大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型碾壓工藝研究

趙承偉，古鵬翔，黃金城

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)試驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530700；3.廣西桂山高速公路有限公司，廣西 都安 530700)

大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型碾壓工藝研究

趙承偉1，2，古鵬翔3，黃金城2

(1.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)試驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；2.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530700；3.廣西桂山高速公路有限公司，廣西 都安 530700)

大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型技術(shù)具有提高路面基層結(jié)構(gòu)整體性、加快工程進(jìn)度、節(jié)省施工成本的突出優(yōu)勢，而其質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于碾壓成型。文章采用不同碾壓機(jī)械組合和碾壓方式，依托大厚度水穩(wěn)基層試驗(yàn)段工程，對(duì)比分析了三種不同碾壓方式下的大厚度水穩(wěn)基層壓實(shí)度、平整度的質(zhì)量控制水平。試驗(yàn)段質(zhì)量檢測結(jié)果表明：采用雙鋼輪初壓一遍+32T單鋼輪振壓3遍+37T膠輪搓揉2遍+雙鋼輪收光1遍的碾壓機(jī)械組合和碾壓方式可以保證理想的壓實(shí)效果和平整度水平。

大厚度；水泥穩(wěn)定碎石基層；碾壓工藝；壓實(shí)度；平整度

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層瀝青路面是我國最常用的瀝青路面結(jié)構(gòu)形式，通

常水穩(wěn)基層的設(shè)計(jì)厚度為55～60 cm，由于受到傳統(tǒng)攤鋪、碾壓機(jī)械設(shè)備性能的制約，按照底基層、下基層和上基層三層分別先后鋪筑養(yǎng)生的方式施工，并且要求單層施工最大厚度≤20 cm。按照該工藝進(jìn)行施工可以保證單層水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量，壓實(shí)度、平整度和厚度等質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)均相對(duì)容易控制。但是，按照該方式分三層施工容易造成水穩(wěn)層的整體性較差[1]，同時(shí)由于每層必須進(jìn)行7 d以上的養(yǎng)生，對(duì)施工進(jìn)度也有較大的影響。

近些年來，隨著攤鋪、碾壓等機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，如大功率抗離析攤鋪機(jī)、大噸位單鋼輪壓路機(jī)、雙鋼輪壓路機(jī)等，使得大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪、碾壓成型具有技術(shù)保障。大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型是將原來的三層分層施工變?yōu)閮蓪?，具有提高路面基層結(jié)構(gòu)整體性、加快工程進(jìn)度、節(jié)省施工成本的突出優(yōu)勢，但其施工難度也提高了很多。為了保證大厚度水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量，許多研究人員對(duì)此進(jìn)行了研究，例如李定倫[2]進(jìn)行了大厚度水穩(wěn)碎石基層的不同鋪筑方式的應(yīng)用研究，結(jié)果表明，現(xiàn)有的常規(guī)施工機(jī)械和施工條件難以保證壓實(shí)度和平整度質(zhì)量，不宜采用全厚式一次攤鋪、碾壓成型。龔起超[2]進(jìn)行了大厚度水穩(wěn)基層的壓實(shí)特性研究，結(jié)果表明，采用振動(dòng)成型可以提高水穩(wěn)基層的最大干密度，有利于控制大厚度水穩(wěn)基層的壓實(shí)質(zhì)量。李煒光[3，4]研究了大激振力作用下的厚層水穩(wěn)的壓實(shí)特性，研究表明，大激振力作用下水穩(wěn)基層的連續(xù)性好，有利于阻止基層底部的反射裂縫。重慶交通大學(xué)彭乙霄[5]以振動(dòng)壓實(shí)為試驗(yàn)手段，對(duì)水穩(wěn)基層的施工質(zhì)量進(jìn)行研究，提出了大厚度的施工技術(shù)和質(zhì)量控制方法，研究表明，振動(dòng)成型法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)有利于大厚度水穩(wěn)基層的質(zhì)量控制，采用32 t振動(dòng)壓路機(jī)和30 t以上膠輪壓路機(jī)可以滿足大厚度水穩(wěn)基層的壓實(shí)要求。但是，從目前大厚度水穩(wěn)基層的研究成果來看，對(duì)碾壓機(jī)械組合和碾壓方式對(duì)壓實(shí)度、平整度的共同影響的研究較少，因?yàn)槟雺汗に嚥粌H決定大厚度水穩(wěn)基層的壓實(shí)度，同時(shí)也是平整度質(zhì)量控制的關(guān)鍵[6]。

