高海拔高寒區(qū)路面底基層施工技術(shù)分析

周家文

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075)

1 引 言

基層作為路面結(jié)構(gòu)的主要承重層，其施工質(zhì)量對(duì)道路結(jié)構(gòu)的使用壽命有至關(guān)重要的影響，青藏高寒區(qū)海拔高、氣候寒冷、日溫差大、凍融循環(huán)頻繁等特殊的氣候與環(huán)境條件對(duì)路面材料及施工工藝都提出了更嚴(yán)苛的要求，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者已經(jīng)對(duì)高海拔高寒地區(qū)道路建設(shè)問題進(jìn)行了不同的研究，但對(duì)高海拔高寒區(qū)高速公路施工工藝研究甚少。就路面底基層而言，如果將普通地區(qū)路面底基層的施工工藝照搬到青藏高寒區(qū)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，造成路面整體承載能力和抗變形能力的降低，影響路面的使用性能。為了提出適于該地區(qū)的路面底基層施工工藝，在共玉高速公路建設(shè)過(guò)程中修筑了4.4 km瀝青路面試驗(yàn)段，通過(guò)試驗(yàn)段的修筑探索各種底基層的施工工藝及適于該地區(qū)的最佳底基層類型。

共玉高速公路沿線平均海拔4 100 m，地理和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，是在青藏高原凍土地區(qū)修建的第一條高速公路。試驗(yàn)路位于B3合同段，起始樁號(hào)K629+800～K634+200，共玉高速公路路面結(jié)構(gòu)為：墊層(20 cm級(jí)配砂礫)+底基層(18 cm 4%水泥穩(wěn)定砂礫)+基層(18 cm 5%水泥穩(wěn)定碎石)+中面層(5 cm AC-16)+上面層(4 cm AC-13)。擬定瀝青路面工程試驗(yàn)段方案一為水泥穩(wěn)定碎石底基層結(jié)構(gòu)，起訖樁號(hào)為K629+800～K630+800，長(zhǎng)度為1 000 m；方案二為低劑量水泥穩(wěn)定碎石(2%水泥)底基層結(jié)構(gòu)，起訖樁號(hào)為K630+800～K632+000，長(zhǎng)度為1 200 m；方案三為級(jí)配碎石柔性底基層，起訖樁號(hào)為K632+000～K633+200，長(zhǎng)度為1 200 m；方案四為土工格室加固級(jí)配碎石底基層柔性結(jié)構(gòu)，起訖樁號(hào)為K633+200～K634+200，長(zhǎng)度為1 000 m，試驗(yàn)路統(tǒng)一采用ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石作為基層材料。

2 原材料

2.1 水泥

針對(duì)高海拔高寒區(qū)的氣候特點(diǎn)，水泥選用325#普通硅酸鹽水泥，主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 水泥的物理性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì)

2.2 集料

試驗(yàn)路所用石料采用共玉高速公路B3標(biāo)段K623+000碎石場(chǎng)生產(chǎn)的石灰?guī)r石料，碎石的壓碎值為15.6%，小于26%，磨耗值為13.6%，小于28%，符合規(guī)范要求。

水泥穩(wěn)定碎石與低劑量水泥穩(wěn)定碎石底基層集料級(jí)配見表2，級(jí)配碎石與土工格室加固級(jí)配碎石底基層集料級(jí)配見表3。

表2 水穩(wěn)碎石集料級(jí)配

表3 級(jí)配碎石集料級(jí)配

2.3 土工格室

試驗(yàn)路所用土工格室采用由高密度聚乙烯(HPDE)經(jīng)超聲波焊接而成的土工格室，物理力學(xué)參數(shù)如表4所示。試驗(yàn)路使用土工格室焊點(diǎn)間距為80 cm，完全張開后單個(gè)格室呈菱形，面積為40 cm×40 cm，土工格室高度為15 cm。

表4 土工格室相關(guān)參數(shù)

3 施工工藝

3.1 水穩(wěn)碎石施工(常規(guī)劑量與低劑量)

施工工藝流程：整理下承層→測(cè)量放樣→集中拌和→運(yùn)輸→攤鋪→碾壓成型→養(yǎng)生。

采用600 t/H穩(wěn)定土拌和設(shè)備集中拌和，由25 t以上自卸汽車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，攤鋪前用1臺(tái)灑水車灑水濕潤(rùn)下承層，采用兩臺(tái)DTU90 d攤鋪機(jī)成梯隊(duì)作業(yè)進(jìn)行聯(lián)合攤鋪，兩臺(tái)攤鋪機(jī)前后相距10～15 m，相鄰兩幅有8 cm寬度的攤鋪重疊。水穩(wěn)碎石松鋪系數(shù)采取1.25，即松鋪厚度為30 cm；低劑量水穩(wěn)碎石松鋪系數(shù)采取1.33，即松鋪厚度為23.9 cm。

