公路項(xiàng)目路面基層及底基層施工中硬質(zhì)砂巖的應(yīng)用探討

李振立

（山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢(xún)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030000）

0 引言

近年來(lái)，隨著交通行業(yè)的不斷發(fā)展，公路工程建設(shè)取得顯著進(jìn)步，對(duì)砂石料等材料需求量顯著增大，導(dǎo)致石料資源較為匱乏[1]。硬質(zhì)砂巖作為一種強(qiáng)度低、吸水率大、孔隙率高的巖石，在各地區(qū)分布較廣，為有效解決石料資源短缺問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬質(zhì)砂巖的科學(xué)應(yīng)用，該文從晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、力學(xué)特性、耐久性等不同方面分析了硬質(zhì)砂巖路用性能，并以此為基礎(chǔ)總結(jié)了路面基層及底基層施工中運(yùn)用硬質(zhì)砂巖的施工工藝要點(diǎn)，旨在為同行提供參考和借鑒[2-3]。

1 工程概況

某公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)總里程148.67 km，路基寬度為28 m，設(shè)計(jì)速度120 km/h。道路沿線(xiàn)環(huán)境復(fù)雜，降雨充沛，為有效提升路基抗水損能力，該工程基層、底基層采用水穩(wěn)碎石半剛性基層結(jié)構(gòu)。該公路項(xiàng)目局部路段分布大量硬質(zhì)砂巖層，由于施工現(xiàn)場(chǎng)周邊石料資源匱乏，經(jīng)研究決定對(duì)硬質(zhì)砂巖工程特性實(shí)施分析，將其用于水穩(wěn)碎石混合料制備的集料，以實(shí)現(xiàn)就地取材、節(jié)約資源的目的，提升項(xiàng)目建設(shè)的綜合效益。

2 路面基層及底基層施工中硬質(zhì)砂巖工程技術(shù)指標(biāo)

2.1 晶體結(jié)構(gòu)

該項(xiàng)目施工區(qū)域內(nèi)硬質(zhì)砂巖主要由砂粒膠結(jié)形成，其粒徑介于0.05~2 mm 之間，含量高達(dá)50%以上。通過(guò)X 射線(xiàn)檢測(cè)法對(duì)硬質(zhì)砂巖組成成分實(shí)施檢測(cè)，結(jié)果顯示：石英、長(zhǎng)石、綠泥石、方解石、云母石含量依次為46%、31%、11%、9%、5%。

2.2 物理性質(zhì)

（1）外觀特點(diǎn)：該項(xiàng)目采用的硬質(zhì)砂巖色澤呈青色，質(zhì)地純正，表面無(wú)風(fēng)化，粒徑組成細(xì)小，膠結(jié)性良好，結(jié)構(gòu)較為完整。

（2）吸水率：硬質(zhì)砂巖吸水率直接決定其抗凍、抗風(fēng)化能力[4]。通常狀況下，砂巖吸水率越大，水穩(wěn)碎石混合料抗凍、抗水損能力越低，且會(huì)產(chǎn)生溫縮開(kāi)裂，影響基層、底基層施工質(zhì)量。該項(xiàng)目選用的硬質(zhì)砂巖相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下：吸水率2.09%、含水率1.0%、天然密度2.584 g/cm3，飽水密度2.612 g/cm3，干密度2.558 g/cm3，孔隙率5.5%。根據(jù)水穩(wěn)碎石基層施工規(guī)范要求，硬質(zhì)砂巖用作基層、底基層材料時(shí)，其吸水率應(yīng)小于3.3%，由此可知該項(xiàng)目選用的硬質(zhì)砂巖材料滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 力學(xué)強(qiáng)度

巖石單軸抗壓強(qiáng)度主要表征巖體強(qiáng)度及巖性，利用壓力試驗(yàn)設(shè)備分別對(duì)自然狀態(tài)、烘干狀態(tài)、飽水狀態(tài)下巖石特性實(shí)施檢測(cè)，得出各種條件下單軸抗壓強(qiáng)度及軟化系數(shù)[5]。結(jié)果顯示：自然、烘干、飽水三種狀態(tài)下巖石單軸抗壓強(qiáng)度依次為95 MPa、114.8 MPa、80.2 MPa，軟化系數(shù)0.70；根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，硬質(zhì)砂巖用作基層、底基層施工時(shí)，其單軸抗壓強(qiáng)度依次不得低于65 MPa、50 MPa，因此，該項(xiàng)目選用的硬質(zhì)砂巖滿(mǎn)足要求。

2.4 耐久性能

（1）抗凍性：采用凍融試驗(yàn)對(duì)硬質(zhì)砂巖抗凍性實(shí)施檢測(cè)，結(jié)果顯示：硬質(zhì)砂巖質(zhì)量損失率為0%，凍融系數(shù)為0.87。

