水泥穩(wěn)定碎石基層施工工藝與質(zhì)量控制在高等級(jí)公路施工中的應(yīng)用研究
——以國(guó)道主干線(xiàn)福州繞城公路西北段飛石互通式立體交叉工程為例

周嘉偉

(江蘇鎮(zhèn)江路橋工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

1 工程概述

國(guó)道主干線(xiàn)福州繞城公路西北段飛石互通式立體交叉工程位于G15沈海高速公路主線(xiàn)K43+120～K44+240處，并與G104國(guó)道相接。立交采用主線(xiàn)上跨A型單喇叭，新建5條匝道、連接線(xiàn)全長(zhǎng)3 703.491 m。其中：主線(xiàn)為雙向四車(chē)道，長(zhǎng)1 120 m，路基寬24.5 m；A匝道為雙向兩車(chē)道，長(zhǎng)434.978 m，路基寬16.5 m；B匝道為單向單車(chē)道，長(zhǎng)182.27 m，路基寬10 m；C、D、E匝道為單向單車(chē)道，長(zhǎng)976.241 m，路基寬9.0 m；連接線(xiàn)480 m，路基寬度17.5 m。主線(xiàn)路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為15 cm級(jí)配碎石下基層+16 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+5.5 cm中粒式改性瀝青混凝土下面層(AC-20C)+4.5 cm中粒式改性瀝青混凝土抗滑表層(AC-16C)。

2 高等級(jí)公路水泥穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)特征及要求

2.1 高等級(jí)公路水泥穩(wěn)定碎石基層的技術(shù)特征

(1)缺點(diǎn)

①水泥穩(wěn)定碎石基層是由水、膠凝材料和集料混合而成的半剛性材料，脆性大，在收縮過(guò)程中，可能發(fā)生開(kāi)裂，導(dǎo)致路面產(chǎn)生反射性裂縫。極少數(shù)情況下，還會(huì)出現(xiàn)貫穿性裂縫，導(dǎo)致斷板。基層產(chǎn)生裂縫后，通過(guò)雨水的滲透及沖刷，導(dǎo)致路基遭受破壞。

②水泥穩(wěn)定碎石基層的承載能力較為敏感，一旦受到的承載能力超過(guò)設(shè)計(jì)荷載的允許值后，破壞速度會(huì)越來(lái)越快。

③水泥穩(wěn)定碎石基層在通車(chē)運(yùn)營(yíng)后，一旦產(chǎn)生破壞，維修難度相對(duì)較大。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

(2)優(yōu)點(diǎn)

①水泥穩(wěn)定碎石基層具有良好的強(qiáng)度和剛度，水泥穩(wěn)定碎石基層屬于一種典型的半剛性材料基層，這一特點(diǎn)是由水泥水化熱作用決定的，其較好的承載能力能夠滿(mǎn)足極重、特重和重交通等多個(gè)交通荷載等級(jí)的要求。由于水泥穩(wěn)定碎石基層是直接設(shè)置在瀝青路面下的主要承重層，或直接設(shè)置在水泥混凝土面板下的結(jié)構(gòu)層，所以基層的承重能力顯得尤為重要。

②水泥穩(wěn)定碎石基層具有良好的水穩(wěn)定性，并且同時(shí)具有和水泥混凝土相似的特點(diǎn)。雖然水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度會(huì)受多種因素的影響，如使用的水泥劑量、含水量、養(yǎng)護(hù)條件及原材料中的粉塵含量等，但一般情況下，幾乎不會(huì)受到降雨的影響。

③水泥穩(wěn)定碎石基層具有良好的平整性，而平整度在施工過(guò)程中也是比較容易控制的一個(gè)指標(biāo)，因?yàn)閿備佭^(guò)程多數(shù)都是采用攤鋪機(jī)來(lái)完成。這就大大提升了行車(chē)的舒適性，也提高了行車(chē)的安全性。

④水泥穩(wěn)定碎石基層具有良好的整體性、抗?jié)B性和耐沖刷性能，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》中針對(duì)交通行業(yè)高等級(jí)公路的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石作出了明確的級(jí)配區(qū)間要求，原材料的級(jí)配控制以及施工過(guò)程的壓實(shí)度控制，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層的整體性和抗?jié)B性起到了“雙保險(xiǎn)”作用。

2.2 水泥穩(wěn)定碎石基層的材料要求

作為路面工程施工過(guò)程中的關(guān)鍵項(xiàng)目，在進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石基層施工作業(yè)前，原材料質(zhì)量必須符合國(guó)家相應(yīng)規(guī)范和設(shè)計(jì)的要求。本工程3%水泥水泥穩(wěn)定碎石路面基層采用項(xiàng)目當(dāng)?shù)剌^為成熟的水泥品牌和具有一定規(guī)模的采石場(chǎng)。