水穩(wěn)碎石底基層(4%水泥)碾壓：13 t雙鋼輪壓路機(jī)穩(wěn)壓兩遍；25 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)弱振兩遍、強(qiáng)振四遍；26 t膠輪壓路機(jī)穩(wěn)壓二遍。

低劑量水穩(wěn)碎石底基層(2%水泥)碾壓：13 t雙鋼輪壓路機(jī)穩(wěn)壓一遍，25 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)弱振一遍、強(qiáng)振三遍，26 t膠輪壓路機(jī)穩(wěn)壓二遍。

施工碾壓完成后，用灑水車灑水，保持上層濕潤(rùn)，然后覆蓋不透水塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)生。

3.2 級(jí)配碎石底基層施工

施工工藝流程：整理下承層→測(cè)量放樣→集中拌和→運(yùn)輸→攤鋪→碾壓成型→封層。

采用兩臺(tái)DTU90 d攤鋪機(jī)成梯隊(duì)作業(yè)進(jìn)行聯(lián)合攤鋪，相鄰兩幅有8 cm寬度的攤鋪重疊，兩臺(tái)攤鋪機(jī)前后距離有10 m，攤鋪機(jī)的螺旋布料有1/3埋入混合料中。

碾壓：12 t雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)靜壓一遍，振壓一遍；兩臺(tái)25 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)左右幅平行作業(yè)，先邊緣后中間，靜壓一遍，振壓四遍(先小振一遍，后大振三遍)；12 t雙鋼輪壓路機(jī)靜壓兩遍。

碾壓結(jié)束檢測(cè)合格后進(jìn)行封層施工。

3.3 土工格室加固級(jí)配碎石底基層施工

施工工藝流程：試拌、試鋪→運(yùn)輸→土工格室鋪設(shè)與固定→撒鋪級(jí)配碎石→平地機(jī)整平→碾壓→封層→成型后管理。

(1)試拌與試鋪

用土工格室加固級(jí)配碎石是一種新做法，還沒有成熟的施工工藝，因而正式施工前，必須根據(jù)情況選擇一定長(zhǎng)度試鋪，以確定松鋪厚度、碾壓工藝、含水量等，為大面積施工提供技術(shù)指導(dǎo)。

(2)運(yùn)輸

在集中拌合廠拌和的級(jí)配碎石必須采用自卸車運(yùn)輸，根據(jù)運(yùn)距、道路狀況、攤鋪能力等因素綜合確定自卸車數(shù)量，以滿足攤鋪要求為準(zhǔn)。為防止運(yùn)輸過(guò)程中水分損失過(guò)大，可采用蓬布覆蓋，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)隨機(jī)抽檢級(jí)配組成與含水量。

(3)土工格室鋪設(shè)與固定

土工格室能否發(fā)揮作用重點(diǎn)取決于施工質(zhì)量，首先在鋪設(shè)土工格室前一定要確保下承層平整，不存在大的坑槽。根據(jù)土工格室規(guī)格尺寸和鋪筑寬度，合理安排土工格室鋪設(shè)方向，宜將土工格室疊放時(shí)的焊距方向置于路堤橫斷面方向，便于土工格室橫向與縱向的搭接。

將土工格室充分拉伸張開，保證格室處于張力狀態(tài)，不能有松弛現(xiàn)象，整體寬度與行車道寬度相同。用鋼釬或人工填埋級(jí)配碎石混合料將兩側(cè)邊緣處土工格室固定，人工將土工格室拉開，保證土工格室每個(gè)小格子完全展成正菱形，按照此方法沿行車方向從一端向另一端依次展開并錨固土工格室，兩段土工格室縱向使用螺栓連接。

級(jí)配碎石撒鋪前，對(duì)土工格室展開與錨固情況進(jìn)行再次檢查，保證土工格室完全張開達(dá)到展開面積，并且固定牢固，沒有出現(xiàn)松弛。

(4)撒鋪級(jí)配碎石

由于鋪設(shè)土工格室后無(wú)法采用攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，土工格室加固級(jí)配碎石底基層采用人工配合裝載機(jī)、平地機(jī)等進(jìn)行混合料攤鋪。

①級(jí)配碎石運(yùn)輸?shù)竭_(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，自卸運(yùn)輸車從施工路段起點(diǎn)位置沿路線縱向向終點(diǎn)位置緩慢倒向行駛，同時(shí)傾倒撒鋪級(jí)配碎石混合料。級(jí)配碎石撒鋪厚度根據(jù)路側(cè)指示樁高程控制，虛鋪?lái)斆娓叨缺仨毟哂谕凉じ袷翼斆?，宜高?0 cm以上，避免運(yùn)輸車輛和壓路機(jī)損壞土工格室。

