公路路面底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工技術(shù)研究

王亮明

水泥石灰綜合穩(wěn)定土底基層是路面結(jié)構(gòu)中較主要承重層，使用較為廣泛，其施工質(zhì)量的好壞直接影響路面性能和耐久性。由于石灰在消解池中集中消解難以充分消解，施工過程中與素土拌合碾壓成型后，未消解的石灰會與土中水分反應(yīng)消解，體積膨脹，導(dǎo)致成品鼓包破壞，造成返工。本文通過增加悶料（悶石灰）工序，充分消解石灰來保證路面底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工質(zhì)量。

一、概況

1.工程簡介

國道240（原國道220）蘭考境高場村至何寨段改建工程位于蘭考縣城東部，道路標(biāo)準(zhǔn)為一級公路，路線全長12.267km，建設(shè)里程12.19km。本工程路面底基層采用水泥石灰綜合穩(wěn)定土（水泥∶石灰∶土=6∶12∶82）進行施工，其中機動車道底基層為18cm厚水泥石灰綜合穩(wěn)定土（共計35.9萬m2），非機動車道底基層及下基層為16cm厚水泥石灰綜合穩(wěn)定土（共計27.3萬m2），設(shè)計要求7d無側(cè)限抗壓強度≥0.8MPa，壓實度≥97%。

2.水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工質(zhì)量控制難點

水泥石灰綜合穩(wěn)定土是以水泥、石灰為復(fù)合結(jié)合料與土均勻拌合，經(jīng)灑水、壓實、養(yǎng)生而成的一種結(jié)構(gòu)物，它早期強度高，后期強度發(fā)展快，有良好的水穩(wěn)定性能和力學(xué)性能。水泥石灰綜合穩(wěn)定土底基層是路面結(jié)構(gòu)中較主要承重層，其施工質(zhì)量的好壞直接影響路面的性能和耐久性。水泥石灰綜合穩(wěn)定土使用較為廣泛，但由于土質(zhì)的特殊性，施工難度大，不易成型，施工中常出現(xiàn)素土夾層，結(jié)構(gòu)松散，板體性強度不好等質(zhì)量問題。

3.原因分析及質(zhì)量控制對策

原因分析：底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工過程中，由于石灰在消解池中集中消解難以充分消解，在施工過程中，與素土拌合碾壓成型后，未消解的石灰會與土中水分反應(yīng)消解，體積膨脹，導(dǎo)致成品結(jié)構(gòu)松散或鼓包破壞。

質(zhì)量控制對策：通過增加悶料（悶石灰）施工工序，確保石灰充分消解。施工前選取試驗段，確定悶料施工最佳時間；悶料時間過短，石灰得不到充分消解，悶料時間過長，石灰強度已上升，二次拌合困難。

二、施工工藝流程及操作要點

1.施工準(zhǔn)備

現(xiàn)場設(shè)置石灰消解池，面積為100m×20m=2000m2，石灰消解后進行過篩處理。

2.原材準(zhǔn)備

水泥：符合規(guī)范要求，且初、終凝時間滿足工藝要求。

石灰：符合規(guī)范要求。

施工水泥石灰綜合穩(wěn)定土材料拌合與養(yǎng)生用水采用施工現(xiàn)場打井，符合現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）的飲用水。

3.機械、檢測儀器和人員準(zhǔn)備

（1）機械準(zhǔn)備：機械設(shè)備滿足施工需要。

挖掘機【CAT220（1.03m3）】：1臺；推土機【220HP（6.8m3）】：1臺；平地機【PY190C-5（4.268m）】：1臺；裝載機【ZL-50C（3m3）】：1 臺；路拌機【W(wǎng)B23G】：1 臺；自卸汽車【20m3】：2臺；振動壓路機【XS202J（20t）】：2 臺；膠輪壓路機【XS205J（25t）】：1 臺；灑水車【10m3】：1臺。

