高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)分析

李建學

新疆北新路橋集團股份有限公司

高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)分析

李建學

新疆北新路橋集團股份有限公司

作為直接承受面層所傳遞的車輪垂直力并將其擴散至墊層或土基的路面結(jié)構(gòu)，公路基層不僅要有良好的強度、剛度、耐久性以及擴散應(yīng)力的能力，同時還可承受地下水與路面滲水的侵蝕，表現(xiàn)出足夠的水穩(wěn)性。水泥穩(wěn)定碎石基層作為我國高速公路現(xiàn)階段最主要的結(jié)構(gòu)形式，其綜合性能良好，不僅具有良好的水穩(wěn)性、抗凍性、整體性以承載性，同時還表現(xiàn)出施工簡單、成本低廉、早期強度形成快等特點。基于此，本文以高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層為研究對象，以規(guī)范施工工藝、提高施工質(zhì)量為研究目的，以實現(xiàn)高速公路可持續(xù)發(fā)展為研究意義，就此展開技術(shù)性論述。

高速公路；路面基層；水泥穩(wěn)定碎石；施工技術(shù)

1 引言

隨著行車數(shù)量與交通荷載的日益增加，對我國高速公路路面基層的施工技術(shù)與施工質(zhì)量提出了更高的要求，水泥穩(wěn)定碎石基層作為一種半剛性路面結(jié)構(gòu)，它的應(yīng)用對我國高速公路的整體質(zhì)量得到了本質(zhì)的改善，進而提高了服務(wù)水平與使用壽命。然而受其自身屬性與客觀因素的影響，水泥穩(wěn)定碎石基層往往會因溫縮與干縮現(xiàn)象導(dǎo)致裂縫發(fā)生，對行車質(zhì)量與行車安全造成不利影響。因此，加強水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)的研究，對于我國高速公路的健康發(fā)展具有重要的推動意義。

2 水泥穩(wěn)定碎石收縮機理分析

2.1 干縮機理

水泥穩(wěn)定碎石混合料的干燥收縮是由于其內(nèi)部含水量的變化而引起整體宏觀體積收縮的現(xiàn)象?；旌狭现噪S含水量的減少而發(fā)生干縮現(xiàn)象，是因為隨著含水量的減少，水泥穩(wěn)定碎石混合料依次經(jīng)受了毛細管張力作用、吸附水和分子間力作用及層間水作用。由于水泥穩(wěn)定碎石混合料均為多孔結(jié)構(gòu)的材料，水以各種形式存在于其內(nèi)部：有結(jié)構(gòu)水（結(jié)晶水與層間水等）、表面吸附水（結(jié)合水）、毛細管水（材料內(nèi)部顆粒之間孔隙、膠結(jié)物與各種礦物團粒內(nèi)部的孔隙間的毛細管水）。這些水的蒸發(fā)會引起材料宏觀上的干燥收縮，故此影響其內(nèi)部水蒸發(fā)的因素無疑也是影響整體材料干燥收縮的主要因素。

2.2 溫縮機理

水泥穩(wěn)定類材料均是混合物。它們的基本組成是固相、孔隙水（嚴格地說，為某種濃度的電解質(zhì)溶液）、孔隙以及氣體。其中，固相部分是由組成空間骨架結(jié)構(gòu)的各種礦料和水泥水化形成的膠結(jié)物組成；液相部分則包括固相表面的各類吸附水和結(jié)晶層間水、內(nèi)部的結(jié)構(gòu)水與孔隙水三個方面；氣相部分存在于各類孔隙的空間。這三相必然具有不同的熱脹冷縮性，且其中組成固相的不同礦物，結(jié)晶和非結(jié)晶體也應(yīng)該具有相異的熱脹冷縮性。因此，當溫度發(fā)生變化時，不同熱脹冷縮性的固相顆粒由于相互嵌擠膠結(jié)而必然產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，具體體現(xiàn)為固相顆粒之間的相互牽制和相互約束。所以材料的熱脹冷縮性應(yīng)該是有液相、氣相影響的固相的綜合效應(yīng)。由于混合料中的大部分孔隙貫通，因此可忽略不計氣相在綜合效應(yīng)中的影響。

