大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連續(xù)攤鋪技術(shù)應(yīng)用研究

蘇敏

（廣東省高速公路有限公司，廣東廣州 510420）

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石基層因具有板體性強(qiáng)、強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好，且料源豐富、造價(jià)低、施工速度快等特點(diǎn)，已成為中國(guó)高等級(jí)公路中最主要的基層材料［1］。對(duì)于瀝青路面結(jié)構(gòu)，水泥穩(wěn)定類(lèi)基層的厚度通常較厚，達(dá)到36～60 cm。由于施工技術(shù)、施工機(jī)械性能的限制，通常都采取分層攤鋪、分層碾壓成型、分層養(yǎng)生的施工方式，即先攤鋪下層的混合料、碾壓成型、養(yǎng)生，待養(yǎng)生結(jié)束后再攤鋪上層混合料，碾壓、養(yǎng)生。很明顯，這種施工方式需要進(jìn)行兩次持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的養(yǎng)生，工期較長(zhǎng)，且由于上層混合料是攤鋪在已經(jīng)完成養(yǎng)生的、表面平整的下層板體上，兩層之間的黏結(jié)狀態(tài)較差。基層間的這種接觸狀態(tài)與在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)假定的完全連續(xù)狀態(tài)不同，致使路面結(jié)構(gòu)在行車(chē)荷載作用下的荷載效應(yīng)大于計(jì)算值，使路面的實(shí)際使用壽命低于預(yù)期，影響其耐久性。近年來(lái)，雙層連續(xù)攤鋪工藝由于減少了一次養(yǎng)生工序，可以有效縮短工期、節(jié)約施工造價(jià)，且能使基層具有良好的整體性，因而在基層施工中逐步得到了應(yīng)用［2-3］。

針對(duì)廣東省某高速公路連接線改擴(kuò)建工程任務(wù)重、工作面窄、工期緊的實(shí)際困難，采用雙層連續(xù)攤鋪技術(shù)進(jìn)行厚層水泥穩(wěn)定碎石混合料的施工，并通過(guò)對(duì)比不同層間措施、不同間隔時(shí)間對(duì)施工質(zhì)量的影響，提出雙層連續(xù)攤鋪的施工技術(shù)及質(zhì)量控制技術(shù)，既保證了工期，又提高了施工質(zhì)量。

1 技術(shù)準(zhǔn)備

（1）原材料選擇

水泥選用P.O42.5 水泥。集料為井坑石場(chǎng)生產(chǎn)的普通碎石，其技術(shù)性能見(jiàn)表1。水泥、集料均滿足《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的要求［4］。

表1 集料的技術(shù)性能

（2）混合料配合比設(shè)計(jì)

水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配采用骨架密實(shí)型級(jí)配并提高粗集料含量。為減少離析，按“S”形曲線進(jìn)行級(jí)配調(diào)整，3 個(gè)關(guān)鍵篩孔（4.75 mm、2.36 mm、0.075 mm）的通過(guò)率盡量靠近規(guī)范推薦級(jí)配的下限，控制0.075 mm 篩孔的通過(guò)率約為3%，通過(guò)調(diào)整，最終確定所用集料比例為：（19～26.5 mm）碎石∶（9.5～19 mm）碎石∶（4.75～9.5 mm）碎石∶（0～4.75 mm）石屑=20∶33∶12∶35。參照《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）［4］，分 別 配 制 水 泥 劑 量 為5%、5.5%、6%的3 種混合料，振動(dòng)壓實(shí)成型φ150 mm×150 mm 圓柱體試件，通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定水泥摻量為5.0%，混合料最大干密度為2.292 g/cm3，最佳含水量為5.40%，強(qiáng)度代表值為6.9 MPa。

為了確定水泥穩(wěn)定碎石混合料從首車(chē)出料到攤鋪碾壓完成的合理路段長(zhǎng)度，分別按攤鋪后立刻壓實(shí)、攤鋪后悶料1～5 h 再壓實(shí)等不同條件成型標(biāo)準(zhǔn)試件［5］，得到相應(yīng)的強(qiáng)度隨延遲時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)表2。根據(jù)水泥穩(wěn)定碎石混合料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于5.0 MPa 的要求，確定施工的容許延遲時(shí)間為不大于5 h。

表2 容許延遲時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

（3）機(jī)械設(shè)備配置

施工機(jī)械的合理配置是確保雙層連續(xù)攤鋪施工質(zhì)量的關(guān)鍵，參考類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗(yàn)［6-10］，本試驗(yàn)段所配備的主要施工機(jī)械見(jiàn)表3。

表3 施工機(jī)械配置

2 試驗(yàn)段概況及試驗(yàn)方案

試驗(yàn)段位于連接線的左半幅，樁號(hào)為L(zhǎng)K0+760～LK1+080，全長(zhǎng)320 m，路面寬度15 m，在已通過(guò)驗(yàn)收的底基層（20 cm）上還設(shè)計(jì)有兩層水泥穩(wěn)定碎石基層：18 cm 上基層+18 cm 下基層，總厚度為36 cm。