（2）堅(jiān)固性：堅(jiān)固性檢測(cè)結(jié)果顯示硬質(zhì)砂巖質(zhì)量損失率為2.3%，飽水強(qiáng)度比0.64。結(jié)合水穩(wěn)碎石適用性能可知，該項(xiàng)目選用的硬質(zhì)砂巖強(qiáng)度、耐久性均符合要求，可用于基層、底基層施工。

3 路面基層及底基層施工中硬質(zhì)砂巖的施工工藝要點(diǎn)

采用硬質(zhì)砂巖進(jìn)行基層、底基層施工時(shí)，其施工工藝基本一致，僅混合料配比方面存在少許不同，其施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

3.1 施工準(zhǔn)備

（1）根據(jù)工程實(shí)際情況，合理配置施工機(jī)械，主要包括拌和設(shè)備、運(yùn)輸車(chē)、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)、灑水車(chē)等，并對(duì)各設(shè)備性能實(shí)施檢測(cè)，確保運(yùn)行狀況良好。

（2）基底清理，并對(duì)表面坑洼、凸起實(shí)施整平處理。處理完成后，采用灑水車(chē)進(jìn)行灑水濕潤(rùn)，并采用壓路機(jī)碾壓密實(shí)，確保承載力滿(mǎn)足要求，壓實(shí)成型后再次進(jìn)行灑水作業(yè)，保證表面始終處于濕潤(rùn)狀態(tài)。

（3）基層混凝土攤鋪時(shí)，應(yīng)在基底表面均勻?yàn)⒉家粚铀酀{液，以有效增強(qiáng)黏結(jié)效果；施工中若遭遇大風(fēng)、降雨等極端天氣條件，造成基層產(chǎn)生松散、脫粒、彈軟等現(xiàn)象，應(yīng)結(jié)合基層實(shí)際情況，確定是否采取重修措施。

（4）基層正式攤鋪施工前，需先進(jìn)行試驗(yàn)段施工，以獲得最佳施工參數(shù)，為后續(xù)正式施工提供技術(shù)支持。

3.2 配合比設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，科學(xué)選擇施工材料，并實(shí)施試驗(yàn)檢測(cè)，然后確定碎石級(jí)配及水泥用量，并對(duì)配合比實(shí)施檢測(cè)，最后報(bào)請(qǐng)監(jiān)理單位審批配合比方案[6]。

（1）水泥：水泥選用強(qiáng)度為32.5 普通硅酸鹽水泥，80 μm 篩余率為7.1%，初、終凝時(shí)間分別為171 min、203 min，抗壓、抗折強(qiáng)度分別為27.1 MPa 和5.7 MPa。按照設(shè)計(jì)配合比，水泥用量控制在3.0%~5.5%范圍內(nèi)。

（2）碎石：選用施工現(xiàn)場(chǎng)硬質(zhì)砂巖，顆粒級(jí)配為0~4.75 mm、4.75~9.5 mm、9.5~19 mm、19~26.5 mm，相應(yīng)的表觀密度依次為對(duì)應(yīng)的表觀密度分別為2.703 g/cm3、2.702 g/cm3、2.701 g/cm3、2.704 g/cm3，壓碎值20.7%，吸水率2.09%，針片狀含量5.8%；磨損率28.2%，堅(jiān)固性損失率12%。

（3）水：選用飲用水，水質(zhì)滿(mǎn)足要求。

（4）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：分別按照3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%水泥用量制作標(biāo)準(zhǔn)試件，并科學(xué)掌控加水時(shí)機(jī)，保證所有試件除水泥用量外，其余條件完全相同，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果求出試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度，并繪制各水泥用量下強(qiáng)度曲線(xiàn)。按照強(qiáng)度曲線(xiàn)得到基層抗壓強(qiáng)度為3.5~4.5 MPa 或底基層強(qiáng)度大于2.5 MPa 時(shí)對(duì)應(yīng)的最小水泥用量。

（5）生產(chǎn)配合比檢驗(yàn)：對(duì)設(shè)計(jì)配合比條件下水穩(wěn)碎石混合料級(jí)配實(shí)施檢測(cè)，判定水泥用量、含水量是否滿(mǎn)足要求。該項(xiàng)目采用的細(xì)集料粒徑小于4.75 mm，標(biāo)準(zhǔn)篩孔為31.5 mm、26.5 mm、19 mm、9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm，0.6 mm，0.075 mm 時(shí)篩率依次為100%、95%、80.5%、58%、40%、27%、16%、4%。

3.3 測(cè)量放樣

（1）平面控制：嚴(yán)格按照施工圖紙要求準(zhǔn)確定位道路邊線(xiàn)和高程，設(shè)置控制線(xiàn)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)高程合理調(diào)節(jié)水穩(wěn)碎石層高程。水穩(wěn)碎石攤鋪時(shí)，攤鋪機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按照道路邊線(xiàn)行駛，確保攤鋪寬度滿(mǎn)足要求。

