水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層質(zhì)量控制研究

楊 凱

（西昌市鄉(xiāng)村公路規(guī)劃建設(shè)管理所， 四川 涼山 615000）

1 研究目標(biāo)

農(nóng)村公路主要以次要集散和支線交通功能為主，其公路等級(jí)以三級(jí)公路和四級(jí)公路為主。路面基層應(yīng)具有足夠的承載力、抗疲勞開裂性能、足夠的耐久性和水穩(wěn)定性。應(yīng)根據(jù)公路功能、技術(shù)等級(jí)、交通量，結(jié)合沿線地形、地質(zhì)、氣候和當(dāng)?shù)芈访娌牧系茸匀粭l件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石或礫石適用于各種交通荷載等級(jí)的基層和底基層，適用公路等級(jí)較為廣泛、施工技術(shù)較成熟，具有良好的整體性、足夠的力學(xué)強(qiáng)度、抗水性等性能，其初期強(qiáng)度較高，并且隨著齡期的增長而增長，所以本文以農(nóng)村公路水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石或礫石基層（下文均稱“基層”）為主要研究對(duì)象。

2 研究的必要性

基層的主要病害是疲勞開裂、車轍和面層反射裂縫。地表水從反射裂縫處滲入后容易出現(xiàn)唧泥、基層脫空等損壞現(xiàn)象，從而加速路面狀況急劇惡化，并會(huì)影響路基強(qiáng)度。經(jīng)分析、研究，主要是受以下因素影響：

（1）在農(nóng)村公路實(shí)際使用年限內(nèi)，實(shí)際交通荷載等級(jí)、當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)與可行性研究和施工圖設(shè)計(jì)階段出入較大，主要表現(xiàn)為實(shí)際交通荷載等級(jí)高于設(shè)計(jì)階段交通荷載等級(jí)。

（2）設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)低于實(shí)際交通荷載等級(jí)后，致使路基頂面回彈模量設(shè)計(jì)值偏低，不能滿足實(shí)際交通荷載等級(jí)需求，導(dǎo)致路基提前出現(xiàn)損壞，進(jìn)而影響基層和面層工程質(zhì)量。

（3）基層設(shè)計(jì)厚度、原材料技術(shù)要求、設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)組合等不滿足規(guī)定或取值不當(dāng)，會(huì)對(duì)基層質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

（4）基層施工過程中，原材料、混合料生產(chǎn)、施工工藝、攤鋪與碾壓、養(yǎng)生與交通管制、質(zhì)量檢驗(yàn)未按設(shè)計(jì)要求或技術(shù)規(guī)范施工，也會(huì)造成工程質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。

3 基層質(zhì)量控制要點(diǎn)

基層設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹就地取材的原則，認(rèn)真做好當(dāng)?shù)夭牧系恼{(diào)查，根據(jù)交通量及組成、筑路材料以及路基水文狀況等因素，選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)層。施工現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)基層設(shè)計(jì)厚度、材料性能、攤鋪與碾壓方式等，充分發(fā)揮壓實(shí)機(jī)具的功能，保證基層質(zhì)量。

3.1 設(shè)計(jì)交通荷載

根據(jù)公路技術(shù)等級(jí)和設(shè)計(jì)使用年限，通過現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合可行性研究報(bào)告中的交通量年平均增長率等資料，準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道累計(jì)大型客車和貨車的交通量，確定設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)，使設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)與實(shí)際交通荷載等級(jí)一致。

為保證基層不發(fā)生由于疲勞開裂導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)控制疲勞開裂壽命不小于設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)當(dāng)量設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)。

3.2 路基回彈模量

路基回彈模量設(shè)計(jì)值 E0，應(yīng)不小于路基回彈模量要求值[E0]。除路基濕度調(diào)整系數(shù)和干濕循環(huán)或凍融循環(huán)折減系數(shù)外，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下路基動(dòng)態(tài)回彈模量值 MR對(duì)路基回彈模量設(shè)計(jì)值影響最大。如受試驗(yàn)條件限制，對(duì)于新建農(nóng)村公路可采用路基填料的CBR值估算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下填料的回彈模量值。

3.3 厚度范圍和最小厚度。

基層厚度應(yīng)根據(jù)交通荷載等級(jí)、材料性能，壓實(shí)機(jī)具的功率，以及有利于施工等因素選擇最佳壓實(shí)厚度。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)分析，當(dāng)施工厚度小于最小厚度時(shí)，在重載車的作用下，層底易產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，發(fā)生疲勞開裂破壞的風(fēng)險(xiǎn)明顯提高。

3.4 材料特性和參數(shù)

基層材料應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、交通荷載等級(jí)和當(dāng)?shù)夭牧咸匦缘?，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證基礎(chǔ)上確定材料設(shè)計(jì)參數(shù)。原材料技術(shù)要求和混合料組成與技術(shù)要求應(yīng)符合規(guī)定，并應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。

