市政道路施工中水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)

郝曉瑞

（太原市政建設(shè)集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 道路交通狀況呈現(xiàn)出車流量多、 車輛重載化的特點(diǎn)， 對道路建設(shè)質(zhì)量提出更高的要求。 水泥穩(wěn)定碎石基層屬于道路的重要結(jié)構(gòu)， 需要以科學(xué)的施工技術(shù)完成建設(shè)工作， 保證水穩(wěn)基層有足夠的承載性能。

1 水泥穩(wěn)定碎石基層施工原理

水泥穩(wěn)定碎石基層屬于半剛性結(jié)構(gòu)， 級配碎石充當(dāng)骨架材料， 根據(jù)工程建設(shè)要求摻入適量凝膠材料， 材料混合后局部存在空隙， 用砂漿填充至密實狀態(tài)[1]。 水泥穩(wěn)定碎石混合料制備完成后， 安排攤鋪、 壓實， 借助外力作用促進(jìn)混合料的固結(jié)， 使成型的水穩(wěn)基層在平整性、 密實性各方面均達(dá)到要求。水泥穩(wěn)定碎石基層建成后頗具穩(wěn)定性， 隨時間的推移， 在車輛荷載及其它外部因素的作用下， 混合料進(jìn)一步密實， 成型的水穩(wěn)基層具有更高的強(qiáng)度， 如圖1 所示。

圖1 水泥穩(wěn)定碎石基層施工流程

2 水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

1） 原材料的選取具有便捷性: 水泥穩(wěn)定碎石基層施工材料以工程中常見的水泥和碎石料為主， 材料市場供應(yīng)量大， 便于取用； 2） 強(qiáng)度高: 水穩(wěn)基層于短時間內(nèi)凝結(jié)成型， 約5 ～7d 后強(qiáng)度提高至2.0MPa； 3） 作業(yè)流程精簡: 水泥穩(wěn)定碎石基層的施工流程清晰明了， 僅需有序完成混合料的拌和、運(yùn)輸、 攤鋪、 壓實等工作即可， 而得益于工程機(jī)械設(shè)備的進(jìn)步， 水穩(wěn)基層施工可實行機(jī)械化作業(yè)模式，效率較高， 質(zhì)量可控性較佳。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

正式施工前， 全面清理底基層的積水和雜物，以防施工期間出現(xiàn)翻漿或其它問題， 經(jīng)過清理后，底基層的平整度和壓實度均要滿足要求。 在公路改擴(kuò)建施工中， 緊密結(jié)合設(shè)計要求， 精準(zhǔn)控制路面邊緣的高度， 局部高度不合理時， 參照原底基層厚度做適度的挖掘處理， 再用混凝土加固[2]。 新建工程施工中， 水泥穩(wěn)定碎石的施工具有重要性， 施工前的測量放樣是重要的技術(shù)準(zhǔn)備工作， 應(yīng)落實到位。經(jīng)過對底基層的清理后， 按照設(shè)計要求測放道路的中線、 邊線和標(biāo)準(zhǔn)高度， 進(jìn)行培植路肩作業(yè)。 為強(qiáng)化施工的可控性， 每隔10m設(shè)一處施工標(biāo)準(zhǔn)高度標(biāo)志， 局部路段的施工條件特殊時， 對標(biāo)準(zhǔn)高度標(biāo)志做加密處理。 經(jīng)過測量放樣后， 施工人員以測放結(jié)果為參考， 于指定范圍內(nèi)施工。

3.2 原材料的準(zhǔn)備

水泥穩(wěn)定碎石施工效果易受到原材料質(zhì)量的影響， 因此加強(qiáng)對原材料的質(zhì)量控制具有必要性。 采購人員嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)采購水泥、 碎石、 粉煤灰等原材料， 材料供應(yīng)商需滿足資質(zhì)要求， 材料必須通過檢驗。 其中， 水泥以硅酸鹽水泥為宜， 凝固時間控制在3 ～6h； 砂石可選擇小塊同時堅硬的碎石， 粒徑不超過3cm， 壓實度不大于30%， 雜物含量需得到控制； 粉煤灰， 優(yōu)先選擇顆粒狀、 未結(jié)塊的粉煤灰， 不可摻雜影響材料性能的雜物。 施工人員在采購原材料時應(yīng)結(jié)合施工要求， 并在施工位置對至少兩天的使用量進(jìn)行準(zhǔn)備。