（2）檢測儀器設(shè)備準(zhǔn)備：投入的主要檢測設(shè)備。

灌 砂 筒（Φ1500）：1套； 電 子 稱（1g）：1臺；電子天平（0.01g）：1臺；數(shù)顯恒溫干燥箱（500×600×750mm）：1個；滴定儀：1套；3m直尺：1把；全站儀：1臺；水準(zhǔn)儀：1臺。

4.水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，按150m長度選取三段分別進行底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工。施工過程控制單一變量為石灰悶料時間，分別記錄每段水泥石灰綜合穩(wěn)定土悶料時間，并通過試驗檢測，確定出質(zhì)量最優(yōu)施工段落，并將此悶料時間進行多次驗證，得出最佳悶料時間及最優(yōu)施工工藝。底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工工藝如下：

（1）施工準(zhǔn)備。對下承層整平表面后，用壓路機碾壓2遍，并灑水濕潤表面。

（2）測量放樣。按確定的段落樁號進行路基中線及邊樁放樣。采用全站儀按20m一個斷面放出水泥石灰綜合穩(wěn)定土處理范圍的中樁、邊樁，在木樁上用油漆標(biāo)出預(yù)設(shè)的松鋪高度（22cm），并掛線進行控制。

（3）備土(灑水)、粗略整平。自卸汽車從取土場把土運到現(xiàn)場后，從一端開始，左右成排，前后成行，采用倒車卸土，根據(jù)路基寬度、運土每車方量及松鋪厚度，在上土工作面上打網(wǎng)格控制，縱向長18m，橫向長6.05m方向用白灰打設(shè)網(wǎng)格；并且在路基填方布土前，在路基上每間隔20m，在中樁和邊樁上根據(jù)松鋪厚度設(shè)置18cm紅白間隔的控制樁，采用拉線控制松鋪厚度。

布土完成后，首先采用推土機將土推粗平，然后及時測定含水量，當(dāng)含水量較低時采用灑水車補水，進而翻拌，然后復(fù)測含水量，如還達不到最佳含水量，再灑水直到達到最佳含水量，可提高2～3個百分點左右。灑水應(yīng)符合以下要求：①灑水應(yīng)均勻；②嚴(yán)禁灑水車在灑水段內(nèi)停留和調(diào)頭；③采用高效率的路拌機時，悶料時宜一次將水灑夠。按規(guī)定的松鋪厚度平整，再用20t壓路機初壓（可輕振動）1～2遍，使其表面平整，并達到一定的壓實度。

（4）布石灰、拌合。提前一天布石灰。根據(jù)設(shè)計每平方石灰重量是水泥重量的2倍，即每平方石灰重量 =2×18.5kg=37kg，石灰厚度為 37kg÷800kg/m3÷（1m×1m）=0.046m，即4.6cm。1斗石灰按2m3計算，可攤鋪面積為2m3/0.046m=43.4m2，因此現(xiàn)場布灰方格設(shè)計為橫向4.34m，縱向10m。技術(shù)員嚴(yán)格按照每格一車的用量指揮卸料，機械配合人工撒布石灰，平地機整平。不平整處人工及時填補找平，以保證摻灰的均勻性。

完成攤鋪后，采用大型路拌機進行拌和施工。路拌機對灰土層進行粉碎拌和數(shù)遍，直到粉碎灰土層顏色達到一致，無灰條、灰斑、整體層位均勻一致，顆粒大小達到碾壓要求。

當(dāng)?shù)谝槐槁钒铏C拌和時，下齒深度不得將施工層拌透（預(yù)留2～3cm），待第二遍拌和時下齒到下層面的1～2cm處進行拌和，以利層與層間的結(jié)合，拌和的遍數(shù)以滿足灰土顆粒達到壓實要求為止。對于邊角部位路拌機施工不到位處，采用人工配合施工，總之無論用何種拌和方法，均以灰土均勻和顆粒大小符合規(guī)范要求為準(zhǔn)。拌和好的混合料含水量應(yīng)高出最佳含水量1～2個百分點左右。

