公路路面基層水泥穩(wěn)定碎石基層技術(shù)要點

袁勛

（安徽水利開發(fā)有限公司， 安徽 蚌埠 233010）

現(xiàn)代公路工程中， 水泥穩(wěn)定碎石基層憑借建設(shè)成本低廉、 穩(wěn)定性強、 使用壽命長的優(yōu)勢， 逐漸取代了原有路面基層形式， 提高了工程建設(shè)質(zhì)量與綜合效益。 與此同時， 水泥穩(wěn)定碎石基層也存在溫濕度變化敏感等局限性， 在施工期間受到錯誤操作行為影響， 可能會產(chǎn)生裂縫等質(zhì)量通病， 進而影響路面的使用性能， 降低其耐久性。 因此， 要保證路面結(jié)構(gòu)的整體性和安全性， 就需要加大對水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)的研究， 從而建設(shè)高規(guī)格的公路工程。

1 公路路面水泥穩(wěn)定碎石基層技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理

水泥穩(wěn)定碎石基層簡稱為水穩(wěn)層， 提前在工程現(xiàn)場準備水泥固結(jié)級配碎石， 將所制備混合料在公路路段中依次開展攤鋪、 碾壓與養(yǎng)護處理， 把級配碎石作為骨料， 在骨料空隙內(nèi)填充適量灰漿或其他種類膠凝材料， 基于嵌擠原理來形成基層結(jié)構(gòu)， 隨著時間推移而持續(xù)提高強度與壓實度， 最終形成具備良好抗凍性、 抗?jié)B性與較高強度的板結(jié)體， 具有表面堅實、 遇水不泥濘的優(yōu)點。

1.2 技術(shù)特點

相比于其他公路路面基層技術(shù)， 水泥穩(wěn)定碎石基層技術(shù)具有穩(wěn)定性強、 抗疲勞性強的特點， 這也是水穩(wěn)層技術(shù)應用價值的主要體現(xiàn)。 第一， 穩(wěn)定性強， 水穩(wěn)層憑借碎石間嵌擠鎖結(jié)狀態(tài)來維持穩(wěn)定性與保持強度水準， 正常情況下7d 無側(cè)限抗壓強度達到1.5 ～4.0MPa區(qū)間， 明顯高于其他種類路面基層，因而在承受較重上部荷載時仍可保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)固狀態(tài)，不易出現(xiàn)基層變形等質(zhì)量通病。 第二， 抗疲勞性，水穩(wěn)層中所使用的水泥、 集料等原材料均具備良好物理力學性能， 在水穩(wěn)層使用期間， 可以有效控制路用性能下滑速度， 在全壽命周期內(nèi)始終保持良好路況， 不易因過度疲勞而頻繁出現(xiàn)裂縫質(zhì)量通病[1]。

1.3 質(zhì)量影響因素

根據(jù)實際施工情況， 在公路路面基層施工期間，影響水泥穩(wěn)定碎石基層質(zhì)量的影響因素多， 如果在原材料、 現(xiàn)場施工操作、 配合比、 養(yǎng)護齡期等， 某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題， 都會對水穩(wěn)層成型質(zhì)量造成明顯的影響。 例如， 從水泥穩(wěn)定碎石基層強度角度來看，影響因素包括水泥劑量、 級配、 壓實度， 與含水率等因素， 如在級配與齡期時間完全相同情況下， 水泥劑量與無側(cè)限抗壓強度保持正比關(guān)系， 如果水泥劑量偏少， 會明顯降低無側(cè)限抗壓強度。 從裂縫形成角度來看， 如果所制備混合料含水量不達標， 在路面基層攤鋪、 碾壓與養(yǎng)護期間， 隨著時間推移，基層空隙中所含水分持續(xù)蒸騰逸散， 在含水量低于一定標準后出現(xiàn)干燥收縮現(xiàn)象， 含水量越低， 則干燥收縮程度越嚴重， 最終形成反射裂縫。