因此，本文依托河池至都安高速公路(簡稱河都高速公路)№B合同段，進(jìn)行大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型的施工工藝研究，河都高速公路設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)為18 cm瀝青面層+36 cm 5%水穩(wěn)基層+20 cm 4%水穩(wěn)底基層+18 cm級(jí)配碎石墊層，本文對(duì)36 cm大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪、碾壓成型進(jìn)行碾壓工藝研究。工藝試驗(yàn)總共進(jìn)行三次，2013年6月23日、7月4日、8月26日先后在K78+800～K79+080右幅、K85+400～+860右幅、K89+950～K90+100右幅采用不同的碾壓設(shè)備組合和碾壓方式進(jìn)行了大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓施工工藝的試驗(yàn)路施工(以下簡稱為第一次、第二次、第三次)，試驗(yàn)路總長分別為270 m、460 m、150 m，研究不同碾壓設(shè)備組合和碾壓方式對(duì)壓實(shí)度、平整度的共同影響。

1 原材料

(1)水泥：采用武鳴紅獅水泥廠生產(chǎn)的P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥。

(2)碎石：根據(jù)設(shè)計(jì)文件和施工規(guī)范的要求，碎石分四種規(guī)格，分別是1#料(19～31.5 mm)；2#料(9.5～19 mm)；3#料(4.75～9.5 mm)；4#料(0～4.75 mm)。

(3)水：拌合站使用水采用干凈、清潔的地下水，經(jīng)外檢水質(zhì)合格。

2 配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)的任務(wù)主要是：確定混合料的礦料級(jí)配；確定最佳水泥用量；確定最佳含水率；確定最大干密度。級(jí)配設(shè)計(jì)考慮了三個(gè)方面：(1)根據(jù)云南、廣西、貴州等地大厚度基層施工經(jīng)驗(yàn)，大厚度水穩(wěn)基層混合料組成設(shè)計(jì)宜根據(jù)壓實(shí)厚度適當(dāng)調(diào)整粗細(xì)集料比例，兼顧混合料的骨架密實(shí)性和施工性；(2)為防止早期開裂，應(yīng)設(shè)置粉料及水泥集料上限，同時(shí)要兼顧水穩(wěn)碎石基層抗沖刷特性，設(shè)置粉料及水泥劑量下限；(3)級(jí)配組成應(yīng)符合抗離析組成設(shè)計(jì)理念，保證各級(jí)集料能有效填充、施工均勻。通過試驗(yàn)，級(jí)配設(shè)計(jì)確定的合成級(jí)配及摻配比例如表1所示。

表1 配合比材料試驗(yàn)摻配比例表

本文采用重型擊實(shí)和靜壓成型法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，為了保證配合比設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性，采用試驗(yàn)加核查的方式進(jìn)行控制，最后采用中試核查后的配合比進(jìn)行施工控制。

表2 項(xiàng)目各參建方配合比試驗(yàn)結(jié)果表

3 施工過程控制

(1)確定松鋪系數(shù)，控制松鋪厚度

按以往施工經(jīng)驗(yàn)確定試鋪松鋪系數(shù)，然后通過測量確定真實(shí)的松鋪系數(shù)。測量時(shí)每10 m為一個(gè)斷面，每一斷面進(jìn)行B1、B2、B3三個(gè)點(diǎn)標(biāo)高檢測，B1點(diǎn)為距中線2m，B2點(diǎn)為距中6m，B3點(diǎn)為距中10m。先測下承層各點(diǎn)標(biāo)高H地，攤鋪后，測出各點(diǎn)標(biāo)高H松，壓實(shí)度檢測合格后，測出各點(diǎn)標(biāo)高H實(shí)，然后計(jì)算松鋪系數(shù)：松鋪系數(shù)=(H松-H地)/(H實(shí)-H地)。根據(jù)河都高速公路前期厚20cm水泥穩(wěn)定碎石松鋪系數(shù)為1.30進(jìn)行初步控制，前面施工80m后通過測量發(fā)現(xiàn)需要調(diào)整，按1.36松鋪系數(shù)進(jìn)行正式控制，換算松鋪厚度，設(shè)計(jì)厚度為36cm，則松鋪厚度為36cm×1.36=48.9cm。