雙層連續(xù)攤鋪時(shí)需探討的問(wèn)題：①上/下基層攤鋪的合理時(shí)間間隔；②如何提高上/下基層間的層間黏結(jié)強(qiáng)度。將試驗(yàn)段分成4 小段，不同的時(shí)間間隔通過(guò)每段雙層鋪筑施工段落長(zhǎng)度控制，不同層間黏結(jié)強(qiáng)度通過(guò)灑水和灑水泥漿的方式控制。

工作面攤鋪碾壓長(zhǎng)度按容許延遲時(shí)間進(jìn)行控制，即混合料拌和、出料、運(yùn)輸、攤鋪到碾壓完成所需時(shí)間不超過(guò)5 h。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)段試拌試鋪確定工作面長(zhǎng)度（表4）。由水泥初終凝時(shí)間（230 min）和強(qiáng)度與延遲時(shí)間的關(guān)系，可知工作面1 施工長(zhǎng)度滿足初凝時(shí)間要求，工作面2、3 滿足終凝時(shí)間（375 min）要求，且都滿足容許延遲時(shí)間不超過(guò)5 h 的要求。

表4 試驗(yàn)路段攤鋪方案

3 施工工藝

水泥穩(wěn)定碎石混合料基層的雙層連續(xù)攤鋪與普通攤鋪的最大區(qū)別在于只需進(jìn)行一次養(yǎng)生，減少了一次養(yǎng)生時(shí)間，從而縮短建設(shè)工期。因此，其施工工藝大部分類(lèi)似于普通水泥穩(wěn)定碎石混合料的施工工藝。保證其施工質(zhì)量的關(guān)鍵在于正確把握兩層攤鋪碾壓的時(shí)間間隔、采取合理措施加強(qiáng)上下兩層間的結(jié)合、上層攤鋪碾壓時(shí)不致破壞已碾壓成型的下層。本文主要介紹與普通水泥穩(wěn)定碎石混合料施工間的不同之處。

（1）下基層碾壓方式

下層混合料攤鋪后，即可進(jìn)行碾壓成型。由于還要攤鋪上層，且為了增強(qiáng)上、下層之間的黏結(jié)效果，下層碾壓密實(shí)后不需終壓收光輪跡?？刹捎玫哪雺汗に嚍椋孩俪鯄海翰捎?6 t 的單鋼輪壓路機(jī)靜壓1 遍，并橫掃碾壓（速度控制為1.5～1.8 km/h）；②復(fù)壓：26 t 單鋼輪壓路機(jī)大振碾壓5 遍，前進(jìn)的時(shí)候在初壓階段原橫掃的位置再橫掃一遍（速度控制為1.5～1.8 km/h）。碾壓完成后，立即檢測(cè)壓實(shí)度。

（2）鋪筑上基層前灑水/水泥漿

在進(jìn)行上基層攤鋪前，應(yīng)采用灑水車(chē)對(duì)下基層表面灑水，使其保持濕潤(rùn)狀態(tài)，以增強(qiáng)上、下基層間的黏結(jié)。為了對(duì)比不同層間處理方式時(shí)的上、下層間的黏結(jié)效果，在工作面3 上改為噴灑水泥漿，水泥漿用量及其水灰比根據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)定為0.385 g/cm3及1.5∶1。

（3）上基層鋪筑與壓實(shí)

下基層攤鋪壓實(shí)至擬定的長(zhǎng)度后，攤鋪機(jī)應(yīng)立即返回至起點(diǎn)，開(kāi)始上基層的攤鋪。由于運(yùn)料車(chē)是在剛攤鋪碾壓完成的下基層上行駛，所以最好是倒進(jìn)，不要在剛鋪好的下基層上掉頭，避免急剎車(chē)，以免破壞剛碾壓成型的下基層。

上基層的碾壓組合為：①初壓：采用單鋼輪壓路機(jī)（26 t）靜壓1 遍，并橫掃碾壓（速度為1.5～1.8 km/h）；②復(fù)壓：?jiǎn)武撦唹郝窓C(jī)（26 t）大振碾壓5 遍，前進(jìn)的時(shí)候在初壓階段原橫掃的位置再橫掃一遍（速度為1.5～1.8 km/h）；③終壓：采用輪胎壓路機(jī)（30 t）和雙鋼輪壓路機(jī)（13 t）交替靜壓2 遍（控制速度為2.5～3.0 km/h）。

上基層壓實(shí)后應(yīng)立即測(cè)量壓實(shí)度與平整度，須保證整個(gè)基層的壓實(shí)度與平整度均能達(dá)到規(guī)范要求。