2 公路路面水泥穩(wěn)定碎石基層施工要點

2.1 施工前期準備

為保證公路路面水泥穩(wěn)定碎石基層施工作業(yè)得以順利開展， 施工過程與作業(yè)質(zhì)量不受其他因素影響， 需要在正式施工前做好設(shè)備選型就位、 下承層準備、 測量放樣、 原材料選材等方面的準備工作：1） 在設(shè)備選型就位方面， 根據(jù)公路工程施工要求來選擇攤鋪機與壓路機型號， 將設(shè)備轉(zhuǎn)運入場、 停放在指定位置， 并對設(shè)備規(guī)格型號、 外觀質(zhì)量進行檢查， 開展調(diào)試運行試驗來判斷設(shè)備工況穩(wěn)定與否。例如， 對水穩(wěn)層攤鋪均勻度、 平整度有嚴格要求，并要求一次性完成攤鋪作業(yè)時， 可選擇配備DT1800等型號攤鋪機； 2） 在下承層準備方面， 檢查下承層表面的平整度、 潔凈度是否達標， 清理表面灰塵雜物， 對缺陷部位進行修補處理， 驗收通過后在下承層表面淋灑適量水分或噴涂水泥漿， 以此來保持下承層濕潤狀態(tài)， 強化層間粘結(jié)效果； 3） 在測量放樣方面， 測量人員參照施工圖紙， 在現(xiàn)場測量基層邊緣線位置并打入標示樁， 將放樁位置與邊緣線間距控制在0.4m左右、 相鄰樁體間距控制在10.0m左右， 并采取鋼絲引導方式來彈放高程控制線， 在曲線路段與直線路段中分別把相鄰鋼絲支架間距控制在5m和10m， 以及在后續(xù)水穩(wěn)層施工期間重復多次開展復核作業(yè)[2]； 4） 在原材料選材方面， 根據(jù)工程情況來明確各類原材料的性能指標要求。 例如， 對于水泥材料， 需要選用終凝時間在5 ～8h 左右、 標號不小于32.5、 水化熱較小的水泥， 正常情況下選用42.5 標號普通硅酸鹽水泥即可。 對于集料， 可選用粒徑在4.75mm及以上的破碎礫石作為粗集料，選用無風化、 級配良好的細集料。 而對于拌合水，需要選用水質(zhì)較高的人畜飲用水， 檢測拌合水pH值是否達標， 濾除水體中的固體顆粒等雜質(zhì)。

2.2 混合料制備與運輸

首先， 在混合料制備環(huán)節(jié)， 提前檢查原材料質(zhì)量狀態(tài)， 篩除集料中夾雜的腐殖土等雜質(zhì)， 檢查水泥是否出現(xiàn)潮濕、 結(jié)塊問題， 并要求準備的拌合水pH值在4.6 及以上、 含鹽量少于0.005mg/m3。 確定無誤后， 按照初步配合比方案開展試拌作業(yè)， 對混合料樣品性能進行檢測， 根據(jù)檢測報告來調(diào)整配合比方案， 確定原材料最佳用量占比。 隨后， 使用電子計量裝置來稱取水泥、 集料等原材料用量， 以及對原材料含水率進行檢測， 要求原料用量偏差在0.5%以內(nèi)、 含水率偏差在±0.5%以內(nèi)。 最后， 根據(jù)所選用拌合機種類來確定投料順序與攪拌時間，如在使用強制式拌合機時， 工作人員依次在攪拌倉內(nèi)投加50%碎石、 砂、 水泥與剩余碎石， 同步加水攪拌， 并把攪拌時間控制在90 ～150s以內(nèi)， 著重觀察混合料狀態(tài)， 確定色澤一致、 混合均勻后， 即可完成攪拌作業(yè)， 對混合料性能質(zhì)量進行檢查， 無誤后將混合料轉(zhuǎn)運入場， 必須在規(guī)定時間內(nèi)完成水穩(wěn)層攤鋪碾壓作業(yè)[3]。

其次， 在混合料運輸環(huán)節(jié)， 考慮到混合料狀態(tài)會受到溫度、 車輛顛簸等因素影響， 嚴重時出現(xiàn)顆粒離析與含水量過度損失等質(zhì)量問題。 因此， 需要提前規(guī)劃合理的運輸路線， 嚴格把控運輸時間， 并將混合料放置在車廂內(nèi)密封運輸。 例如， 從含水量損失角度來看， 根據(jù)工程現(xiàn)場溫度與風力等級來確定最大運輸時間， 在現(xiàn)場氣溫保持在20℃左右、 風力等級2 ～4 級時， 將混合料覆蓋運輸時長控制在4h內(nèi)， 將無覆蓋運輸時長控制在1.5h 內(nèi)。 同時， 待混合料運輸入場后， 對混合料含水量損失程度、 狀態(tài)進行檢查， 如果存在含水量過度損失和離析等問題，則將混合料進行重新攪拌。