(2)混合料級(jí)配控制

為了檢驗(yàn)拌合、攤鋪后水穩(wěn)基層鋪面級(jí)配的可靠性，試驗(yàn)段施工過程中，在攤鋪現(xiàn)場取料進(jìn)行了水洗篩分，其篩分結(jié)果如表3所示。從篩分結(jié)果來看，三次施工過程中混合料的級(jí)配均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，說明混合料級(jí)配控制可靠、穩(wěn)定，滿足大厚度水穩(wěn)基層的施工要求。

表3 各路段混合料篩分檢測結(jié)果表

(3)含水量控制

含水率也是大厚度水穩(wěn)施工控制的重點(diǎn)，若含水率偏低，水泥不能充分發(fā)生水化反應(yīng)、碾壓難度增大；含水率偏高，碾壓過程中容易出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象、后期容易出現(xiàn)開裂問題。

本文大厚度水穩(wěn)基層混合料的最佳含水量是4.3%，混合料的含水量宜控制在最佳含水量0.5%～1%之間，現(xiàn)場用酒精燃燒法檢測含水量。第一次試驗(yàn)段含水量檢測為4.5%～4.7%，大于最佳含水量0.2%～0.3%，滿足要求；第二次試驗(yàn)段含水量檢測為4.19%～4.95%，有3個(gè)點(diǎn)小于最佳含水量4.3%，15個(gè)點(diǎn)大于最佳含水量4.3%，含水量控制不均勻；第三次試驗(yàn)段含水量檢測8個(gè)點(diǎn)為4.18%～4.33%，有5個(gè)點(diǎn)小于最佳含水量4.3%，3個(gè)點(diǎn)大于最佳含水量4.3%。

(4)水泥劑量控制

為了避免水泥劑量過低造成水穩(wěn)基層承載能力不足，或水泥劑量過高造成水穩(wěn)基層開裂等問題，因此，對(duì)水泥劑量的控制也是大厚度水穩(wěn)基層施工控制的重點(diǎn)。本文對(duì)施工過程中的水泥劑量進(jìn)行了嚴(yán)格的檢測，三次試驗(yàn)段的檢測結(jié)果分別見表4～6。從檢測結(jié)果來看，三次試驗(yàn)段過程中水泥劑量的添加均在允許波動(dòng)范圍內(nèi)，并且比較穩(wěn)定，滿足大厚度水穩(wěn)基層質(zhì)量控制要求。

表4 第一次試驗(yàn)路水泥劑量滴定(EDTA)檢測數(shù)值表

注：設(shè)計(jì)水泥劑量5.0%，不小于設(shè)計(jì)值-1.0%

表5 第二次試驗(yàn)路水泥劑量滴定(EDTA)檢測數(shù)值表

表6 第三次試驗(yàn)路水泥劑量滴定(EDTA)檢測數(shù)值表

(5)碾壓控制

碾壓工藝是本文研究的重點(diǎn)，主要是針對(duì)不同碾壓設(shè)備的組合和碾壓方式進(jìn)行研究，本文大厚度水穩(wěn)基層試驗(yàn)段施工壓路機(jī)配置為：1臺(tái)13/17t的雙鋼輪+1臺(tái)32t的大噸位單鋼輪+1臺(tái)37t的膠輪壓路機(jī)。為了分析不同的碾壓工藝對(duì)壓實(shí)度、平整度等質(zhì)量指標(biāo)的影響，本文設(shè)計(jì)了三種碾壓工藝，分別在不同的試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)，碾壓工藝的設(shè)計(jì)如表7～9所示。

第一種基本屬于傳統(tǒng)的碾壓工藝，只是采用了大噸位的32t單鋼輪壓路機(jī)(傳統(tǒng)通常為26t)，大噸位壓路機(jī)第一遍碾壓時(shí)應(yīng)采用前靜后振的碾壓方式，避免產(chǎn)生較大的擁包，見表7。

表7 第一次試驗(yàn)路碾壓工藝參數(shù)表

第二種碾壓工藝采用了雙鋼輪，因?yàn)樗€(wěn)基層過后，攤鋪機(jī)的松鋪厚度偏大，初始密度偏小，若直接采用大噸位的單鋼輪壓路機(jī)，初始?jí)嚎s變形大，容易發(fā)生推移擁包。所以，采用噸位較輕的雙鋼輪，相當(dāng)于提高初始攤鋪壓實(shí)度，減小大噸位壓路機(jī)的壓縮量，提高平整度。此外，本次減少了32t振動(dòng)壓路機(jī)的遍數(shù)，見表8。