2.3 水泥穩(wěn)定碎石基層施工使用的機(jī)械設(shè)備

本工程項(xiàng)目部安裝了一座WDB600型水穩(wěn)拌合樓(稱(chēng)量設(shè)備經(jīng)過(guò)標(biāo)定)，配備了2臺(tái)RP953E型水穩(wěn)攤鋪機(jī)、2臺(tái)613T型雙鋼輪壓路機(jī)、2臺(tái)YZ18T型振動(dòng)壓路機(jī)、2臺(tái)YZ25型振動(dòng)壓路機(jī)、1臺(tái)YL26輪胎式壓路機(jī)、10臺(tái)ND3310型自卸車(chē)、2臺(tái)ZL50C型裝載機(jī)、1輛灑水車(chē)。

（5）孕育處理 分3次孕育，包括球化時(shí)的埋包孕育、球化完畢的倒包孕育、澆注時(shí)的隨流孕育，總孕育量控制在鐵液重量的0.6%～0.9%。

3 水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量控制

3.1 水泥穩(wěn)定碎石基層原材料質(zhì)量控制

(1)水泥的選取

水泥對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層而言是一個(gè)非常重要的組成部分，其直接影響水泥穩(wěn)定碎石基層的最終強(qiáng)度和承載能力。為了滿(mǎn)足本工程水穩(wěn)攤鋪過(guò)程中水泥的凝結(jié)時(shí)間要求，本工程所用水泥采用初凝時(shí)間大于3 h，終凝時(shí)間應(yīng)超過(guò)6 h且小于10 h，強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥。除此以外，水泥在使用前還需要根據(jù)同批次質(zhì)保書(shū)提供的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)日期核查，并且進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、安定性、比表面積、膠砂強(qiáng)度等指標(biāo)的試驗(yàn)檢測(cè)，合格后方可使用。

(2)粗、細(xì)集料的選取

水泥穩(wěn)定碎石基層中碎石宜采用硬質(zhì)巖石或礫石加工制作而成的碎石，也可直接使用天然礫石。粗、細(xì)集料都要選擇潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化、不含雜質(zhì)等顆粒。同時(shí)基層中碎石的級(jí)配選擇最為關(guān)鍵，選擇粒徑過(guò)大，則各檔集料間的粘結(jié)度較差，選擇的粒徑過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致基層強(qiáng)度不滿(mǎn)足要求且基層表面較為松散。無(wú)論是粒徑過(guò)大還是粒徑過(guò)小，在級(jí)配擬合范圍區(qū)間曲線(xiàn)時(shí)，都難以達(dá)到理想曲線(xiàn)。同時(shí)，粗集料還應(yīng)分別進(jìn)行壓碎值、針片狀顆粒含量、0.075 mm以下粉塵含量、軟石含量等指標(biāo)的檢測(cè)，細(xì)集料應(yīng)對(duì)其塑性指數(shù)、有機(jī)質(zhì)含量、硫酸鹽含量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。本工程最終選定C-B-1型為3%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層的級(jí)配范圍。

(3)水的選取

水在水泥穩(wěn)定碎石基層中也是比較重要的一個(gè)組成部分，并非所有的水都可以被用作水泥穩(wěn)定碎石基層混合料的拌合，前提是拌合水質(zhì)需符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749)。若拌合用水非引用水還應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)檢驗(yàn)。本工程用水采用飲用自來(lái)水。

3.2 水泥穩(wěn)定碎石基層混合料配合比的選定

水泥穩(wěn)定碎石基層混合料配合比包括主要包括目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)、最終施工參數(shù)的確定三大部分。進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目的在于確定水泥劑量、最佳含水率、最大干密度以及容許延遲時(shí)間等參數(shù)。

表2 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料級(jí)配表

圖1 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層混合料合成級(jí)配篩分曲線(xiàn)圖

在生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)中，根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)中各檔材料的所需比例，通過(guò)試拌和對(duì)拌和設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)參數(shù)調(diào)試，確定合理的生產(chǎn)參數(shù)。同時(shí)在此基礎(chǔ)上應(yīng)繪制不少于5個(gè)點(diǎn)的混合料劑量標(biāo)定曲線(xiàn)，還應(yīng)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行不同成型時(shí)間條件下的混合料強(qiáng)度試驗(yàn)，繪制相應(yīng)的延遲時(shí)間曲線(xiàn)，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定容許延遲時(shí)間。

最終施工參數(shù)的確定需要根據(jù)后場(chǎng)各檔集料每天的含水率不同調(diào)整各檔料的摻量，還應(yīng)對(duì)每個(gè)臺(tái)班出場(chǎng)的混合料進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn)，確定結(jié)合料劑量的變化、含水率對(duì)混合料最大干密度的影響，而不是以生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)中最大干密度和最佳含水率作為施工的永恒標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還要對(duì)混合料制成的試件進(jìn)行7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定混合料每個(gè)臺(tái)班實(shí)際抗壓強(qiáng)度水平和拌和工藝的變異水平。