在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不宜過高，否則會(huì)產(chǎn)生過多的收縮裂縫和反射裂縫。水泥劑量宜控制在3%～6%之間，過多地增加水泥劑量，并不會(huì)提高混合料強(qiáng)度，反而會(huì)加速混合料收縮開裂，進(jìn)而導(dǎo)致路面發(fā)射裂縫增多?？刹扇】刂圃牧霞夹g(shù)指標(biāo)和優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)等措施來提高混合料強(qiáng)度。

3.5 結(jié)構(gòu)組合

路面結(jié)構(gòu)厚度與層間模量比有密切的關(guān)系，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制層間模量比的要求。基層與瀝青面層的模量比宜在1.5～3.0之間，基層與土基模量比宜在2.5～12.5之間。在基層下，宜設(shè)置粒料類改善層等措施，可有效減輕反射裂縫處的唧泥、脫空現(xiàn)象，提高基層水穩(wěn)定性。

3.6 原材料技術(shù)要求

水泥初凝時(shí)間應(yīng)不小于3h，終凝時(shí)間應(yīng)大于6h且小于10h，強(qiáng)度等級(jí)宜采用32.5或者42.5普通硅酸鹽水泥。細(xì)集料中0.075mm以下顆粒塑性指數(shù)不大于17，含量不大于20%。級(jí)配碎石壓碎值不大于30%，級(jí)配礫石壓碎值不大于35%，級(jí)配碎石針片狀顆粒含量不大于20%。級(jí)配碎石或礫石液限不大于28%，塑性指數(shù)不大于7。

農(nóng)村公路重、中和輕交通荷載等級(jí)，材料分檔不宜小于3檔備料。對(duì)于極重、特種交通荷載等級(jí)且強(qiáng)度要求較高時(shí)，為了保證級(jí)配的穩(wěn)定，宜選擇不少于4檔備料。

用于水泥穩(wěn)定碎石或礫石的級(jí)配范圍，宜根據(jù)設(shè)計(jì)交通荷載等級(jí)和所在層位確定，推薦范圍如下表：

推薦級(jí)配范圍（%）

適用范圍篩孔尺寸（mm）極重、特重 重、中等、輕基層 基層 基層或底基層37.5 100 31.5 100 100 100～90 26.5 100 100～90 94～81 19 68～86 100～90 87～73 83～67 16 92～79 82～65 78～61 13.2 83～67 75～58 73～54 9.5 38～58 71～52 66～47 64～45 4.75 22～32 50～30 50～30 50～30 2.36 31～22 36～19 36～19 36～19 1.18 26～12 26～12 26～12 0.6 8～15 19～8 19～8 19～8 0.3 14～5 14～5 14～5 0.15 10～3 10～3 10～3 0.075 0～3 7～2 7～2 7～2

3.7 施工工藝

農(nóng)村公路技術(shù)等級(jí)較低，對(duì)于水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石或礫石，推薦采用集中廠拌和攤鋪機(jī)攤鋪的工藝,并應(yīng)在水泥初凝之前完成碾壓成型工作?；旌狭夏雺撼尚秃竺繉拥膲簩?shí)厚度不宜小于150mm，最大厚度不宜大于200mm。

部分農(nóng)村公路出現(xiàn)了碾壓厚度稍大于200mm的情況，如220mm、240mm、260mm或者280mm。碾壓厚度的增加，雖然可以減少結(jié)構(gòu)層的數(shù)量，改善層間結(jié)合性，提高路面的整體性。但要實(shí)現(xiàn)大厚度的攤鋪和碾壓，需要具備相應(yīng)大功率拌和、攤鋪和碾壓設(shè)備，但具體碾壓厚度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)路段的試驗(yàn)結(jié)果來確定。

對(duì)于上、下兩層連續(xù)攤鋪的現(xiàn)象在農(nóng)村公路中也越來越常見，雖然可以有效改善層間結(jié)合狀態(tài)，縮短養(yǎng)生時(shí)間，節(jié)約成本，節(jié)省工期。但缺乏對(duì)下層質(zhì)量的有效控制，出現(xiàn)下層壓實(shí)度不符合技術(shù)要求，整體性較差，鉆心取樣的芯樣完整性較差，導(dǎo)致“夾心層”的出現(xiàn)。

