抗裂性水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)研究

蘇軍強(qiáng)

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，石家莊 050000）

1 引言

半剛性基層因其具有良好的承載力、強(qiáng)度和剛度被廣泛應(yīng)用于我國高速公路和市政道路的基層結(jié)構(gòu)中。在半剛性基層中，水泥穩(wěn)定碎石基層由于造價(jià)低、施工方便等特點(diǎn)被普遍推崇。但水泥穩(wěn)定碎石基層作為高等級(jí)路面的主要承重層，隨著使用時(shí)間的增加，十分容易出現(xiàn)開裂，同時(shí)在車輛荷載和外界環(huán)境的影響下還會(huì)引發(fā)瀝青路面的反射裂縫。因此，在采用水泥穩(wěn)定碎石作為道路基層時(shí)，往往會(huì)采取一定的防開裂措施[1]。目前，我國道路工程中常用的防開裂措施主要有以下幾種方式：首先，增加瀝青面層的厚度；其次，在水泥穩(wěn)定基層上設(shè)置應(yīng)力吸收層，消除水泥穩(wěn)定基層開裂引起的內(nèi)應(yīng)力，最常用的有效方式是在水泥穩(wěn)定基層中摻加纖維來提高其抗裂性能。本文主要依托實(shí)際項(xiàng)目工程，研究纖維對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層抗裂性能的影響。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層的特點(diǎn)

水泥穩(wěn)定碎石基層的材料組成主要為水泥、碎石和其他摻入材料。其中，水泥用量占比為3%～6%，碎石占比90%左右。研究表明，過高的水泥用量會(huì)加劇基層的收縮開裂，因此，基層施工中往往會(huì)對(duì)水泥用量進(jìn)行嚴(yán)格控制。目前，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層開裂主要包括失水開裂與干燥收縮開裂。經(jīng)驗(yàn)表明，即使在十分良好的養(yǎng)護(hù)措施和環(huán)境下，水泥穩(wěn)定碎石基層仍會(huì)產(chǎn)生裂縫，因此，進(jìn)行必要的基層防裂措施十分必要。

3 工程概況

某公路工程通車運(yùn)行多年，修筑時(shí)采用的路面結(jié)構(gòu)為4 cm AC-13+6 cm AC-20+兩層18 cm水泥穩(wěn)定砂礫，運(yùn)行12年以來，道路經(jīng)歷多次維修養(yǎng)護(hù)。在最近一次的道路檢測(cè)中通過落錘式彎沉儀發(fā)現(xiàn)該道路彎沉整體偏大，鉆芯顯示基層破壞嚴(yán)重，道路承載能力已經(jīng)完全不能滿足當(dāng)前交通要求。經(jīng)過交通運(yùn)輸部門研究后，決定對(duì)原路面兩層水泥穩(wěn)定砂礫進(jìn)行挖除處理，同時(shí)重新攤鋪修筑兩層18 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層。

4 原材料

4.1 水泥

水泥作為膠凝材料在水穩(wěn)碎石基層中占據(jù)的十分重要的地位。在水化作用下水泥中的硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣能夠形成具有膠凝作用的水泥漿，與碎石充分拌和后形成高強(qiáng)度整體。因此，在進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石基層材料的選擇時(shí)，水泥原材料的質(zhì)量保證是至關(guān)重要的。目前，常用的水泥種類有普通硅酸鹽水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥等?？紤]到水穩(wěn)碎石基層對(duì)強(qiáng)度的要求較高且需要長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，綜合對(duì)比后選擇普通硅酸鹽水泥作為項(xiàng)目原材料。水泥材料的性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 水泥材料的性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

4.2 集料

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)文件表明，本項(xiàng)目為一級(jí)公路，一級(jí)公路的基層在進(jìn)行集料選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)保證碎石壓碎值不超過30%。對(duì)原路面進(jìn)行鉆芯取樣，分析基層材料成分可知，原道路基層所采用的碎石集料為砂礫。檢測(cè)報(bào)告顯示，路面承載能力較差的部分原因是砂礫堅(jiān)固性不足，粗細(xì)集料搭配不合理，在長(zhǎng)期車輛荷載作用下基層整體較為松散。因此，在進(jìn)行碎石選擇時(shí)，綜合考慮壓碎值及多方面因素后決定采用石灰?guī)r碎石作為基層原材料，同時(shí)為了保證基層碎石級(jí)配的合理性，控制碎石的最大粒徑不超過31.5 mm。為保證工程質(zhì)量，對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 集料性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

4.3 玄武巖纖維

玄武巖碎石是道路工程中常用的材料，從碎石中提取的玄武巖纖維目前也被廣泛應(yīng)用在半剛性基層中。在水穩(wěn)碎石基層中摻入玄武巖纖維后，通過纖維的吸附、約束作用能夠使得基層性能發(fā)生改變，從根源上提高基層的抗裂性能。玄武巖纖維質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 玄武巖纖維質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

5 抗裂性水泥穩(wěn)定碎石基層施工關(guān)鍵技術(shù)

