寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石施工優(yōu)化及應(yīng)用效果

馬龍 賀健 花紅桂 盧衛(wèi)新

（1.甘肅敦當(dāng)高速公路項(xiàng)目管理有限公司，甘肅 酒泉 736200; 2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 211100;3.中鐵五局集團(tuán)有限公司，湖南 長沙 410000）

水泥穩(wěn)定碎石基層具有強(qiáng)度高、剛性大、穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)，但是由于受攤鋪及壓實(shí)機(jī)械性能的限制，水泥穩(wěn)定碎石一次攤鋪輾壓成型厚度通常不超過20cm，高速公路基層攤鋪施工主流仍采用雙機(jī)分層攤鋪及碾壓施工工藝。近些年來，一些高速公路建設(shè)者開始探究水泥穩(wěn)定碎石寬幅大厚度基層攤鋪碾壓工藝，并在配套機(jī)械設(shè)備、壓實(shí)機(jī)理、配合比設(shè)計(jì)、施工技術(shù)和壓實(shí)度評(píng)價(jià)等方面總結(jié)了許多經(jīng)驗(yàn)。但是，寬幅大厚度基層攤鋪碾壓中的一些重難點(diǎn)問題仍未得到有效解決，如邊部壓實(shí)度及線形難控制、下部壓實(shí)質(zhì)量難以保證、平整度難控制等。以上問題制約了寬幅大厚度基層施工工藝的推廣，尤其是在戈壁沙漠地區(qū)。項(xiàng)目研究結(jié)合敦當(dāng)高速公路厚35cm水泥穩(wěn)定碎石基層施工，在全線推廣寬幅大厚度施工工藝的背景下對(duì)其施工工藝中一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。

一、項(xiàng)目背景

敦煌至當(dāng)金山口段高速公路建設(shè)項(xiàng)目是甘肅省酒泉市柳園鎮(zhèn)至青海格爾木國家高速公路網(wǎng)（G3011）的重要組成部分，項(xiàng)目起點(diǎn)與已建成的柳格高速公路瓜州至敦煌段順接，終點(diǎn)與已建成的當(dāng)金山至大柴旦段高速公路起點(diǎn)相接，全線主線長196.355km，共設(shè)特大橋6503m/3座，大橋4716m/15座，特長隧道2座，雙洞長11979m。項(xiàng)目地處戈壁沙漠地區(qū)，具有氣候干燥，降雨量少，蒸發(fā)量大，晝夜溫差大等特點(diǎn)。路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)自上而下上面層為4cm厚細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13，中面層為6cm厚高性能改性瀝青混凝土superpave-20，下面層為8cm厚密集配瀝青碎石ATB-25，基層為35cm厚水泥穩(wěn)定碎石，水泥劑量5.0%，底基層為20cm厚水泥穩(wěn)定碎石，水泥劑量3.5%。

二、施工工藝優(yōu)化

（一）水穩(wěn)混合料拌和優(yōu)化

水泥穩(wěn)定碎石的攪拌過程主要是混合料顆粒的對(duì)流和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。拌和過程中應(yīng)盡可能將聚集的水泥顆粒分散開，但是單方面通過提高攪拌速度或拌和時(shí)間使集料表面水泥漿裹覆均勻?qū)⒃斐苫旌狭想x析，導(dǎo)致性能下降。傳統(tǒng)的強(qiáng)制式攪拌設(shè)備拌和葉片存在速度梯度，攪拌桶中心部位存在攪拌低效區(qū)，將導(dǎo)致物料拌和均勻性存在差異。若提高攪拌速度，物料各組分會(huì)以不同的速度被拋離而發(fā)生離析，致使攪拌均勻度下降，很難解決水泥顆粒結(jié)團(tuán)問題。為避免拌和過程中水泥結(jié)團(tuán)及分布不勻現(xiàn)象，項(xiàng)目通過引進(jìn)德通DT800ZBT型振動(dòng)水穩(wěn)拌和設(shè)備，額定生產(chǎn)率800t/h，振動(dòng)輸出功率2*15kw，拌和時(shí)間設(shè)定為9s～11s，采用雙臥軸連續(xù)振動(dòng)攪拌技術(shù)來杜絕混合料離析現(xiàn)象，同時(shí)提升混合料和易性，減小集料間摩阻力，使碾壓過程中壓實(shí)功更易傳遞至基層下部，杜絕芯樣“爛根”現(xiàn)象，提高基層耐久性。混合料水泥劑量4.8%，含水率5.0%，級(jí)配數(shù)據(jù)如表1所見。