對(duì)于厚度較大，需分層攤鋪碾壓時(shí)，應(yīng)在下層施工質(zhì)量檢測合格后，再攤鋪上層。此種施工方法也存在幾種弊端：（1）在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)時(shí)，基層是作為一個(gè)整體層進(jìn)行驗(yàn)算，施工時(shí)卻為兩個(gè)獨(dú)立的薄層，而且形成較為光滑的結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致上層彎拉應(yīng)力增大，對(duì)整個(gè)基層的使用產(chǎn)生不利的影響，造成整個(gè)基層的整體性較差。（2）下層壓實(shí)成型后需要養(yǎng)護(hù)7天以上才能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，如分層施工，必將造成工期延長。（3）在上層施工過程中，大噸位的運(yùn)輸車輛和壓路機(jī)的使用會(huì)對(duì)下層造成一定的影響，導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)松散、發(fā)生細(xì)微裂縫等現(xiàn)象。（4）有研究表明，如上下層粗集料級(jí)配不同、結(jié)合劑量不同、施工時(shí)間間隔等原因，會(huì)造成上下層裂縫互相反射。

3.8 養(yǎng)生與交通管制

基層從攤鋪碾壓完成，到上層鋪筑之前都是養(yǎng)生期。7d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是施工質(zhì)量控制的主要指標(biāo)，養(yǎng)生期不宜少于7d，并且延長至上層結(jié)構(gòu)開始施工前2d。在養(yǎng)生7d后，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仍無法承受施工期間的大型運(yùn)輸荷載，非常容易產(chǎn)生各種裂縫，因此應(yīng)通過合理安排施工工序，制定交通方案，以保證養(yǎng)生周期，適當(dāng)提高混合料的早期強(qiáng)度或限制通過車輛的軸載。

《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）中規(guī)定，水泥穩(wěn)定材料類的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生溫度為20℃±2℃，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生濕度不小于95%，保持試件表面有一層水膜且不能用水直接沖淋。所以，當(dāng)基層完工后，宜采用透水土工布或塑料薄膜全斷面覆蓋，根據(jù)養(yǎng)生期間的溫度控制灑水時(shí)間和次數(shù)，始終保持已完工基層表面濕潤直至下一道工序開始。

疲勞開裂壽命主要受基層混合料的彈性模量、厚度和彎拉強(qiáng)度影響?！豆饭こ虩o機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）中規(guī)定，水泥穩(wěn)定類材料的彎拉強(qiáng)度和彈性模量試件的養(yǎng)生齡期應(yīng)為 90d，但在農(nóng)村公路實(shí)際施工中，往往因?yàn)楣て诘仍?，?huì)過早地開放交通，致使該養(yǎng)生齡期很難達(dá)到，造成基層結(jié)構(gòu)發(fā)生早期破壞。所以，為了實(shí)現(xiàn)水泥穩(wěn)定粒料基層的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，有必要盡可能地延長交通管制時(shí)間，減少交通荷載對(duì)基層材料初期強(qiáng)度的影響。

3.9 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

在具備完整的目標(biāo)配合比報(bào)告和生產(chǎn)配合比報(bào)告時(shí)，應(yīng)在生產(chǎn)路段上鋪筑長度為200～300m的試驗(yàn)路段，及時(shí)檢測原材料技術(shù)指標(biāo)、混合料的級(jí)配、水泥劑量并制作7d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。對(duì)試驗(yàn)段養(yǎng)生7d后，及時(shí)檢測標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生試件 7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、測定試驗(yàn)段鉆心取樣標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度、測定彎沉指標(biāo)，然后對(duì)配合比、含水量、松鋪系數(shù)及碾壓工藝等進(jìn)行總結(jié)，形成試驗(yàn)段總結(jié)報(bào)告。

正式施工過程中，后場控制的關(guān)鍵內(nèi)容主要為原材料和混合料的抽檢，前場控制的關(guān)鍵內(nèi)容主要為目測含水量、是否離析、壓實(shí)機(jī)械組合和碾壓次數(shù)、壓實(shí)度檢測、現(xiàn)場取樣強(qiáng)度檢測和鉆心取樣檢測整體性。

4 需要進(jìn)一步研究的問題

對(duì)于半剛性基層上下兩層連續(xù)攤鋪碾壓的施工工藝，可以有效改善層間結(jié)合狀態(tài)，縮短養(yǎng)生周期、節(jié)約成本和施工工期，實(shí)際受力狀態(tài)基本符合設(shè)計(jì)要求。但需進(jìn)一步研究如何加強(qiáng)雙層半剛性材料層之間的聯(lián)結(jié)，使雙層結(jié)構(gòu)成為單層式整體結(jié)構(gòu)，提高承載力和耐久性。

檢測現(xiàn)場鉆芯試件強(qiáng)度，是一種后驗(yàn)證的質(zhì)量評(píng)定方法，往往受養(yǎng)生時(shí)間、取樣時(shí)間、鉆芯和切割的影響，目前沒有具體的芯樣試件試驗(yàn)檢測規(guī)程，需要進(jìn)一步研究現(xiàn)場鉆芯取樣試件強(qiáng)度檢測規(guī)程，提出質(zhì)量后評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。