3 水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)分析

3.1 材料選擇

（1）水泥?；谒喾€(wěn)定碎石抗溫縮與抗干縮性能的考慮，水泥宜選用p.032.5普通硅酸鹽水泥，其初凝時間應(yīng)≥3h，終凝時間應(yīng)≥6h（一般6～10h），且用量控制在5～6%之間，嚴禁使用早強、變質(zhì)、快硬水泥。以7d浸水無側(cè)限抗壓強度3～5MPa為控制，當32.5水泥采用設(shè)計計量無法達到強度要求時，可考慮采用42.5水泥。

（2）集料。高速或一級公路采用水泥穩(wěn)定碎石施工路面基層時，其集料最大粒徑應(yīng)≤31.5mm，具體顆粒組成見下表1：

表1 水泥穩(wěn)定碎石集料顆粒組成范圍

a.粗集料。粗集料應(yīng)干燥潔凈，強度滿足要求，最大粒徑不應(yīng)超過31.5mm，壓碎值≤28%，針片狀含量≤18%，粒徑小于0.075mm的含量≤2.0%，堅固性≤20%。實踐證明，粗集料粒徑過大會表現(xiàn)出：①拌合、運輸、攤鋪過程容易出現(xiàn)大小粒料分離現(xiàn)象，難以保證混合料均勻性；②因大粒料失水過快而導(dǎo)致混合料含水量降低，對水解與水化作用造成影響；③混合料整體穩(wěn)定性較差，粗、細集料間難以板結(jié)成為整體，致使基層局部松散、滲水以及強度較低。

b.細集料。最大公稱粒徑≤4.75mm的細集料砂當量（SE）應(yīng)≥50%，且粒徑不宜過細。由于粒徑＜0.5mm的細集料在施工過程中會表現(xiàn)出一定的塑性指數(shù)，因此0.075mm以下細集料與黏土過多時會因水泥穩(wěn)定碎石基層半剛性體干縮應(yīng)變系數(shù)增大而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的機率提升，進而對基層整體強度造成影響。實踐證明，水泥穩(wěn)定碎石基層配料過程中粒徑小于0.075mm的細集料含量應(yīng)≤5%。

（3）水。一般飲用水皆可直接使用，若為可疑或不明水源時，則需通過試驗檢測驗證其合格性。

3.2 混合料拌合

水泥穩(wěn)定碎石混合料拌合宜采用集中、連續(xù)廠拌的方式，確保配合比、均勻性與穩(wěn)定性滿足要求。拌合過程中各材料在嚴格遵循試驗配比的基礎(chǔ)上適當增加水泥計量，但為減少收縮裂縫最多不得超過設(shè)計用量的0.5%；為彌補運輸、攤鋪以及碾壓過程中水分的損失，混合料實際拌合含水量應(yīng)高出最佳含水量0.5～1.0%，且在拌合過程中根據(jù)集料實測含水量及時調(diào)整實際用水量。拌合完成的混合料應(yīng)確保色澤一致、攪拌均勻，無花面、灰團或灰條現(xiàn)象。

3.3 混合料攤鋪

為確保基層與底基層結(jié)合緊密，提高路面基層整體質(zhì)量，水泥穩(wěn)定碎石攤鋪前應(yīng)在底基層清掃干凈并灑水濕潤后均勻撒布一層水泥用量不低于1.0～1.2kg/m2的水泥漿?；旌狭蠑備佉瞬捎?臺攤鋪機交叉連續(xù)作業(yè)，攤鋪過程應(yīng)連續(xù)勻速（一般為1.5m/min）前進，無特殊原因中間不得停機，實踐證明：混合料離析現(xiàn)象除因集料級配不符合上表1要求外，攤鋪機不能平穩(wěn)、連續(xù)作業(yè)也是重要原因之一。除此之外，攤鋪過程還應(yīng)控制松鋪系數(shù)、攤鋪厚度以及路拱坡度滿足實際要求。