②自卸車將級(jí)配碎石卸下后，人工配合裝載機(jī)將混合料慢慢撒鋪到土工格室內(nèi)，撒鋪要均勻，裝載機(jī)移料過(guò)程中要注意不要將前斗壓的過(guò)低，以免損壞土工格室。

③撒鋪?zhàn)鳂I(yè)過(guò)程中重點(diǎn)控制虛鋪厚度和每個(gè)土工格室內(nèi)級(jí)配碎石的均勻填充，保證每個(gè)土工格室內(nèi)級(jí)配碎石的填充程度相近，避免施工過(guò)程中對(duì)土工格室造成任何損壞。

(5)平地機(jī)整平

施工路段撒鋪?zhàn)鳂I(yè)結(jié)束后，利用平地機(jī)對(duì)全路段全幅進(jìn)行再次整平，保證大面平整，且滿足橫坡要求。整平過(guò)程中，安排專人對(duì)局部位置進(jìn)行補(bǔ)料，并對(duì)明顯離析位置采取鏟除換填措施處理。

(6)碾壓成型

當(dāng)混合料攤鋪完畢，含水量大于最佳含水量1%左右時(shí)，可開始碾壓。碾壓施工應(yīng)遵循“先輕后重，先弱后強(qiáng)，先慢后快，先邊緣后中間”的原則，具體碾壓施工分為初壓(靜壓)、復(fù)壓(振壓)和終壓(靜壓)三道工序。

初壓采用振動(dòng)壓路機(jī)關(guān)閉振動(dòng)裝置靜壓1～2遍，使混合料初步穩(wěn)定；復(fù)壓采用振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓4～5遍，至壓實(shí)面穩(wěn)定、無(wú)明顯輪跡為止；終壓采用壓路機(jī)靜壓1～2遍整平即可，具體碾壓遍數(shù)根據(jù)試鋪結(jié)果確定。

對(duì)于邊緣部位級(jí)配碎石碾壓應(yīng)予以重視，如果壓路機(jī)無(wú)法保證充分壓實(shí)，應(yīng)采用小型壓路機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充壓實(shí)。

(7)封層

級(jí)配碎石底基層施工結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)鋪設(shè)封層。

試驗(yàn)路封層采用“單油雙料”的瀝青貫入式路面施工方法，嵌縫料和瀝青的規(guī)格和用量參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)瀝青貫入式路面施工表7.2.1-1的要求，嵌縫料選用規(guī)格為S12的5～10 mm碎石，用量為5 m3/1 000 m2；瀝青選用道路石油瀝青，用量為1.5 kg/m2。

(8)成型后的管理

施工結(jié)束后禁止開放交通，以保護(hù)表層不受破壞。

4 檢測(cè)評(píng)價(jià)

4.1 回彈模量檢測(cè)

使用K-30型載荷測(cè)定儀檢測(cè)各種底基層回彈模量，檢測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表5。

表5 試驗(yàn)路底基層回彈模量檢測(cè)結(jié)果

4.2 壓實(shí)度檢測(cè)

使用灌砂法按照規(guī)范步驟檢測(cè)級(jí)配碎石與土工格室加固級(jí)配碎石壓實(shí)度，結(jié)果見表6。

表6 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

壓實(shí)度實(shí)際檢測(cè)結(jié)果很好，而通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)松散情況比較嚴(yán)重，故對(duì)灌砂法挖坑的試樣在試驗(yàn)室進(jìn)行了篩分，經(jīng)過(guò)篩分發(fā)現(xiàn)級(jí)配碎石混合料實(shí)際級(jí)配與設(shè)計(jì)級(jí)配差別較大，主要體現(xiàn)在2.36 mm篩孔的通過(guò)率明顯小于設(shè)計(jì)級(jí)配(見圖1)，即實(shí)際級(jí)配細(xì)料偏少。

圖1 篩分級(jí)配曲線

4.3 彎沉檢測(cè)

使用貝克曼梁法按照規(guī)范步驟對(duì)試驗(yàn)路底基層回彈彎沉進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表7。

表7 底基層彎沉檢測(cè)結(jié)果

5 問題分析

5.1 松散離析

施工完成后，水泥穩(wěn)定碎石底基層與級(jí)配碎石底基層表面均出現(xiàn)大量松散離析。離析主要由兩個(gè)方面引起，一是裝料過(guò)程中出現(xiàn)的離析；二是攤鋪機(jī)攤鋪過(guò)程中螺旋分料器旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置不當(dāng)，最后出現(xiàn)大量離析。

引起表層松散的原因是多方面的：(1)施工后未封閉交通，且封層施工不及時(shí)，有載重車通行造成表面揉搓；(2)就水穩(wěn)底基層而言厚度過(guò)大(24 cm)，一次攤鋪，可能壓實(shí)不夠充分；(3)未按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行養(yǎng)生。