4 水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)的應(yīng)用

4.1 工程概況

某市政道路工程全長61.2km， 主干道非機(jī)動車道的基層為18 ＋30cm水泥穩(wěn)定碎石， 主干道及次干道為36 ＋18cm水泥穩(wěn)定碎石， 支路為32 ＋18cm水泥穩(wěn)定碎石。 主線路面包含砂礫墊層、 級配碎石基層、 水穩(wěn)碎石基層、 瀝青面層。

4.2 原材料的取用及配合比的設(shè)計

加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制， 每批次材料進(jìn)場時抽樣檢測、 留樣備查， 任何不達(dá)標(biāo)的材料均不可入場；注重材料管理， 進(jìn)場后分類堆放到位， 根據(jù)材料特性采取防雨、 防曬等防護(hù)措施， 例如以加蓋防水彩條布和防雨棚的方法防護(hù)細(xì)集料， 各類石料隔倉處理，設(shè)置標(biāo)識牌。 原材料的取用和配合比設(shè)計， 如下。

4.2.1 碎石

根據(jù) 37.5 -19、 19 -9.5、 9.5 -4.75、 4.75mm以下四種粒徑規(guī)格篩選級配碎石； 碎石針片狀含量不超過20%， 壓碎值不超過30%； 集料的粒徑小于0.6mm時做液限和塑性指數(shù)試驗， 同時滿足液限＜28%、 塑性指數(shù)＜9 的要求時方可投入使用。

4.2.2 配合比設(shè)計

1） 取集料進(jìn)行篩分， 結(jié)合表1 數(shù)據(jù)計算， 確定集料的規(guī)格及各自的用量， 如表1 所示。

表1 水泥碎石混合料中集料的顆粒組成

2） 按4.0%、 4.5%、 5.0%、 5.5%的劑量選用水泥， 分組制備混合料， 檢驗不同水泥含量時混合料的質(zhì)量， 對比分析后確定適宜的水泥用量。 試驗方法采用重型擊實法， 著重考慮最佳含水量和最大干密度兩項指標(biāo)。

3） 水泥穩(wěn)定碎石基層易產(chǎn)生裂縫， 為避免此問題， 可以從材料控制的角度著手: 以不影響混合料的強(qiáng)度和正常施工為前提， 減少水泥的用量， 適當(dāng)控制粉料和細(xì)集料的用量； 動態(tài)控制含水量， 隨施工環(huán)境的變化做靈活的調(diào)整。

經(jīng)分析， 確定如下用量要求: 水泥劑量不超過5.5%； 含水量不超過最佳含水量的1%； 0.075mm以下顆粒的含量不超過5%。

4.3 混合料的拌和

4.3.1 拌和設(shè)備的配套

綜合考慮車輛運(yùn)輸能力和現(xiàn)場攤鋪能力， 選擇生產(chǎn)性能滿足工程要求的拌和設(shè)備。 水泥穩(wěn)定碎石基層施工宜采取強(qiáng)制式拌和設(shè)備， 拌和能力不低于60t/h， 為精準(zhǔn)控制原材料的用量， 要求拌和設(shè)備帶有電子計量裝置。 啟用前安排調(diào)試， 檢驗電子計量裝置的精度， 同時保證拌和設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。

4.3.2 水泥用量

水泥穩(wěn)定碎石混合料的強(qiáng)度易受到水泥用量的影響， 實際水泥用量比試驗確定的設(shè)計值增加0.3%～0.5%， 根據(jù)實際施工狀況動態(tài)調(diào)整。

4.3.3 含水量

混合料的含水量偏低時， 壓實難度增加， 成型效果差； 含水量偏高時， 局部有彈簧現(xiàn)象， 表面經(jīng)過壓實后產(chǎn)生明顯輪跡， 影響表觀質(zhì)量， 嚴(yán)重時產(chǎn)生干縮裂縫， 水穩(wěn)基層的完整性受到影響。 水穩(wěn)基層攤鋪在石灰穩(wěn)定土基層上， 底基層具有吸水作用，導(dǎo)致攤鋪混合料的含水量降低， 為彌補(bǔ)該部分水分損失， 實際用水量略高于設(shè)計值1.5% ～2.5%， 且在攤鋪前以灑水的方法潤濕石灰穩(wěn)定土層。