2.3 攤鋪整平

在水穩(wěn)層攤鋪環(huán)節(jié)， 施工人員提前對公路底基層強度、 下承層潔凈狀態(tài)、 混合料狀態(tài)進行全面檢查， 及時消除質(zhì)量隱患， 確定無誤后， 再啟動攤鋪機開展基層攤鋪作業(yè)。 隨后， 在工程現(xiàn)場配備2 臺或更多臺數(shù)攤鋪機， 對前后臺攤鋪機的間距與相對位置進行控制調(diào)整， 操縱多臺攤鋪機同步開展攤鋪作業(yè)， 把攤鋪速度保持在2.5m/min 左右， 分多次完成全部路段的水穩(wěn)層攤鋪作業(yè)， 把單次攤鋪長度控制在50m左右， 并在相鄰分區(qū)交接部位設(shè)置攤鋪接縫。 最后， 待水穩(wěn)層攤鋪完畢后， 施工人員對水泥穩(wěn)定碎石基層的虛鋪厚度、 有效攤鋪范圍、 預壓實度進行檢查， 對于虛鋪厚度不達標、 漏鋪部位和預壓實度不達標的部位開展人工補鋪作業(yè)。

此外， 在水穩(wěn)層攤鋪期間， 受到料斗混合料數(shù)量、 攤鋪方向與速度等因素影響， 可能會出現(xiàn)混合料離析現(xiàn)象， 導致最終成型質(zhì)量存在不確定性。 例如， 在料斗內(nèi)混合料數(shù)量偏少時， 料斗在攤鋪期間處于收合狀態(tài)， 大顆粒混合料朝刮板方向堆積， 最終在攤鋪層中出現(xiàn)窩狀離析問題。 對此， 施工人員需要嚴格控制攤鋪寬度、 攤鋪方向、 料斗閥門放開程度、 料斗裝料量等工藝參數(shù)， 并還需觀察攤鋪層中是否存在離析問題， 及時對離析部位進行返工處理。

2.4 碾壓修邊

水穩(wěn)層碾壓修邊期間要嚴格遵循“先慢后快”、“先內(nèi)后外” 施工原則， 在工程現(xiàn)場合理選擇水穩(wěn)層碾壓順序與起始點， 嚴格控制碾壓速度， 在水穩(wěn)層碾壓一段距離后再適當增加碾壓速度， 禁止施工人員私自調(diào)節(jié)碾壓速度、 碾壓遍數(shù)等工藝參數(shù)， 或是采取壓路機中途剎車、 掉頭等違規(guī)操作行為。 隨后， 為確保水穩(wěn)層壓實度達標， 需要分多次開展碾壓作業(yè)， 明確各遍碾壓作業(yè)的碾壓速度與壓路機型號。 例如， 在初壓步驟， 一般情況下配備雙鋼輪振動壓路機， 把碾壓速度控制在1.5 ～2.0km/h。 最后， 待碾壓完畢后， 對水穩(wěn)層表面平整度、 壓實度進行檢查， 如果存在平整度偏差超標、 壓實度不達標以及表面殘留車轍等問題， 則額外開展適當遍數(shù)的碾壓作業(yè)。 例如， 在水穩(wěn)層表面存在車轍時， 重復開展終壓作業(yè)， 直至表面車轍完全消失后， 方可結(jié)束碾壓， 完成水穩(wěn)層碾壓修邊作業(yè)。

2.5 覆蓋養(yǎng)護

在覆蓋養(yǎng)護環(huán)節(jié)， 要求施工人員在水穩(wěn)層表面覆蓋塑料薄膜或是濕潤麻袋片等材料， 人為營造濕潤、 溫度穩(wěn)定的養(yǎng)護環(huán)境， 水穩(wěn)層在養(yǎng)護狀態(tài)下持續(xù)提高強度與固結(jié)成型， 需要根據(jù)施工要求來確定最短養(yǎng)護時間， 正常情況下把養(yǎng)護時間控制在7d 以上， 并在養(yǎng)護期間定期在表面淋灑水分， 始終保持水穩(wěn)層表面濕潤狀態(tài)。 同時， 還需要在特殊情況下采取防護措施， 如在炎熱夏季采取遮陽措施， 在寒冷冬季采取防凍措施， 避免水穩(wěn)層受到外部氣溫影響出現(xiàn)開裂、 體積膨脹變形等質(zhì)量通病。

3 公路路面水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)控措施

3.1 試驗段施工

在現(xiàn)代公路工程中， 水泥穩(wěn)定碎石基層工藝流程復雜， 該環(huán)節(jié)質(zhì)量標準嚴格， 如果工藝參數(shù)設(shè)定不當， 將會明顯影響水穩(wěn)層成型的質(zhì)量與路面路用性能。 因此， 為優(yōu)化施工技術(shù)方案， 提前發(fā)現(xiàn)并處理工藝缺陷， 需要在工程現(xiàn)場選擇一處代表性路段作為試驗段， 按照施工技術(shù)方案開展試驗段施工作業(yè)， 以此來總結(jié)施工經(jīng)驗、 論證施工技術(shù)方案是否具備可行性與現(xiàn)場實操條件。 隨后， 在試驗段施工完畢后， 對水穩(wěn)層壓實度、 芯樣強度、 芯樣厚度與完整性、 彎沉值與平整度進行全面檢測， 深入分析各處質(zhì)量缺陷的形成原因， 在其基礎(chǔ)上采取改進措施。 例如， 在試驗段水穩(wěn)層壓實度不達標時， 可以增加碾壓遍數(shù)、 調(diào)整碾壓速度、 更換其他規(guī)格型號壓路機， 并在水穩(wěn)層碾壓期間同步向表面淋灑適量水分， 以此來解決水穩(wěn)層表面發(fā)白、 石子跳動等問題。