最佳含水量對(duì)基層壓實(shí)度有重要影響，含水量多會(huì)造成壓路機(jī)粘輪現(xiàn)象，且基層表面不光滑；含水量少，則無(wú)法碾壓成型，基層表面松散、泛白。由于外部氣溫相對(duì)較高，試驗(yàn)室內(nèi)氣相對(duì)度較低，溫度差異較大，還應(yīng)注意前后場(chǎng)的距離和當(dāng)日風(fēng)級(jí)大小的相互影響，前場(chǎng)的混合料水分散發(fā)比較快，同時(shí)基層攤鋪過(guò)程中還會(huì)被底基層吸收一部分的水分，對(duì)此，混合料粗粒材料出廠前可以高于最佳含水率0.5%～1%，混合料細(xì)粒材料出廠前可以高于最佳含水率1%～2%，同時(shí)在施工基層時(shí)，底基層還應(yīng)該進(jìn)行灑水潤(rùn)濕。

3.3 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層混合料的拌和

本工程采用廠拌法進(jìn)行拌和，拌合場(chǎng)必須按照標(biāo)準(zhǔn)化指南進(jìn)行建設(shè)，場(chǎng)地道路采用C15混凝土硬化且厚度不小于20 cm，格倉(cāng)建設(shè)高度需滿(mǎn)足2 m且搭設(shè)遮雨棚，水泥罐搭設(shè)場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置在高地，如果拌合站場(chǎng)地地勢(shì)低洼，還應(yīng)設(shè)立排水系統(tǒng)或者配備一定數(shù)量的抽水泵，以防止雨季積水。

粗、細(xì)集料檢測(cè)合格進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)按照不同規(guī)格堆放在材料倉(cāng)內(nèi)，設(shè)置標(biāo)識(shí)牌，上報(bào)監(jiān)理人員同意后，將集料、水泥分別倒入經(jīng)過(guò)標(biāo)定合格的水穩(wěn)拌合料稱(chēng)量裝置中，電控加水，統(tǒng)一拌和。加派試驗(yàn)檢測(cè)人員在場(chǎng)監(jiān)督檢測(cè)混合料出廠時(shí)含水率，采用EDTA滴定檢測(cè)法對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)滴定曲線(xiàn)確定水泥劑量。對(duì)于本工程中采用的水泥穩(wěn)定碎石，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的水泥劑量比室內(nèi)試驗(yàn)確定的劑量多0.5%。

3.4 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層混合料的運(yùn)輸路線(xiàn)

對(duì)后場(chǎng)拌和好的混合料要合理安排好運(yùn)輸路線(xiàn)，考慮到運(yùn)輸途中水分的蒸發(fā)和施工攤鋪的連續(xù)性，為保持混合料含水率處于略高于最佳含水率的良好狀態(tài)，本工程所用運(yùn)輸?shù)淖孕盾?chē)統(tǒng)一加蓋篷布保濕，現(xiàn)場(chǎng)組織4名卸料員安排卸料。

3.5 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層混合料現(xiàn)場(chǎng)攤鋪

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石是本工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其直接影響到整條路面結(jié)構(gòu)層的施工質(zhì)量，混合料的攤鋪也是水泥穩(wěn)定碎石基層施工的核心工序。項(xiàng)目投入兩臺(tái)徐工牌RP953E型多功能攤鋪機(jī)組成梯隊(duì)共同施工進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。在攤鋪過(guò)程中前后兩臺(tái)攤鋪機(jī)軌道重疊25 cm。攤鋪時(shí)應(yīng)注意控制兩臺(tái)攤鋪機(jī)行進(jìn)速度均勻一致，攤鋪速度控制在1.5～1.6 m/min之間為宜。要求攤鋪機(jī)操作手不得隨意增快或減慢攤鋪速度，并且不得猛烈地加速或猛烈減速，保證兩臺(tái)攤鋪機(jī)攤鋪厚度一致、橫坡度一致、攤鋪平整度一致、振動(dòng)幅度一致，兩機(jī)攤鋪接縫平整。在攤鋪機(jī)前進(jìn)過(guò)程中，兩機(jī)縱向直線(xiàn)距離宜保持在5～8 m左右，且兩機(jī)距離要保持相對(duì)穩(wěn)定。攤鋪機(jī)的螺旋送料攪拌器兩端的混合料高度要保持和送料螺旋同高或稍低，否則應(yīng)及時(shí)停止攤鋪，等混合料輸送充足后再行攤鋪。自卸車(chē)應(yīng)在攤鋪機(jī)前10～30 cm處停車(chē)，由攤鋪機(jī)前頂緊貼汽車(chē)后輪，再慢慢起斗卸料。攤鋪機(jī)行進(jìn)時(shí)，應(yīng)始終保持同路線(xiàn)方向行駛，攤鋪機(jī)行走時(shí)標(biāo)尺上自然垂落的左右測(cè)平傳感器的中心應(yīng)對(duì)準(zhǔn)水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石左右控制邊線(xiàn)，以便保證攤鋪寬度、厚度準(zhǔn)確。