4.4 混合料的運(yùn)輸

混合料拌和站僅有一處， 部分施工路段的混合料運(yùn)距較遠(yuǎn)， 為滿足現(xiàn)場攤鋪施工的用料需求， 用12 ～15t大噸位自卸車將混合料運(yùn)輸至現(xiàn)場[3]。 車輛裝料后覆蓋篷布， 避免混合料溫度異常降低的同時防止混合料受到污染。 根據(jù)混合料隨拌隨用的原則，出料至攤鋪的時間不超過2h， 否則不宜投入使用。

4.5 混合料的攤鋪

攤鋪采用ABC系列攤鋪機(jī)全幅攤鋪的方法， 松鋪系數(shù)根據(jù)試驗結(jié)果而定， 以1.28 ～1.35 較為合適。 水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪的作業(yè)要點(diǎn)， 如下: 1）攤鋪前， 每10m設(shè)一處斷面， 各斷面設(shè)4 個控制點(diǎn)，檢測基層底標(biāo)高， 對不合格的部位進(jìn)行處理。 待底基層的標(biāo)高達(dá)標(biāo)后， 灑水潤濕。

1） 根據(jù)攤鋪計劃， 安排攤鋪機(jī)就位， 校驗鋼絲繩的標(biāo)高； 2） 配套材料輸送器和螺旋輸送器， 相較于攤鋪寬度， 螺旋輸送器的寬度略小50cm， 過窄易導(dǎo)致兩側(cè)邊緣部位的攤鋪料量不足， 攤鋪后的密實性有限， 過寬將導(dǎo)致混合料浪費(fèi)。 必要時， 由專員用微型夯實設(shè)備處理邊部50cm的區(qū)域， 保證邊緣部分混合料的穩(wěn)定性。 在全幅攤鋪的方式下， 輸送至邊緣部位的混合料可能離析， 若確實存在此現(xiàn)象，需及時換填； 3） 兩臺窄幅攤鋪機(jī)呈梯級形攤鋪， 運(yùn)行速度保持穩(wěn)定， 前后距離始終在特定的控制區(qū)間內(nèi)。 兩次攤鋪的結(jié)合部位需保濕， 以便兩層水泥穩(wěn)定碎石的穩(wěn)定結(jié)合， 為取得良好的層間結(jié)合效果，在第一層上均勻灑澆水泥稀漿； 4） 由于施工分段、材料供應(yīng)中斷或機(jī)械設(shè)備等原因而需設(shè)置作業(yè)縫時，加強(qiáng)對接縫部位的質(zhì)量控制。 下次攤鋪前， 挖除基層端部2 ～3m， 用切割機(jī)切割后產(chǎn)生順直的斷面，清理雜物， 向接縫部位灑水泥漿， 此舉有利于新舊混合料的穩(wěn)定結(jié)合。

4.6 混合料的碾壓

1） 攤鋪后安排碾壓， 單段作業(yè)長度20 ～50m。作業(yè)段不宜過短或過長， 原因在于: 過短時相鄰碾壓段的結(jié)合部位由于壓實作用程度的不同而產(chǎn)生波浪狀， 表觀質(zhì)量差； 過長時混合料表面的水分易散失， 不利于壓實作業(yè)的順利進(jìn)行， 壓實效果偏離設(shè)計要求； 2） 提前選取具有代表性的路段組織試驗，根據(jù)試驗結(jié)果確定碾壓機(jī)械設(shè)備的配置方式和具體碾壓方案， 為正式碾壓打下良好基礎(chǔ)[4]。 按照 “光輪靜壓-穩(wěn)壓-膠輪穩(wěn)壓-膠輪提漿穩(wěn)壓” 的流程有序作業(yè)， 穩(wěn)壓不少于2 遍， 振壓不少于4 遍， 膠輪提漿不少于2 遍。 為避免混合料粘輪， 壓實時適當(dāng)噴水； 3） 從內(nèi)側(cè)開始碾壓， 逐步向外側(cè)推進(jìn)。 碾壓遵循先穩(wěn)定、 后振動的原則， 相鄰兩端接頭部位以45°階梯形錯輪碾壓， 使連接部位具有嚴(yán)密性。 壓路機(jī)勻速運(yùn)行， 禁止在已壓實或正處于壓實階段的路段調(diào)頭或急剎車。

