某高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工工藝

金 志 強(qiáng)

(山西長(zhǎng)興路橋工程有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000)

水泥穩(wěn)定碎石基層是我國(guó)高等級(jí)公路選擇采用最多的一種基層結(jié)構(gòu)形式。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量顯著增加，很多投入使用的水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面出現(xiàn)了一些早期破壞，其中半剛性基層裂縫導(dǎo)致路面反射裂縫較多，嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞。

傳統(tǒng)采用的靜壓成型法下，室內(nèi)成型方式與現(xiàn)場(chǎng)碾壓方式不匹配，難以保證工程質(zhì)量。在基層施工中，壓實(shí)度超百現(xiàn)象容易出現(xiàn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)將壓實(shí)遍數(shù)減少，以便達(dá)到降低壓實(shí)度通過(guò)驗(yàn)收的目的。同時(shí)，為避免壓實(shí)度超百減少壓實(shí)遍數(shù)導(dǎo)致的基層強(qiáng)度不足，便增加水泥劑量使得裂縫嚴(yán)重。

水泥穩(wěn)定碎石混合料結(jié)構(gòu)和性能與成型方法密切相關(guān)。很多工程實(shí)例表明，振動(dòng)成型法下的壓實(shí)效果非常接近施工現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)度，用于對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)方式進(jìn)行精確模擬。與靜壓成型的混合料相比，振動(dòng)成型法下的混合料物理性能和結(jié)構(gòu)性能得到了顯著提升。將其應(yīng)用于水泥穩(wěn)定碎石基層施工，在不增加設(shè)備投資的情況下，使用傳統(tǒng)碾壓方式，即可達(dá)到壓實(shí)度。成型后的路面路用性能優(yōu)越，具有足夠強(qiáng)度和剛度，穩(wěn)定性和抗沖刷效果好。

1 工程概述

在某高速公路施工中，水泥穩(wěn)定碎石基層采用振動(dòng)成型法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，底基層總厚度20 cm，寬度10.40 m，配合比19 mm～31.5 mm∶9.5 mm～19 mm∶4.74 mm～9.5 mm∶0 mm～4.75 mm=30%∶30%∶15%∶25%，水泥劑量4.2%，最佳含水量為4.4%，最大干密度2.44 g/cm3，松鋪系數(shù)1.35，碾壓作業(yè)段長(zhǎng)度為60 m，壓實(shí)度按98%控制，混合料從攪拌到碾壓控制在2 h之內(nèi)。

采用振動(dòng)成型法進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)中，振動(dòng)總時(shí)間為2 min，使用30 Hz振動(dòng)頻率，7 500 N激振力，140 kPa靜面壓力，1.4 mm振幅，偏心塊夾角30°。

2 原材料及配合比設(shè)計(jì)要求

在振動(dòng)成型法下，通過(guò)使用振動(dòng)壓實(shí)機(jī)(如圖1所示)使用相關(guān)參數(shù)制備成振動(dòng)成型試件，從而確定混合料最大干密度、無(wú)側(cè)限強(qiáng)度的一種室內(nèi)試驗(yàn)方法。振動(dòng)參數(shù)主要包括頻率、靜壓力、激振力、振動(dòng)時(shí)間等。

1)水泥。水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層對(duì)原材料要求較高。要求的水泥強(qiáng)度等級(jí)不得低于32.5級(jí)。

對(duì)水泥進(jìn)行凝結(jié)時(shí)間測(cè)定。一般要求初凝和終凝時(shí)間分別按3 h和6 h進(jìn)行控制，以保證混合料施工時(shí)間充足合理。

2)集料。各規(guī)格集料須滿足技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件中物理力學(xué)性能要求。過(guò)大的粒徑容易導(dǎo)致混合料離析，要求碎石粒徑不大于37.5 mm。

針片狀含量不大于20%，壓碎值不大于30%，塑性指數(shù)小于6、硫酸鹽含量須控制在0.25%以內(nèi)。對(duì)于碎石粒徑小于0.6 mm，須進(jìn)行液限和塑性指數(shù)試驗(yàn)，液限要求不超過(guò)28%。在0 mm～4.75 mm料中，0.075 mm通過(guò)量須小于15%。

3)配合比組成設(shè)計(jì)。大量的研究表明，水泥穩(wěn)定碎石基層中裂縫形成的三大因素分別是水泥劑量、細(xì)集料含量和含水量。在配合比設(shè)計(jì)中，應(yīng)予以嚴(yán)格控制。

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料組成設(shè)計(jì)包括原材料質(zhì)量檢驗(yàn)，混合料級(jí)配組成設(shè)計(jì)，確定必需的水泥劑量和混合料的最佳含水量等。實(shí)際采用的水泥劑量以室內(nèi)試驗(yàn)確定劑量適當(dāng)增加，采用集中廠拌法施工，最多不超過(guò)0.5%。