（5）整平、碾壓。石灰土拌和均勻后，首先用平地機粗平，再用20t振動壓路機在粗平的路段上快速靜壓1～2遍，以暴露存在的不平整；接著再用平地機進行精平，精平前應(yīng)用路拌機將輪跡低洼處表面層5cm以上打松，精平后再用振動壓路機快速靜壓一遍。

（6）選取試驗段悶料（悶石灰），并記錄悶料時間。選取K1+200-K1+500段機動車道路面底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土進行試驗研究。按不同悶料時間段，分別選取K1+200-K1+350左幅機動車道、K1+350-K1+500左幅機動車道、K1+200-K1+350右幅機動車道進行課題研究試驗，并對每段的石灰消解和悶料時間進行統(tǒng)計、記錄，分析結(jié)果得出最佳悶料時段（見表1）。

（7）布水泥、拌合。根據(jù)計算，每袋水泥（50kg）攤鋪2.7m2，布灰方格尺寸為2m×1.35m，每平方水泥重量=（50÷2.7）=18.5kg/m2；水泥密度取1500kg/m3,則每平方水泥厚度約為：18.5kg/m2÷1500kg/m3÷（1m×1m）=0.012m，即1.2cm。方格內(nèi)水泥袋分布均勻后，人工采用刮平板、鐵鍬等均勻攤開。在水泥攤鋪前，下承層需均勻適量灑水濕潤。

用穩(wěn)定土路拌機進行拌和, 拌和深度要求達到穩(wěn)定層底，嚴(yán)禁素土夾層。施工過程中必須設(shè)專人跟隨路拌機一同前進, 隨機檢查拌和深度并配合路拌機操作員及時調(diào)整拌和深度。 確保水泥在灰土下層拌和均勻, 應(yīng)控制在略破壞下承層1～2cm, 以利上下層粘結(jié)?；旌狭习韬途鶆蚝筮_到色澤一致, 沒有灰條、灰團和花面的要求。

（8）整平、碾壓。水泥石灰混合土拌和均勻后，立即用推土機穩(wěn)壓一遍，然后用20t振動壓路機初壓一遍，初壓結(jié)束后，恢復(fù)中線以及邊線，測量人員現(xiàn)場對各點進行高程檢查。最后用平地機精平一次，由兩側(cè)向路中心進行刮平以防止本層土施工的不均勻現(xiàn)象，整形后的橫坡滿足設(shè)計要求。

精平時應(yīng)將高出標(biāo)高處的混合料刮出路外，嚴(yán)禁形成薄層貼補現(xiàn)象，在整形過程中，嚴(yán)禁任何車輛通行。在整形過程中要按“寧高勿低, 寧刮勿補”的原則進行, 以最短的時間完成以上工序。

整形到設(shè)計的高程、坡度和橫坡, 此時檢測混合料的含水量等于或略大于最佳含水量時, 立即用振動壓路機穩(wěn)壓, 緊接著壓路機開振動縱向呈直線形進行復(fù)壓。當(dāng)碾壓遍數(shù)達到以后，檢測壓實度合格后, 采用膠輪壓路機靜壓1～2遍收面。碾壓收面要求：表面平整、無起皮現(xiàn)象、無坑洼。路基壓實度采用灌砂法測定，含水量用烘干法測定。

三、關(guān)鍵工序

一般項目底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工工藝為：施工準(zhǔn)備→測量放樣→備土→粗平→布石灰→拌和(第一次、粗平)→布水泥→拌和(第二次)→整平→碾壓→收面→養(yǎng)生。

從以上施工工藝可以看出，在施工過程中，撒布石灰與素土拌合后直接撒布水泥拌合，整平碾壓成型后，這樣在消解池中未充分消解的石灰會與土中含有的水分反應(yīng)繼續(xù)消解，體積膨脹（生石灰遇水反應(yīng)化學(xué)方程式CaO+H2O==Ca(OH)2）導(dǎo)致成品鼓包破壞，特別是后期，上層水泥穩(wěn)定碎石施工完成后，還可能導(dǎo)致上層結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致返工處理。