3.2 基層路用性能試驗

在路面水泥穩(wěn)定碎石基層施工完畢后， 要求施工單位對路用性能進行全面檢測[4]， 對比檢測結(jié)果與施工標準， 以此來判斷水穩(wěn)層成型質(zhì)量是否達標，從中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患并組織開展返工作業(yè)， 避免在后續(xù)影響到公路路況與交通安全。 一般情況下， 需要在基層路用性能檢測環(huán)節(jié)設(shè)立無側(cè)限抗壓強度、 抗析強度與抗壓回彈模量等試驗項目。 例如， 在抗析強度試驗項目中， 提前準備三組試件， 分別保持為完全連續(xù)狀態(tài)、 半連續(xù)狀態(tài)和光滑狀態(tài)， 將養(yǎng)生齡期設(shè)定為90d， 根據(jù)試件尺寸、 跨距與破壞極限荷載等已掌握信息來計算各組試件的彎拉強度， 對比試驗結(jié)果與施工標準， 判斷水穩(wěn)層抗析強度是否達標[5]。

3.3 原材料質(zhì)控

為減小材料因素對水穩(wěn)層施工質(zhì)量乃至公路結(jié)構(gòu)性能造成的影響， 施工單位需要提前對所準備各種類原材料的性能質(zhì)量進行全面檢查， 退回劣質(zhì)材料。 例如， 對于水泥材料， 將水泥細度、 凝結(jié)時間、抗壓強度、 抗析強度與安定性等作為檢測內(nèi)容， 如檢測水泥細度是否小于10%、 水泥初凝時間是否超過45min， 水泥在3d 和28d 齡期時的抗析強度是否超過2.5MPa與5.5MPa。 而對于粗集料， 以粒徑值、壓碎值、 針片狀含量與含泥量等作為檢測內(nèi)容， 如檢測粗集料壓碎值是否在30%以內(nèi)、 針片狀含量是否在20%以內(nèi)、 含泥量是否小于1%。

3.4 路面成型質(zhì)量變異控制

根據(jù)路面成型質(zhì)量檢測結(jié)果來看， 在水泥穩(wěn)定碎石基層施工期間， 受多方面因素影響， 在碾壓環(huán)節(jié)偶爾出現(xiàn)成型質(zhì)量變異問題， 包括壓實度變異、厚度變異和平整度變異等， 施工單位需要了解各類參數(shù)變異問題的形成原因， 并在施工方案中采取相應防治處理措施。 例如， 針對壓實度變異問題， 要求施工人員在水穩(wěn)層整形結(jié)束后操控18t三輪壓路機在全寬范圍內(nèi)繼續(xù)開展碾壓作業(yè)， 將重疊寬度控制在1/2 輪寬左右， 按照從內(nèi)到外順序完成超高路段水穩(wěn)層碾壓作業(yè)， 以及按照從兩側(cè)至中間順序完成平曲線路段和直線路段的水穩(wěn)層碾壓作業(yè)。 針對厚度變異問題， 需要采取準確計算松鋪系數(shù)、 調(diào)整松鋪厚度、 優(yōu)化碾壓參數(shù)的防控措施， 并在水穩(wěn)層壓實厚度較大情況下采取分層攤鋪、 分層碾壓方式[6]。

4 結(jié)語

公路建設(shè)當中， 路面水泥穩(wěn)定碎石基層是重要的核心部分， 公路的質(zhì)量好不好， 路面水泥穩(wěn)定碎石基層是決定性的因素。 要想公路能長期的保持穩(wěn)定性和耐久性， 路面水泥穩(wěn)定基層工程建設(shè)的好壞是關(guān)鍵。 因此， 施工單位必須提高對水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)的重視程度， 全面掌握技術(shù)操作要點，嚴格把控混合料制備、 攤鋪整平、 碾壓修邊等施工環(huán)節(jié)作業(yè)質(zhì)量， 并采取試驗段施工、 路用性能試驗、原材料質(zhì)控、 成型質(zhì)量變異控制等質(zhì)控措施， 為水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量提供保證。