混合料試驗(yàn)包括重型擊實(shí)、水泥劑量、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、延遲時(shí)間等。

試驗(yàn)結(jié)果表明：振動(dòng)成型機(jī)激振力大，振動(dòng)時(shí)集料有一個(gè)重排過(guò)程，集料間互相填充嵌擠，制成的試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比靜壓法大，內(nèi)部密實(shí)(見(jiàn)圖2)，吸水率要比靜壓法小很多。

3 施工工藝

3.1 施工準(zhǔn)備

主要包括施工機(jī)具進(jìn)場(chǎng)，須配備一定余量的運(yùn)料車、攤鋪機(jī)和壓實(shí)機(jī)等設(shè)備，以確保施工連續(xù)不間斷。進(jìn)行相關(guān)機(jī)具的工前保養(yǎng)、試機(jī)等，對(duì)障礙及時(shí)進(jìn)行維修，杜絕因機(jī)具問(wèn)題影響施工進(jìn)度或影響施工質(zhì)量。

設(shè)置施工段的通行線路，設(shè)置標(biāo)志、標(biāo)牌進(jìn)行交通管制。

3.2 下承層處理

對(duì)底基層各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收，確保符合要求，將作業(yè)面浮土、積水等予以清除。在施工前，灑水濕潤(rùn)，并由壓路機(jī)碾壓一遍，保證底基層平整密實(shí)。

提前1 d測(cè)量放樣，對(duì)施工段進(jìn)行中樁恢復(fù)，用紅油漆標(biāo)記測(cè)點(diǎn)，測(cè)量縱斷高程，用石灰線劃出攤鋪寬度，每隔10 m設(shè)置鋼筋樁，布置鋼筋繩。

施工時(shí)，放樣人員注意保護(hù)鋼筋樁和鋼絲繩，攤鋪機(jī)前鋼絲繩掛線長(zhǎng)度不要超過(guò)100 m，邊施工邊掛線，要注意防止車輛壓斷鋼絲繩。

3.3 拌和及運(yùn)輸

在施工前，入場(chǎng)材料應(yīng)準(zhǔn)備充足，杜絕因斷料停工。

開(kāi)機(jī)拌和前，對(duì)進(jìn)入拌和機(jī)的各材料測(cè)定其早中晚的含水量，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)氣候分別對(duì)施工配合比進(jìn)行合理調(diào)整后，方允許開(kāi)始混合料生產(chǎn)。實(shí)際拌和含水量控制按最佳含水量+1%進(jìn)行控制。

混合料添加次序和拌和時(shí)間通過(guò)試驗(yàn)段鋪筑合理確定，以混合料拌和均勻?yàn)闇?zhǔn)，要求相關(guān)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。

拌和樓各冷料倉(cāng)應(yīng)間隔明顯，避免混料。對(duì)發(fā)現(xiàn)的結(jié)塊料應(yīng)及時(shí)處理。

出料人員應(yīng)隨時(shí)檢查各料斗出料情況。對(duì)發(fā)現(xiàn)的料斗堵塞，應(yīng)及時(shí)通知停拌，并進(jìn)行疏通處理。

拌和樓出料時(shí)，為確?；旌狭喜怀霈F(xiàn)離析現(xiàn)象，運(yùn)輸車須前后移動(dòng)進(jìn)行裝料。

運(yùn)料車數(shù)量須滿足混合料生產(chǎn)、攤鋪及碾壓要求，且略有富余，盡快將混合料運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。運(yùn)輸途中，須按規(guī)定路線行駛，車廂須用篷布覆蓋，以減少水分損失。

攤鋪完成后的廢料，應(yīng)傾倒于指定位置或橫向排水溝需要填混合料的地方，嚴(yán)禁隨處堆放。

3.4 攤鋪

采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)梯隊(duì)施工(見(jiàn)圖3)，一前一后保持5 m～8 m距離，速度一致，振動(dòng)頻率一致，松鋪系數(shù)控制在1.20～1.30。

攤鋪機(jī)保持連續(xù)攤鋪，盡量避免停機(jī)待料的情況，根據(jù)拌和樓的拌和能力，攤鋪機(jī)采用1 m/min～1.5 m/min的攤鋪速度進(jìn)行攤鋪。在鋪攤機(jī)前進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)做好結(jié)構(gòu)層厚度和高程控制。

設(shè)置專人緊跟攤鋪機(jī)，消除鋪攤后的混合料質(zhì)量缺陷，及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的混合料離析進(jìn)行處治，對(duì)局部粗集料“窩”予以鏟除后使用新料填補(bǔ)并壓實(shí)。

3.5 碾壓

碾壓作業(yè)應(yīng)緊隨鋪攤進(jìn)行。使用鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)與輪胎壓路機(jī)組合進(jìn)行初壓(見(jiàn)圖4)，一前一后，同進(jìn)同退，各靜壓一遍。復(fù)壓使用鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)與輪胎壓路機(jī)一前一后組合，同進(jìn)同退，弱振一遍，重型振動(dòng)壓路機(jī)再?gòu)?qiáng)振4遍。終壓使用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓不少于1遍，直至無(wú)明顯輪跡。