5.2 土工格室加固級(jí)配碎石施工出現(xiàn)的問題

土工格室用于加固級(jí)配碎石還是一種比較新的技術(shù)，沒有成熟的施工工藝，施工過(guò)程中不可避免的出現(xiàn)了一些問題，如圖2所示。

圖2(a)是由于土工格室展開較多，當(dāng)天沒有完成撒料、整平、碾壓整套工序，道路也沒有封閉，在施工人員撤出現(xiàn)場(chǎng)后，有車輛經(jīng)過(guò)，將已經(jīng)展開的土工格室全部壓壞。針對(duì)此情況，采取了以下措施：(1)根據(jù)當(dāng)天的施工量，減少土工格室的鋪設(shè)；(2)在施工道路兩側(cè)封閉道路交通。

圖2(b)是由于裝載機(jī)操作員將級(jí)配碎石混合料往土工格室內(nèi)撒料及整平的過(guò)程中沒有掌握好裝載機(jī)鏟斗的鏟料角度，鏟斗將部分土工格室扯出，經(jīng)過(guò)碾壓后出現(xiàn)圖中所示的情況。針對(duì)此情況，現(xiàn)場(chǎng)指揮人員及時(shí)向裝載機(jī)操作人員說(shuō)明情況，在接下來(lái)的施工中，裝載機(jī)操作人員將鏟斗適當(dāng)抬高，基本上避免了此種情況的出現(xiàn)。

圖2(c)所示情況是因?yàn)榧?jí)配碎石混合料攤鋪厚度不均勻，部分區(qū)域虛鋪厚度過(guò)小，壓路機(jī)碾壓過(guò)后土工格室暴露出來(lái)，土工格室上邊緣被碾向一邊。針對(duì)此情況，在下一步攤鋪過(guò)程中注意均勻攤鋪，控制好虛鋪厚度。

圖2(d)所示情況是土工格室加固級(jí)配碎石底基層封層施工后出現(xiàn)的松散離析情況。分析原因主要有兩個(gè)方面，一是級(jí)配碎石攤鋪使用的是裝載機(jī)撒料，不像攤鋪機(jī)施工，不可避免出現(xiàn)混合料離析情況；二是封層施工后，沒有暫時(shí)封閉交通，瀝青嵌縫料還沒穩(wěn)定，車輛碾壓將瀝青連帶集料一起帶起，隨著車輛繼續(xù)通行出現(xiàn)如圖4所示情況。

(a)土工格室被碾壞；(b)土工格室被扯壞；(c)碾壓過(guò)后露出的土工格室；(d)離析松散情況圖2 土工格室加固級(jí)配碎石施工出現(xiàn)的問題

施工后檢測(cè)結(jié)果印證了各種底基層的實(shí)際施工狀況，4%水泥穩(wěn)定碎石的施工效果不如2%水泥穩(wěn)定碎石的施工效果，土工格室加固級(jí)配碎石的施工效果沒有級(jí)配碎石的施工效果好。就4%水泥穩(wěn)定碎石與2%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石而言，施工工藝基本相同，壓實(shí)機(jī)械也相差無(wú)異，但是4%水泥穩(wěn)定碎石厚度較后者大6 cm，采用一次性攤鋪碾壓的方案合理性未得到驗(yàn)證。對(duì)于級(jí)配碎石與土工格室加固級(jí)配碎石底基層而言，本來(lái)希望借助土工格室的束縛圍壓作用改善級(jí)配碎石剛度過(guò)小的弊端，但第一次將土工格室應(yīng)用于級(jí)配碎石加固，施工工藝有一定的探索性，還遠(yuǎn)不完善，土工格室加固級(jí)配碎石施工沒有將格室中的級(jí)配碎石壓實(shí)，致使各種指標(biāo)的檢測(cè)值不如級(jí)配碎石底基層的檢測(cè)值理想。

6 結(jié) 論

本文結(jié)合高海拔高寒區(qū)一條高速公路4.4 km試驗(yàn)段就幾種類型的底基層施工工藝及施工過(guò)程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)部分問題是由于施工時(shí)沒有嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)施工工藝，一方面是因?yàn)槭┕と藛T失誤，另外一方面因?yàn)槭┕すに嚧嬖趩栴}，針對(duì)高寒區(qū)特定路段的底基層施工，不能完全照搬已有的施工工藝，應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂虻刭|(zhì)環(huán)境、材料級(jí)配類型、結(jié)構(gòu)層厚度等進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證選擇恰當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)。將土工格室用來(lái)加固級(jí)配碎石是一種很好的想法，但是要想普及應(yīng)用，還需要進(jìn)一步研究其施工工藝及應(yīng)用效果。