5.1 施工準(zhǔn)備

該項(xiàng)目為舊路改造工程，在進(jìn)行水穩(wěn)碎石攤鋪前，應(yīng)當(dāng)對(duì)原道路面層瀝青混合料進(jìn)行銑刨處理。由于基層承載性能嚴(yán)重不足，整體破碎嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)采用挖掘機(jī)對(duì)全路段水穩(wěn)砂礫基層進(jìn)行挖掘處理。同時(shí)，為了保證道路整體施工質(zhì)量滿足要求，避免出現(xiàn)工程驗(yàn)收事故，在進(jìn)行水穩(wěn)基層正式施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行試驗(yàn)路段鋪筑，水穩(wěn)基層工程質(zhì)量滿足要求后全線施工。

5.2 混合料的拌和

與常規(guī)的水泥穩(wěn)定碎石拌和施工工藝不同，抗裂性水穩(wěn)碎石基層所采用的混合料中摻加了玄武巖纖維來提高基層性能。因此，在進(jìn)行混合料制備前，要根據(jù)原材料用量配備相應(yīng)比例的玄武巖纖維[2]。其次，拌和施工的作業(yè)設(shè)備應(yīng)滿足工程使用要求，拌和樓生產(chǎn)的混合料粗細(xì)集料要均勻分布。此外，在混合料拌和過程中應(yīng)當(dāng)精確控制纖維的投放量，保證纖維摻配的合理性。

5.3 混合料的運(yùn)輸和攤鋪

混合料拌和完畢后，為了保證纖維均勻分布，在進(jìn)行混合料裝車時(shí)，儲(chǔ)料斗要分多次放料，每輛運(yùn)輸車裝料完畢后要及時(shí)覆蓋篷布，避免混合料水分蒸發(fā)影響最佳含水率。運(yùn)輸過程中要迅速及時(shí)，應(yīng)在混合料初凝前運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。若運(yùn)輸時(shí)間過長(zhǎng)，混合料發(fā)生初凝將對(duì)攤鋪造成不可挽回的影響。攤鋪?zhàn)鳂I(yè)前，為了提高基層與土路基的黏結(jié)性能，應(yīng)當(dāng)噴灑適量的水泥漿作為黏結(jié)劑。攤鋪開始后，應(yīng)保證1～2臺(tái)運(yùn)料車等待卸料，不宜過多，保證施工連續(xù)性的同時(shí)避免混合料等待過程中水分的散失[3]。

5.4 混合料的碾壓和養(yǎng)護(hù)

根據(jù)規(guī)范對(duì)水穩(wěn)碎石基層的壓實(shí)度進(jìn)行驗(yàn)收，要求終壓后基層壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到98%方能進(jìn)行后續(xù)面層施工。因此，基層的碾壓工藝是水穩(wěn)基層施工至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已有的施工設(shè)備，首先，采用22 t單鋼輪壓路機(jī)對(duì)整幅進(jìn)行靜壓1遍，后續(xù)再通過振動(dòng)壓實(shí)模式大幅度提高基層壓實(shí)度，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的碾壓遍數(shù)后通過26 t膠輪壓路機(jī)消除基層表的輪跡帶。碾壓作業(yè)時(shí)，基層表面灑水要與碾壓施工同步進(jìn)行，保證基層碾壓效果。經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)度滿足驗(yàn)收壓實(shí)度要求時(shí)，及時(shí)鋪設(shè)土工布并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，水穩(wěn)基層的強(qiáng)度形成并非一蹴而就，需要一定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間待強(qiáng)度形成方可進(jìn)行面層施工作業(yè)。

6 試驗(yàn)路段性能檢測(cè)

為了驗(yàn)證摻玄武巖纖維碎石基層抗裂強(qiáng)度是否滿足使用要求，本項(xiàng)目在試驗(yàn)路段鉆取摻玄武巖纖維基層芯樣和普通水穩(wěn)基層芯樣進(jìn)行抗壓、抗彎拉和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，具體試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 強(qiáng)度性能試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比7 d、14 d和28 d齡期下纖維碎石基層和普通碎石基層的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度，纖維碎石基層在同養(yǎng)護(hù)齡期下的強(qiáng)度均大于普通水穩(wěn)碎石基層，對(duì)比28 d齡期條件下的抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，摻加纖維后基層強(qiáng)度分別提升了23.07%、8.90%和16.67%，表明纖維碎石基層防裂性能明顯提升。

7 結(jié)語

本文依托某公路實(shí)際工程，簡(jiǎn)要介紹了抗裂性水穩(wěn)碎石基層施工技術(shù)，闡述了水穩(wěn)基層開裂原因及防裂措施，詳細(xì)介紹了抗裂水穩(wěn)基層施工關(guān)鍵技術(shù)，通過強(qiáng)度試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

1）對(duì)比7 d、14 d和28 d齡期下纖維碎石基層和普通碎石基層的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度，纖維碎石基層在同養(yǎng)護(hù)齡期下的強(qiáng)度普遍大于普通水穩(wěn)碎石基層。

2）對(duì)比28 d齡期條件下的抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，摻加纖維后基層強(qiáng)度分別提升了23.07%、8.90%、16.67%，表明纖維碎石基層防裂性能明顯提升。