5 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的成因、 預(yù)防及處治措施

5.1 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的成因

1） 在水泥類型及其它各項條件均相同的前提下， 小于0.075mm的顆粒增加時， 水穩(wěn)基層的收縮愈發(fā)明顯。 粒料塑性指數(shù)增加時， 水泥混合料的干縮應(yīng)變現(xiàn)象愈發(fā)明顯； 2） 隨水泥劑量的增加， 混合料梁式試件的干縮應(yīng)變呈減小的變化趨勢， 待減小至某特定值后變化規(guī)律發(fā)生轉(zhuǎn)變， 水泥劑量增加時干縮應(yīng)變增加。 根據(jù)干縮應(yīng)變的階段性變化特征可知， 整個過程中存在某個干縮應(yīng)變最小的節(jié)點(diǎn)， 其對應(yīng)的水泥劑量則為最佳用量； 3） 環(huán)境溫差在±10℃以內(nèi)時， 收縮量雖然存在變化但幅度較小， 環(huán)境溫度超過10℃時則具有收縮量增加的變化趨勢；4） 材料劑量一致時， 調(diào)整混合料的級配后， 溫度收縮性能有所改變， 相較于懸浮密實型級配混合料，骨架密實型級配混合料的收縮性更小。

5.2 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的預(yù)防措施

根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石基層出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵原因，探討預(yù)防措施。

1） 以強(qiáng)度達(dá)標(biāo)為基本前提， 適當(dāng)控制0.075mm以下顆粒的含量和水泥的用量。

2） 加強(qiáng)對混合料含水量的控制， 定期對拌和樓進(jìn)行加水曲線標(biāo)定， 保證用水量的準(zhǔn)確性； 及時測定原料的含水量， 根據(jù)實測結(jié)果動態(tài)調(diào)節(jié)混合料的加水量； 關(guān)注現(xiàn)場氣候條件對混合料用水量的影響，遇炎熱天氣時， 混合料的水分散失速度較快， 因此裝料后需加蓋帆布， 加強(qiáng)施工協(xié)調(diào)， 縮短運(yùn)輸、 攤鋪、 碾壓各階段的間歇時間， 防止混合料的水分過量散失。

3） 按照規(guī)范壓實， 水泥穩(wěn)定碎石基層的碾壓宜采取重型碾壓的作業(yè)方法， 在保證壓實效果的同時力爭在較短時間內(nèi)完成壓實作業(yè)。

4） 水泥穩(wěn)定碎石基層施工期間的環(huán)境溫度偏高時， 由于未被瀝青面層及時封閉， 基層內(nèi)部的水分大量向外蒸發(fā)， 首先是表面水分散發(fā)， 后續(xù)內(nèi)部水分逐步散發(fā)， 迫使基層干燥收縮[5]。 一日內(nèi)的環(huán)境溫度也存在差異， 受晝夜溫差過大的影響， 半剛性基層同時存在干燥收縮和溫度收縮作用， 不利于基層的有效成型。 因此， 加強(qiáng)養(yǎng)生期溫差的控制具有必要性， 調(diào)節(jié)基層的溫度， 盡可能避免裂縫的產(chǎn)生。

5.3 水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的處治措施

1） 基層局部產(chǎn)生縱向裂縫或網(wǎng)裂時， 鉆芯取樣， 判斷基層裂縫病害的實際狀況。 若取樣結(jié)果顯示芯樣已貫穿水穩(wěn)基層， 表明基層裂縫的出現(xiàn)與路基不均勻沉降、 路基沉降尚未穩(wěn)定等方面有關(guān)， 根據(jù)具體原因安排修復(fù)。 存在質(zhì)量缺陷的基層恢復(fù)正常狀態(tài)后， 安排下一道工序的施工。

2） 由于非路基因素或輕微橫向裂縫而誘發(fā)縱向裂縫時， 用帶肋聚酯玻纖布處理基層頂面的裂縫，經(jīng)過對裂縫的修補(bǔ)作業(yè)后， 安排質(zhì)量檢查， 若裂縫部位的基層達(dá)到完整、 密實、 穩(wěn)定的狀態(tài)后， 方可根據(jù)施工計劃進(jìn)行下一道工序的施工。

6 結(jié)語

綜上所述， 水泥穩(wěn)定碎石基層在提升市政道路整體承載性能、 改善車輛通行條件、 保障道路結(jié)構(gòu)的耐久性、 增加經(jīng)濟(jì)效益等方面均有突出作用， 為順利建設(shè)水泥穩(wěn)定碎石基層， 施工單位需把握施工原理， 合理選材， 將制備的優(yōu)質(zhì)混合料用于攤鋪，隨后采取壓實、 養(yǎng)護(hù)措施， 保證基層的有效成型，并在施工期間采取裂縫預(yù)防措施。