（二）攤鋪優(yōu)化

寬幅大厚度攤鋪實(shí)際上是在寬幅設(shè)備上改變傳統(tǒng)螺旋裝置，增加攤鋪設(shè)備功率，將螺旋滿埋于物料中，使物料能夠在低速旋轉(zhuǎn)下再次攪拌，最終實(shí)現(xiàn)物料均勻分布。項(xiàng)目引入沃爾沃ABG9820進(jìn)行基層混合料攤鋪，設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)功率273kw，攤鋪能力1500t/h，最大攤鋪寬度16m，最大攤鋪厚度50cm。攤鋪過程中采用加大輸料量，降低螺旋轉(zhuǎn)數(shù)避免高速旋轉(zhuǎn)拋揚(yáng)造成的橫向離析，滿埋螺旋實(shí)現(xiàn)混合料二次攪拌；通過對(duì)攤鋪機(jī)前擋板加裝彈性橡膠板避免豎向離析；通過在攤鋪機(jī)鏈輪箱（中縫處）左右加裝一組角度可調(diào)數(shù)量可變的反向螺旋葉片，使混合料均勻向螺旋鏈輪箱下方填充。攤鋪過程中盡量減少攤鋪機(jī)攏料，施工中松鋪系數(shù)為1.35。

表1 基層混合料級(jí)配數(shù)據(jù)

（三）碾壓機(jī)械組合及工藝優(yōu)化

綜合分析表明，基層壓實(shí)厚度決定振動(dòng)壓路機(jī)噸位的選擇，當(dāng)振動(dòng)壓路機(jī)頻率使材料發(fā)生共振時(shí)可獲得最佳壓實(shí)效果。當(dāng)基層厚度過大，而壓路機(jī)噸位不足，碾壓振動(dòng)力的擴(kuò)展衰減較快，易造成基層底部不密實(shí)現(xiàn)象，若通過增加大功率壓路機(jī)的振壓遍數(shù)將造成已被壓實(shí)的基層頂部被再次振散，導(dǎo)致基層表面松散現(xiàn)象。若將振動(dòng)壓路機(jī)頻率設(shè)置過高，碾壓過程將導(dǎo)致混合料大顆粒集料在慣性作用下沉降在鋪筑層底部，而較小顆粒集料“浮”于上部，從而產(chǎn)生分層現(xiàn)象，使基層級(jí)配比例失調(diào)，承載力下降。

除此之外，由于大厚度基層攤鋪厚度的增加，大厚度基層頂面平整度的控制也是施工過程中時(shí)重大難題，一般基層松鋪系數(shù)為1.25～1.35，碾壓過程中沉降厚度非常大，碾壓段落長度和碾壓機(jī)具的行駛都將對(duì)基層的表面平整度產(chǎn)生很大的影響，從而加大了基層平整度的控制難度。

項(xiàng)目攤鋪過程設(shè)置鋼模支護(hù)，優(yōu)化基層碾壓工藝為：初壓，13t雙鋼輪前靜后振1遍；復(fù)壓，39t振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振3遍，22t鋼輪壓路機(jī)振壓2遍；終壓，30t膠輪收光1遍。初壓提高混合料穩(wěn)定性，減少重型壓路機(jī)碾壓造成的大顆粒集料推移影響，同時(shí)不至于使其上部壓實(shí)過密，導(dǎo)致壓實(shí)功無法有效傳遞至基層下部，保證基層平整度；復(fù)壓首先采用39t振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振3遍保證基層下部密實(shí)，然后利用22t鋼輪壓路機(jī)振壓2遍保證基層上部密實(shí)；終壓采用30t膠輪收光。

（四）檢測(cè)工藝優(yōu)化

基層大厚度上部壓實(shí)度普遍大于下部壓實(shí)度。針對(duì)基層大厚度壓實(shí)度檢測(cè)問題，之前采用多種方法試圖建立大厚度壓實(shí)度檢測(cè)流程，但是一直無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也有學(xué)者通過芯樣分析認(rèn)為，基層大厚度芯樣密實(shí)度具有由上至下先增后減的規(guī)律。項(xiàng)目綜合分析認(rèn)為大厚度基層壓實(shí)度關(guān)鍵在于保證基層下部密實(shí)度及芯樣底部完整，無孔洞，確?；鶎由喜考跋虏繅簩?shí)度及強(qiáng)度相差較小。因此，項(xiàng)目為模擬現(xiàn)場(chǎng)施工情況，采用振動(dòng)成型實(shí)驗(yàn)方法獲取基層最大干密度，壓實(shí)度檢測(cè)過程中重點(diǎn)檢測(cè)基層下部壓實(shí)度，并對(duì)基層芯樣上、下部分別做強(qiáng)度試驗(yàn)，基層壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果如表2所示，強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