（4）養(yǎng)生

碾壓完成后，必須在24 h 內(nèi)把透層、下封層做好，靠混合料自身水量養(yǎng)護(hù)。對(duì)已完成碾壓并經(jīng)壓實(shí)度檢測(cè)合格后應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)生，不能延誤。養(yǎng)生期不應(yīng)小于7 d，且養(yǎng)生期間禁止車(chē)輛在其表面行駛。

4 施工效果檢測(cè)及分析

（1）壓實(shí)度及平整度

各層碾壓完成后，按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）［4］對(duì)其進(jìn)行壓實(shí)度和平整度的檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 壓實(shí)度及平整度測(cè)試結(jié)果

從表5 可以看出：采用雙層連續(xù)鋪筑技術(shù)施工的上、下基層的壓實(shí)度與平整度均能滿足規(guī)范要求。

（2）基層的整體性

采用雙層連續(xù)攤鋪技術(shù)的目的之一在于消除以往分層施工中存在的層間分離現(xiàn)象。為此，在上基層壓實(shí)結(jié)束后，采用人工挖試坑的方法對(duì)上、下基層交界面的黏結(jié)情況進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果表明上、下基層層間未出現(xiàn)明顯分層，黏結(jié)情況良好。養(yǎng)生結(jié)束后，鉆芯取樣，鉆至下基層底部，發(fā)現(xiàn)：上層芯樣、下層芯樣均完整、密實(shí)；但是，未噴灑水泥漿的工作面取出的芯樣上、下層間已斷裂分離，難以取出完整的芯樣；而噴灑水泥漿的工作面3 可以取出完整的芯樣（圖1）。說(shuō)明噴灑水泥漿可以增強(qiáng)上、下層之間的黏結(jié)性，提高其整體性。因此，即使采用雙層連續(xù)攤鋪技術(shù)，仍然建議層間灑布水泥漿，以確保層間的良好黏結(jié)效果。

圖1 不同位置處的鉆芯芯樣

（3）抗壓強(qiáng)度

將在試驗(yàn)路所取的芯樣切割成φ150 mm×150 mm 的標(biāo)準(zhǔn)試件，測(cè)試其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由圖2 可以看出：隨著雙層攤鋪施工段落長(zhǎng)度的增大，首車(chē)出料至雙層攤鋪完所用時(shí)間越長(zhǎng)，上下基層攤鋪的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，下基層芯樣強(qiáng)度隨上、下基層攤鋪時(shí)間間隔的增大而降低。當(dāng)上基層攤鋪碾壓在下基層混合料水泥終凝之前完成時(shí)，下基層芯樣的強(qiáng)度均能滿足不小于4 MPa 的要求；而當(dāng)上基層攤鋪碾壓工作在下基層混合料水泥終凝之后進(jìn)行時(shí)，下基層強(qiáng)度降低較大。其原因在于：碾壓成型但未進(jìn)行養(yǎng)生的下基層尚處于半穩(wěn)定狀態(tài)，在上基層碾壓激振力的作用下，下基層混合料易出現(xiàn)一定的位移和變形，使水泥早期水化、凝結(jié)產(chǎn)生的水化產(chǎn)物及其結(jié)構(gòu)被破壞，膠結(jié)作用減弱，導(dǎo)致下基層的強(qiáng)度降低。因此，采用雙層連續(xù)攤鋪技術(shù)時(shí)，每個(gè)施工段落的長(zhǎng)度應(yīng)該是自首車(chē)出料至段落施工完成之間的時(shí)間間隔不超過(guò)水泥的終凝時(shí)間，對(duì)于本工程而言，施工段落的長(zhǎng)度為80 m。

（4）層間性能

采用室內(nèi)單面直剪試驗(yàn)與直接拉拔試驗(yàn)對(duì)雙層水泥穩(wěn)定碎石基層界面強(qiáng)度進(jìn)行研究［11-13］。所取芯樣來(lái)自工作面2、3。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同層間處理方式剪切試驗(yàn)及拉拔試驗(yàn)結(jié)果

由表6 可知：灑水泥漿的芯樣的層間抗剪強(qiáng)度比灑水芯樣的層間抗剪強(qiáng)度提高了40.02%，層間拉拔強(qiáng)度提高了178.86%。說(shuō)明采取灑水泥漿的方式可以大幅提高層間抗剪強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度。

5 結(jié)論

（1）采用雙層連續(xù)鋪筑技術(shù)鋪筑水穩(wěn)碎石基層壓實(shí)度、平整度能夠符合規(guī)范要求。

（2）在上、下基層的界面噴灑水泥漿可以大幅提高層間的黏結(jié)強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、拉拔強(qiáng)度，提高基層整體性。

（3）每段水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連續(xù)鋪筑的施工段落長(zhǎng)度由容許延遲時(shí)間控制，即自首車(chē)出料至段落施工完畢消耗的時(shí)間不超過(guò)5 h。