（2）高程控制：在水穩(wěn)碎石攤鋪區(qū)域內(nèi)懸掛鋼絲繩基準(zhǔn)線(xiàn)，并在攤鋪機(jī)上安裝傳感器，以此獲得高程信息，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)混合料攤鋪厚度、道路坡度及平整度；基準(zhǔn)線(xiàn)由規(guī)格為φ2~3 mm 鐵絲、鋼釬、張緊器等組成，按照道路標(biāo)高、水穩(wěn)碎石鋪設(shè)厚度布設(shè)基準(zhǔn)樁，以10 m 間距為標(biāo)準(zhǔn)布設(shè)鋼釬，并將鋼絲掛設(shè)于鋼釬上方，采用張緊器張緊鋼絲，確保其拉力控制在800~1 000 N 范圍內(nèi)；攤鋪過(guò)程中，攤鋪機(jī)熨平板應(yīng)緊靠基準(zhǔn)線(xiàn)，并采用自動(dòng)找平裝置對(duì)高程實(shí)施控制，保證攤鋪厚度和平整度滿(mǎn)足要求。

（3）橫坡控制：通過(guò)攤鋪機(jī)前端縱坡感應(yīng)器獲取相關(guān)信息，并根據(jù)橫坡設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)坡度實(shí)施控制。攤鋪施工時(shí)對(duì)熨平板兩側(cè)撓度實(shí)施檢測(cè)，看是否出現(xiàn)變形。

3.4 拌和

（1）該項(xiàng)目水穩(wěn)碎石混合料由拌和站統(tǒng)一拌制，拌和前應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求準(zhǔn)備足夠的原材料，并經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)各項(xiàng)性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求，然后按照預(yù)先確定的配合比進(jìn)行投料拌和。

（2）水穩(wěn)碎石混合料拌和時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制拌和時(shí)間、速率及投料時(shí)機(jī)，保證拌和均勻性。拌和用水量應(yīng)高于最佳含水量0.7%，以降低水分散失對(duì)混合料拌和質(zhì)量的影響。拌和過(guò)程中，嚴(yán)格按照溫度、集料含水量變化情況，科學(xué)調(diào)整最佳含水率[7]。

（3）混合料拌和時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加水泥用量，以超出試驗(yàn)室確定水泥用量的0.5%為宜，以有效提升混合料性能。

（4）混合料拌和完成后2 h 內(nèi)必須壓實(shí)成型，因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際攤鋪及運(yùn)輸能力，科學(xué)掌控拌和速率。

3.5 運(yùn)輸

混合料運(yùn)輸選用載重量較大的自卸式運(yùn)輸車(chē)，根據(jù)實(shí)際情況，配置滿(mǎn)足需求的運(yùn)輸車(chē)，并合理規(guī)劃運(yùn)輸路線(xiàn)，確?；旌狭瞎?yīng)及時(shí)性，提高施工效率；混合料裝車(chē)時(shí)，應(yīng)往復(fù)移動(dòng)運(yùn)輸車(chē)，防止混合料離析。

裝車(chē)完成后，應(yīng)采用專(zhuān)用篷布進(jìn)行覆蓋，防止水分散失過(guò)快，影響混合料性能[8]。運(yùn)料車(chē)抵達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)指揮卸料。卸料時(shí)，運(yùn)料車(chē)應(yīng)在攤鋪機(jī)前方0.3 m 處掛空擋等候，嚴(yán)禁碰撞攤鋪機(jī)，由攤鋪機(jī)頂推前進(jìn)，逐步完成攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

3.6 攤鋪

（1）攤鋪前對(duì)攤鋪設(shè)備進(jìn)行全面檢查，確保性能良好。主要檢測(cè)項(xiàng)目如下：①對(duì)布料器、送料器進(jìn)行檢查，清除表面黏附物，確保布料均勻；②對(duì)熨平板進(jìn)行檢查，看其表面是否潔凈和完好，當(dāng)出現(xiàn)變形、破損時(shí)，應(yīng)予以更換；③檢查行走裝置、厚度控制裝置、拱度控制裝置、自動(dòng)調(diào)平裝置能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)[9]。

（2）正式攤鋪前，準(zhǔn)備三塊長(zhǎng)方體枕木，其長(zhǎng)度與熨平板等長(zhǎng)，寬度為5~10 cm，高度為虛鋪厚度，以此為攤鋪基準(zhǔn)；設(shè)置熨平板，并合理調(diào)節(jié)攤鋪角度，抬升熨平板前端，并實(shí)施攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。