表8 第二次試驗(yàn)路碾壓工藝參數(shù)表

第三種碾壓工藝為了能保證壓實(shí)度和平整度均能達(dá)到理想的效果，不減少32t振動(dòng)壓路機(jī)的遍數(shù)，同時(shí)在初始增加小噸位的雙鋼輪提高初始?jí)簩?shí)度基礎(chǔ)上，也在膠輪碾壓完畢后，再采用雙鋼輪進(jìn)行收光，進(jìn)一步提高大厚度水穩(wěn)基層的平整度，而且雙鋼輪的碾壓遍數(shù)少，前后調(diào)整靈活，見表9。

表9 第三次試驗(yàn)路碾壓工藝參數(shù)表

4 質(zhì)量檢測

根據(jù)大厚度水穩(wěn)施工的經(jīng)驗(yàn)，壓實(shí)度和平整度是其質(zhì)量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此，本文主要針對(duì)不同碾壓工藝下的壓實(shí)度和平整度進(jìn)行分析。

(1)壓實(shí)度

從壓實(shí)原理來說壓路機(jī)的激振力是隨著壓實(shí)層的深度增加而逐漸衰減的，所以，厚度越厚，壓實(shí)層底部的壓實(shí)功就越小，為了全面掌握大厚度水穩(wěn)基層的壓實(shí)效果，本文針對(duì)大厚度的上部、下部分別進(jìn)行了壓實(shí)度的檢測。

第一次試驗(yàn)段的壓實(shí)度檢測結(jié)果如表10所示，從該壓實(shí)度檢測結(jié)果來看，采用該碾壓工藝能滿足壓實(shí)度要求，同時(shí)其上下部的壓實(shí)度比較接近，相差應(yīng)≤1.2%，說明當(dāng)混合料處于松散狀態(tài)時(shí)壓路機(jī)激振力有效傳遞到大厚度水穩(wěn)基層底部。

表10 第一次試驗(yàn)路壓實(shí)度檢測結(jié)果表

第二次試驗(yàn)段的壓實(shí)度檢測結(jié)果如表11所示，從表11可知，該碾壓工藝雖然能滿足規(guī)范要求，但其整體壓實(shí)效果明顯比第一次差，主要原因是其減少了32t壓路的遍數(shù)。同時(shí)其上下部壓實(shí)度相差較大，最大達(dá)到了4.2%，主要原因是為了提高平整度，初壓采用小噸位雙鋼輪壓路機(jī)，提高了上部的初始密實(shí)度，形成了“殼效應(yīng)”，一定程度上影響了壓路機(jī)的激振力有效傳遞。

表11 第二次試驗(yàn)路碾壓五遍后的壓實(shí)度數(shù)值表

第三次試驗(yàn)段的壓實(shí)度檢測結(jié)果如表12所示，從該壓實(shí)度檢測結(jié)果來看，該碾壓工藝壓實(shí)度檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求，其上部壓實(shí)度和第一次比較接近，說明增加雙鋼輪壓路機(jī)對(duì)于壓實(shí)度貢獻(xiàn)不大，而下部壓實(shí)度較第二次有了明顯提高，上下壓實(shí)度差<2.0%。

表12 第三次試驗(yàn)路碾壓五遍后的壓實(shí)度數(shù)值表

(2)平整度

由于大厚度水穩(wěn)基層的松鋪厚度大，壓縮量大，而且采用大噸位壓路機(jī)，因此，平整度控制是其施工質(zhì)量控制的難點(diǎn)。本文對(duì)現(xiàn)場平整度檢測進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出不同試驗(yàn)段的平整度檢測情況如表13所示。

表13 不同試驗(yàn)段平整度檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

從該檢測結(jié)果來看，第一次試驗(yàn)段平整度控制水平最差，主要是由于沒有使用雙鋼輪進(jìn)行初壓，因?yàn)閿備仚C(jī)松鋪后混合料的松鋪密度較小，直接采用大噸位的壓路機(jī)會(huì)造成初始?jí)嚎s量大，同時(shí)容易造成松鋪混合料推移、擁包，所以導(dǎo)致平整度控制偏差。

第二次試驗(yàn)段平整度控制水平明顯得到改善，主要原因是增加了小噸位的雙鋼輪壓路機(jī)進(jìn)行初壓，使得大噸位壓路機(jī)碾壓前，鋪面的松鋪密度大幅提高，鋪面對(duì)大噸位推移擁包的抵抗能力增強(qiáng)，所以明顯提高了平整度的控制水平。