壓路機(jī)碾壓速度，初壓1.5 km/h～1.7 km/h，復(fù)壓、終壓1.8 km/h～2.2 km/h。為控制碾壓速度，壓路機(jī)增設(shè)限速裝置。單層壓實(shí)厚度按15 cm～20 cm進(jìn)行控制。

壓路機(jī)碾壓時(shí)重疊1/3輪寬。以50 m～80 m為一個(gè)碾壓長(zhǎng)度進(jìn)行控制，可通過(guò)設(shè)置明顯的標(biāo)志進(jìn)行提示，確保碾壓的段落層次明顯。

為避免壓路機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)層表層結(jié)構(gòu)的破壞，壓路機(jī)進(jìn)行起步、剎車操作時(shí)應(yīng)平緩，嚴(yán)禁非正常急剎車操作。碾壓如出現(xiàn)個(gè)別壅包現(xiàn)象，應(yīng)人工鏟平處理。

壓路機(jī)后面配備專門的壓實(shí)度檢測(cè)人員，及時(shí)用灌砂法抽檢碾壓成型后的路面壓實(shí)度，如果壓實(shí)度不合格，重新碾壓。

邊部松散部分，配專人灑水拍實(shí)，保證成型后的結(jié)構(gòu)層邊部平整密實(shí)，線型美觀。

3.6 接縫處理

設(shè)置的橫向施工縫采用平接縫，橫縫與路面中心線垂直(見(jiàn)圖5)。

3.7 養(yǎng)護(hù)及交通管制

施工完畢，經(jīng)檢驗(yàn)壓實(shí)度合格后，開(kāi)始覆蓋土工布養(yǎng)生(見(jiàn)圖6)，注意覆蓋到邊。

養(yǎng)生路段設(shè)置標(biāo)志、標(biāo)牌進(jìn)行交通管制，禁止車輛通行，用石粉灑成條狀壓牢覆蓋物邊緣，防止覆蓋物被風(fēng)吹起。

4 質(zhì)量控制措施

1)水泥穩(wěn)定碎石基層宜在氣溫較高季節(jié)組織施工。應(yīng)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫監(jiān)測(cè)，要求施工日最低氣溫不低于5 ℃，以確保基層施工質(zhì)量。在高溫季節(jié)施工時(shí)，應(yīng)采取有效措施保證水泥溫度不高于50 ℃。

2)在多雨山區(qū)或是雨季施工時(shí)，對(duì)遭受雨淋后的水泥或混合料應(yīng)予以廢棄處理。在施工中遇到降雨時(shí)，應(yīng)立即停止施工，盡快將已攤鋪混合料碾壓密實(shí)后，立即采取覆蓋措施。

3)使用振動(dòng)成型法時(shí)，集料級(jí)配為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，具有“粗集料占比大，細(xì)集料占比少”的特點(diǎn)。為保證干縮裂縫顯著減少，須將小于0.075 mm顆粒含量控制在5%內(nèi)。

4)壓實(shí)度是進(jìn)行施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)。振動(dòng)成型法下的試件最大干密度較大，相應(yīng)的對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的碾壓要求就高。為提高整體施工質(zhì)量，施工現(xiàn)場(chǎng)須采用大噸位壓路機(jī)，碾壓速度和遍數(shù)設(shè)專人進(jìn)行嚴(yán)格控制。

5)在鋪攤過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格做好混合料結(jié)構(gòu)層厚度和高程控制，嚴(yán)禁用薄層貼補(bǔ)法進(jìn)行找平。在保證不超過(guò)水泥初凝時(shí)間內(nèi)，通過(guò)施工組織管理盡可能的將從加水到碾壓終了的時(shí)間縮短。

6)在碾壓過(guò)程中，碾壓方式為鋼輪壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)成梯隊(duì)組合碾壓。依據(jù)設(shè)計(jì)的遍數(shù)、速度等在混合料處于或略大于最佳含水量時(shí)開(kāi)展作業(yè)，直至達(dá)到壓實(shí)度要求。

7)碾壓完工后，進(jìn)入覆膜保濕養(yǎng)生期，養(yǎng)生時(shí)間不少于7 d。在養(yǎng)生期間，進(jìn)行周期性的水霧噴灑以保持基層表面濕潤(rùn)。為形成良好的層間聯(lián)接效果，須將基層間、基層與面層間的施工間隔控制在30 d內(nèi)。

[1] 賀 亮.公路路面基層施工中水泥穩(wěn)定碎石技術(shù)[J].交通世界，2012(12):216-217.

[2] 薛志鋒.公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層立模施工工藝應(yīng)用[J].山西建筑，2017,43(8):136-137.