（3）攤鋪?zhàn)鳂I(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，禁止中斷。攤鋪時(shí)現(xiàn)場(chǎng)等待卸料車(chē)輛不得少于3 輛；為保證攤鋪均勻性、平整度，應(yīng)嚴(yán)格控制攤鋪機(jī)運(yùn)行速率，以2~4 m/min 為宜。該工程水穩(wěn)碎石基層攤鋪選用2 臺(tái)相同型號(hào)的攤鋪進(jìn)行聯(lián)合施工，前后錯(cuò)開(kāi)至少10 m。

3.7 碾壓

水穩(wěn)碎石混合料碾壓要點(diǎn)如下：

（1）初壓：初壓選用膠輪壓路機(jī)碾壓2~3 遍，嚴(yán)禁采用鋼輪壓路機(jī)，防止出現(xiàn)擁包、粘輪等問(wèn)題。初壓完成后對(duì)平整度、拱度進(jìn)行檢查，確保符合設(shè)計(jì)要求，并對(duì)產(chǎn)生開(kāi)裂部位進(jìn)行修復(fù)處理。

（2）復(fù)壓：復(fù)壓選用規(guī)格為25 t 重型壓路機(jī)碾壓4~5遍，緊跟初壓完成復(fù)壓，確保密實(shí)度，并嚴(yán)禁產(chǎn)生輪跡。

（3）終壓：終壓選用光面鋼輪壓路機(jī)碾壓2~3 遍，確保表面平整和光滑。

（4）碾壓作業(yè)時(shí)，壓路機(jī)應(yīng)緩慢起步，壓實(shí)過(guò)程中應(yīng)勻速行駛，嚴(yán)格控制碾壓速率，禁止在碾壓成型的路面上掉頭、剎車(chē)，避免破壞基層和底基層；同時(shí)，碾壓前，應(yīng)在壓路機(jī)滾輪表面涂刷隔離劑，防止產(chǎn)生粘輪現(xiàn)象。

（5）碾壓過(guò)程中若出現(xiàn)基層、底基層松散、擁包等狀況，應(yīng)將該區(qū)域混合料清除，采用新混合料填補(bǔ)平整，并碾壓密實(shí)，以有效確保施工質(zhì)量；在對(duì)施工縫實(shí)施處理時(shí)，應(yīng)提前在接縫位置設(shè)置膠墊，起緩沖作用，以有效降低對(duì)鋪設(shè)成型基層、底基層的破壞。

（6）采用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制運(yùn)行速率，以1.0 km/h 為宜，沿平行道路中心線(xiàn)方向勻速碾壓，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)，應(yīng)及時(shí)暫停碾壓，異常排除后再繼續(xù)進(jìn)行碾壓。兩臺(tái)攤鋪機(jī)同時(shí)碾壓時(shí)，接縫位置應(yīng)預(yù)留30~50 cm 暫不碾壓，待對(duì)側(cè)混合料攤鋪完成后集中實(shí)施碾壓[10]。

（7）路基邊緣部位混合料碾壓時(shí)，應(yīng)在邊緣外側(cè)設(shè)置長(zhǎng)度為4~6 m 的木方，并采用鋼筋固定牢固。碾壓時(shí)，壓路機(jī)應(yīng)從距邊緣30 cm 位置處開(kāi)始碾壓，并按照10 cm/次的距離向外推移，直至碾壓至邊緣部位，然后拆除木方用于后續(xù)碾壓施工。

3.8 養(yǎng)生

（1）混合料碾壓成型后，對(duì)平整度、壓實(shí)度、彎沉值等相關(guān)指標(biāo)實(shí)施檢測(cè)，檢測(cè)合格后開(kāi)始進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，確?；鶎雍偷谆鶎颖砻媸冀K保持濕潤(rùn)，防止混合料內(nèi)部水化反應(yīng)引發(fā)表面裂縫。

（2）灑水后，采用薄膜、毛氈等進(jìn)行覆蓋，避免水分散失過(guò)快；基層、底基層養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為7 d。

（3）該項(xiàng)目混合料攤鋪時(shí)采取分層攤鋪方式，下層混合料攤鋪完成后無(wú)須進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待上層混合料攤鋪完成后集中進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)論

綜上所述，該工程公路項(xiàng)目建設(shè)中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)沿線(xiàn)石料資源的有效利用，降低工程建設(shè)成本，在基層和底基層施工時(shí)，選用各項(xiàng)性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求的硬質(zhì)砂巖作為施工材料，科學(xué)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)施工準(zhǔn)備、測(cè)量放樣、混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制工作，全面提升基層、底基層施工質(zhì)量。通過(guò)該工程實(shí)際應(yīng)用，充分驗(yàn)證了硬質(zhì)砂巖用于基層、底基層施工完全可行，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，值得積極推廣應(yīng)用。