表1 試驗部位、石灰消解時間、悶料時間、記錄人

本項目底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工工藝為：施工準(zhǔn)備→測量放樣→備土（適當(dāng)灑水）→粗略整平→撒石灰→拌和(第一次、粗平)→悶料（悶石灰一定時間）→布水泥→拌和(第二次)→整平→碾壓→收面→養(yǎng)生。

本項目主要通過增加悶料這道工序，使得未消解的石灰充分消解完成，確保施工質(zhì)量，消除質(zhì)量隱患；然而在石灰均勻布平拌合后進行石灰悶料，需控制好悶料時間，因為悶料時間過長，會導(dǎo)致強度上升【Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O）】；因此需控制好悶料時間，得出一個既能保證石灰能夠充分消解，又不會導(dǎo)致石灰強度上升太高的最佳悶料時段（見表2）。

表2 施工結(jié)果記錄分析表

根據(jù)上述結(jié)果，明顯可以看出石灰消解4-5天，悶料時間控制在24h左右，水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工質(zhì)量明顯優(yōu)于另外兩項結(jié)果。通過增加一道簡單的工序，來確保石灰能夠充分消解，以減少后期因石灰遇水化學(xué)（消解）變化造成路面結(jié)構(gòu)破壞，消除質(zhì)量隱患。

四、質(zhì)量控制

嚴(yán)格按規(guī)范及圖紙要求施工，水泥摻量、石灰摻量、壓實度、強度、含水量等均達到規(guī)范要求?；旌狭习韬弦鶆?，禁止花白料、含水量及水泥、石灰劑量不合格，及時對不合格的產(chǎn)品進行返工。

注意天氣預(yù)報，當(dāng)氣溫過高和雨天時,應(yīng)停止施工，對成型的路段采用覆土、或用塑料薄膜進行覆蓋。

路拌施工時，必須嚴(yán)密組織，組織好人員和設(shè)備，采用流水作業(yè)法施工，最大限度地縮短從加水拌和到碾壓終了的延遲時間，不應(yīng)超過3h，并應(yīng)短于水泥的終凝時間。

嚴(yán)格控制攤鋪厚度，充分碾壓，不采用薄層貼補的辦法進行找平。

五、與同類技術(shù)對比情況

本項目所研究水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工技術(shù)能夠很好地保障施工質(zhì)量并加快施工進度，縮短了施工周期，節(jié)約了施工成本，克服了常見的素土夾層，結(jié)構(gòu)松散，板體性強度不好等質(zhì)量問題，減少了后期因上層結(jié)構(gòu)破壞所需進行的返工處理，有效保證道路施工質(zhì)量。

根據(jù)水泥石灰綜合穩(wěn)定土試驗成果，石灰消解4～5天，悶料時間控制在24h能夠保證水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工碾壓完成后摻合物石灰充分消解。

六、推廣應(yīng)用

本項目所進行的底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土技術(shù)主要是在石灰消解時間上的控制，因此通過碾壓前的悶料（研究記錄最佳悶料時段），使得未消解的石灰充分消解完成，確保成品質(zhì)量一次驗收通過。通過增加悶料工序，確保施工質(zhì)量，且施工工藝簡單。本項目所研究水泥石灰綜合穩(wěn)定土施工技術(shù)能夠很好地保障施工質(zhì)量，值得進行推廣和應(yīng)用。

七、結(jié)語

本項目底基層水泥石灰綜合穩(wěn)定土63.2萬m2，施工增加悶料（拌合后悶石灰24h）工序，施工后無一處返工段。水泥石灰綜合穩(wěn)定土表面平整，取芯后石灰撒布均勻，無顆粒狀存在，受到質(zhì)監(jiān)站、業(yè)主、監(jiān)理及檢測等單位的好評，經(jīng)濟效益明顯與社會效益顯著。