在攤鋪過(guò)程中，攤鋪機(jī)的螺旋布料器應(yīng)有三分之二埋入水穩(wěn)混合料中。攤鋪機(jī)兩側(cè)的高度傳感器設(shè)置好后應(yīng)安排專(zhuān)人看護(hù)，隨時(shí)檢查攤鋪高程與基準(zhǔn)線(xiàn)高度是否一致，并做好記錄，若發(fā)現(xiàn)標(biāo)高出現(xiàn)偏差應(yīng)立即糾偏?？紤]到水泥穩(wěn)定碎石是冷料攤鋪且熨平板自重較大，為有效保證攤鋪過(guò)程中橫坡的準(zhǔn)確性，宜將熨平板的高度調(diào)整好適當(dāng)?shù)姆垂啊?/p>

攤鋪工作進(jìn)行中應(yīng)當(dāng)隨時(shí)關(guān)注混合料的離析情況，應(yīng)設(shè)專(zhuān)人及時(shí)消除粗細(xì)集料離析現(xiàn)象。對(duì)于粗集料“窩”和粗集料“帶”，應(yīng)同時(shí)撒布細(xì)集料，并拌和均勻；對(duì)于細(xì)集料“窩”，應(yīng)增補(bǔ)粗集料，并拌和均勻。嚴(yán)重離析部位應(yīng)挖除后采用符合要求的水穩(wěn)混合料填補(bǔ)。

3.6 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層混合料現(xiàn)場(chǎng)碾壓

為了有效保證水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層施工質(zhì)量，提升壓實(shí)效果，本工程在碾壓時(shí)配備了2臺(tái)613T型雙鋼輪壓路機(jī)、2臺(tái)YZ18T型振動(dòng)壓路機(jī)、2臺(tái)YZ25型振動(dòng)壓路機(jī)、1臺(tái)YL26膠輪壓路機(jī)，選擇了如下施工工藝，取得了良好的效果。先用613T雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍，碾壓速度控制在1.5～1.7 km/h之間，再用YZ18T型振動(dòng)壓路機(jī)采用高頻低幅的方法碾壓第2遍，碾壓速度控制在1.5～1.7 km/h之間，再用YZ25型振動(dòng)壓路機(jī)采用高頻低幅的方法碾壓2遍，碾壓速度控制在1.8～2.2 km/h之間，再用YZ25振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍，最后用1臺(tái)YL26膠輪壓路機(jī)碾壓揉搓2遍，碾壓完成后，在確保壓實(shí)度的前提下，路面表面沒(méi)有輪跡。

3.7 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層混合料的養(yǎng)生

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層碾壓完成并經(jīng)壓實(shí)度檢測(cè)合格后，應(yīng)立即養(yǎng)生。水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配碎石基層養(yǎng)生期宜不少于7 d，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，基層從攤鋪碾壓完成，到鋪筑上層結(jié)構(gòu)層之前都屬于養(yǎng)生期。7 d是水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層施工質(zhì)量控制的一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在第7 d需要開(kāi)展一系列的質(zhì)量評(píng)定檢測(cè)，因此，一般情況下，無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料施工后需要養(yǎng)生7 d，但這并不是意味著，僅需要養(yǎng)生7 d。本工程采用灑水養(yǎng)生聯(lián)合土工布覆蓋養(yǎng)生的方法。養(yǎng)生期間封閉交通，灑水車(chē)的噴頭采用噴霧式，不得用高壓式噴管，以免破壞基層結(jié)構(gòu)，每天灑水次數(shù)視氣候而定，高溫期施工，上、下午各灑2次，養(yǎng)生期間始終保持混合料表面濕潤(rùn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水泥穩(wěn)定碎石基層是目前最常用的路面結(jié)構(gòu)層之一，本文分析了高等級(jí)公路中水泥穩(wěn)定碎石基層施工工藝與質(zhì)量控制，分析結(jié)果表明水泥穩(wěn)定碎石基層的施工工藝及質(zhì)量控制，對(duì)工程總體質(zhì)量具有深遠(yuǎn)影響。為保證公路工程質(zhì)量，延長(zhǎng)工程實(shí)體的使用壽命，需要嚴(yán)格把關(guān)原材料質(zhì)量，同時(shí)還需要嚴(yán)格控制每一道施工工序質(zhì)量，不斷提升高等級(jí)公路的施工質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行穩(wěn)致遠(yuǎn)。