第三次為了進(jìn)一步提高平整度的控制水平，增加了收光的雙鋼輪壓路機(jī)，從平整度的檢測結(jié)果來看，收光的效果比較明顯，說明雙鋼輪收光可以有效處理膠輪碾壓完后的輪跡和壓路機(jī)停機(jī)處的小擁包。

5 結(jié)語

通過對(duì)大厚度水穩(wěn)基層不同碾壓工藝的對(duì)比研究，可以得出如下結(jié)論：

(1)大厚度水穩(wěn)基層施工應(yīng)配置相應(yīng)大功率、大噸位的攤鋪、碾壓等機(jī)械設(shè)備，應(yīng)至少配置碾壓設(shè)備包括：13/17t雙鋼輪壓路機(jī)1臺(tái)、32t大噸位單鋼輪壓路機(jī)1臺(tái)、36t以上膠輪壓路機(jī)1臺(tái)。

(2)大厚度水穩(wěn)施工不能采用常規(guī)厚度施工的小噸位壓路機(jī)，32t大噸位單鋼輪壓路機(jī)對(duì)大厚度水穩(wěn)基層壓實(shí)貢獻(xiàn)較大，為保證壓實(shí)度的質(zhì)量控制合格，至少滿足其碾壓3遍以上，其中第一遍為前靜后振。

(3)雙鋼輪壓路機(jī)可以有效提高大厚度水穩(wěn)基層的平整度控制水平，采用其初壓可以提高鋪面的初始?jí)簩?shí)度，減少大噸位壓路機(jī)造成推移擁包現(xiàn)象；采用其進(jìn)行收光可以有效消除膠輪輪跡和壓路機(jī)的停機(jī)造成的小擁包。

(4)對(duì)于>36cm厚的大厚水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型，建議采用文中的第三種碾壓工藝，利用大噸位單鋼輪壓路機(jī)在保證壓實(shí)度合格的基礎(chǔ)上，可采用小噸位雙鋼輪壓路機(jī)提高平整度質(zhì)量。

[1]范文東.整體性基層水泥穩(wěn)定碎石使用研究[D].西安：長安大學(xué)，2012.

[2]李定倫，羅 竟，鄧廷權(quán)，等.大厚度水泥碎石基層鋪筑方式的應(yīng)用研究[J].公路工程，2015(5)：204-207.

[3]李煒光，范文東，韓 慶.大激振力作用下厚層水穩(wěn)碎石壓實(shí)特性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版)，2011(2)：241-245.

[4]李煒光，范文東，韓 慶，等.整體性基層水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)使用現(xiàn)狀研究[J].公路，2011(9)：38-42.

[5]龔起超，鐘 凱.大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)特性研究[J].公路工程，2012(6)：222-223.

[6]肖世品.厚層水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)機(jī)理及路用性能研究[D].西安：長安大學(xué)，2009.

Study on One-time Paving and Rolling Process of Large-thickness Water Stabilized Base

ZHAO Cheng-wei1，2，GU Peng-xiang3，HUANG Jin-cheng2

(1.Guangxi Key Laboratory of Road Structures and Materials，Nanning，Guangxi，530007；2.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530700；3.Guangxi Guishan Expressway Co.，Ltd.，Du’an，Guangxi，530700)

The one-time paving and rolling of large-thickness water-stabilized base has the outstanding advantages such as improving the structural integrity of pavement base，speeding up the project progress and saving the construction cost，and the key and difficult points of its quality control are the rolling forming.By adopting the different rolling mechanical combination and rolling methods，relying on the test section engineering of large-thickness water-stabilized base，this article compared and analyzed the quality control level of compaction and flatness of large-thickness water-stabilized base under three different rolling modes.The quality inspection results of test section showed that：the rolling mechanical combination and rolling method of one primary rolling by double steel wheel+ rolling 3 times by 32T single-drum vibration+ rubbing 2 times by 37T rubber-wheel + one polishing by double steel wheel can guarantee the ideal compaction effect and flatness level.

Large thickness；Cement stabilized macadam base；Rolling process；Compaction degree；Flatness

趙承偉(1968—)，高級(jí)工程師，主要從事公路試驗(yàn)檢測工作；

古鵬翔(1977—)，高級(jí)工程師，主要從事高速公路工程技術(shù)管理工作；

黃金城(1978—)，工程師，主要從事公路試驗(yàn)檢測工作。

U415.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.11.003

1673-4874(2016)11-0012-06

2016-10-22