。

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