由表2和表3可見，項(xiàng)目寬幅大厚度基層壓實(shí)度及強(qiáng)度上、下部位相差不大，壓實(shí)度方面未出現(xiàn)上部“超百”，下部不足情況?；鶎訅簩?shí)度總體上部大于下部，但是兩者相差不大，表現(xiàn)在芯樣上部強(qiáng)度與下部強(qiáng)度接近，個(gè)別芯樣上部強(qiáng)度略小于下部強(qiáng)度，可能為后期養(yǎng)生基層表面部分失水所致，或檢測(cè)過程出現(xiàn)誤差，但是現(xiàn)場(chǎng)芯樣完整密實(shí)，壓實(shí)度、強(qiáng)度和平整度均符合設(shè)計(jì)要求。

三、質(zhì)量精細(xì)化控制

（一）混合料離析

表現(xiàn)特征：攤鋪現(xiàn)場(chǎng)水穩(wěn)基層混合料局部粗集料集中。

主要原因：混合料裝料過程發(fā)生離析；攤鋪機(jī)頻繁攏料；攤鋪機(jī)前橡膠擋板損壞，粗骨料自由滾落，造成離析；攤鋪機(jī)前擋板寬度不足，與側(cè)向擋板間距過寬，造成邊部離析。

防治措施：在成品倉中設(shè)置橫檔板防止成品料由傳送帶自由下落造成離析；運(yùn)料車裝料過程嚴(yán)格執(zhí)行“五步”裝料法；施工過程中及時(shí)更換磨損過度的橡膠擋板；通過加裝螺旋和前擋板，防止混合料邊部離析；攤鋪過程采用滿埋螺旋，二次攪拌布料；對(duì)局部粗集料集中部位采用人工篩撒細(xì)料復(fù)壓處理。

（二）基層底部松散

表現(xiàn)特征：基層芯樣底部松散，存在空隙。

表2 基層壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

表3 基層強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表4 基層平整度檢測(cè)結(jié)果

主要原因：施工過程中混合料發(fā)生離析，粗集料集中于底部；基層攤鋪前未對(duì)下承層表面進(jìn)行清掃和灑水，基層底部水分被下承層吸走，影響水泥水化反應(yīng)，壓路機(jī)碾壓遍數(shù)不足。

防治措施：攤鋪機(jī)布料器前加裝橡膠擋板，減小前擋板與側(cè)向擋板距離；基層施工前，對(duì)下承層清掃并灑布水泥漿，提高層間連接力；加強(qiáng)對(duì)大功率壓路機(jī)碾壓遍數(shù)監(jiān)管，杜絕碾壓遍數(shù)不足或過壓現(xiàn)象。

（三）基層頂部松散

表現(xiàn)特征：碾壓完畢后，基層表面集料松散，局部脫落現(xiàn)象。

主要原因：局部混合料離析；重型壓路機(jī)振壓遍數(shù)過多；級(jí)配及含水率控制不準(zhǔn)確。

防治措施：嚴(yán)格控制混合料級(jí)配、水泥劑量及含水率；施工現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化控制39t壓路機(jī)壓實(shí)遍數(shù)；對(duì)局部松散部位采用散水復(fù)壓處理。

（四）基層平整度差

表現(xiàn)特征：碾壓完畢后基層表面平整度較差。

主要原因：碾壓段落過短，碾壓路段易出現(xiàn)擁包及凹陷；接縫處平整度難以控制。

防治措施：合理控制基層壓實(shí)段落30m至50m為宜；初壓采用13t雙鋼輪穩(wěn)壓一遍，提高混合料穩(wěn)定性，保障基層平整度；現(xiàn)場(chǎng)采用6m直尺隨時(shí)檢查基層平整度；施工現(xiàn)場(chǎng)配專人及時(shí)對(duì)局部擁包及凹陷處進(jìn)行處理。