3.4 混合料碾壓

混合料碾壓應(yīng)遵循“先慢后快、先輕后重”的基本原則，一般由路段碾壓由兩側(cè)路肩向中心，超高路段則由內(nèi)向外碾壓，且需重疊輪跡寬度1/2。水泥穩(wěn)定碎石自拌合自碾壓結(jié)束，其延遲時間不宜超過2～3h，為避免攤鋪完成的混合料因失水過多影響壓實效果，上機碾壓以20～50m作業(yè)長度為宜。一般情況下，初壓以膠輪壓路機或鋼輪壓路機碾壓1～2遍，控制車速為1.5～1.7m/h；復(fù)壓以振動壓路機碾壓2～3遍，控制車速為2.0～2.5m/h；終壓則以鋼輪壓路機碾壓至路面不存在明顯輪跡為止（一般不少于2遍），控制車速為1.5～1.7m/h，碾壓過程中采用核子密度儀快速、實時檢測壓實度，確保終壓完成后壓實度不小于98%。需要注意的是：壓實過程中壓路機不得在碾壓面進行掉頭與急剎操作。

3.5 混合料養(yǎng)護

為保證水泥穩(wěn)定碎石水化反應(yīng)正常進行，碾壓完成后應(yīng)立即實施養(yǎng)護工作（一般不少于7d），常用的養(yǎng)護方法有土工布覆蓋灑水法、濕砂養(yǎng)生法與噴灑乳化瀝青法，相比之下工布覆蓋灑水法具有操作便捷、效率高、成本低、效果較好等應(yīng)用優(yōu)勢，養(yǎng)護期間應(yīng)實施交通管制，只允許施工車輛（如灑水車）以均勻分布的方式及小于30km/h的車速行駛。若基層完成后10d內(nèi)不能及時鋪筑面層，則應(yīng)鋪灑瀝青封層進行保護。

為防止水泥穩(wěn)定碎石基層因濕度與溫度變化而形成裂縫，需在養(yǎng)護4～5d后沿線縱向切割寬5mm、深50mm的伸縮縫，縫與縫間距20m，切縫完成后利用空壓機吹洗干凈并用熱瀝青實施灌縫處理。

4 結(jié)語（水泥穩(wěn)定碎石基層抗壓強度分析）

基于以上論述，筆者結(jié)合自身經(jīng)驗的應(yīng)用與專業(yè)知識的學習，就水泥穩(wěn)定碎石基層的抗壓強度予以定性分析。

在混合料組成設(shè)計、（施工過程）日常監(jiān)測以及基層驗收過程中，各試件的無側(cè)線抗壓強度平均值R平按下式進行控制：

式中：Rd→設(shè)計抗壓強度（MPa）；Za→標準正態(tài)分布表中隨置信度a（或保證率）而變的系數(shù)；Cv→試驗結(jié)果的偏差系數(shù)，以小數(shù)計。

由上式可知，施工過程的強度控制除應(yīng)考慮達到相應(yīng)的設(shè)計抗壓強度值外，還需對實測抗壓強度應(yīng)達到的保證率與各實測抗壓強度值間的偏差程度進行綜合性考慮，而這些因素是對施工單位施工技術(shù)與施工水平等綜合能力的本質(zhì)反映。偏差系數(shù)越小，說明施工質(zhì)量波動越小，質(zhì)量穩(wěn)定且強度均勻；反之說明施工質(zhì)量波動越大，質(zhì)量控制穩(wěn)定性越差。

[1] JTJ034-2000.公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 賀雋.水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量控制[J].交通標準化,2013(16):120～122.

[3] 沈輝,杜銀飛,楊興中,瞿永生.基于水泥穩(wěn)定碎石混合料的配合比優(yōu)化設(shè)計[J].北方交通,2010(10).

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.069