填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石基層材料級配及施工工藝的改進(jìn)優(yōu)化

張業(yè)軒，吳海清，王善亮

1.安徽省滁州市交通工程質(zhì)監(jiān)站，安徽 滁州 239000

2.滁州市公路管理服務(wù)中心，安徽 滁州 239000

3.滁州市交通工程試驗檢測公司，安徽 滁州 239000

對于瀝青路面而言，基層材料的抗變形能力和耐久性能是十分重要的，因此水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層在20世紀(jì)90年代得到了普遍的推廣應(yīng)用，但常規(guī)水泥穩(wěn)定碎石基層容易在干縮和溫縮共同作用下形成縮裂問題，并且一直沒有找到很好的解決辦法。由于基層結(jié)構(gòu)裂縫能反射到路面面層，特別是在瀝青面層較薄的情況下，反射裂縫具有規(guī)律性，容易造成路面水毀損壞，影響公路使用品質(zhì)和壽命。2019年7月1日實施的《填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)規(guī)程》主要是為了解決基層裂縫問題。填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石基層在滿足強(qiáng)度、回彈模量、收縮和抗沖刷能力等指標(biāo)的同時，抗裂性能突出，承受荷載能力強(qiáng)，需要投入大量人力，由于攤鋪機(jī)不能一次性攤鋪大粒徑混合料，施工管理要求嚴(yán)，施工安全隱患大。2020年10月30日，交通運(yùn)輸部和應(yīng)急管理部聯(lián)合發(fā)布的《公路水運(yùn)工程淘汰微機(jī)生產(chǎn)安全施工工藝、設(shè)備和材料目錄》第1.1.8條提到：“水泥穩(wěn)定類基層、墊層拌和料‘路拌法’施工工藝，應(yīng)予淘汰?！庇捎凇短畛涫酱罅剿喾€(wěn)定碎石基層施工技術(shù)規(guī)程》采用的是“層鋪路拌法”施工工藝，將被限制使用?；诖?，文章就上述問題進(jìn)行了改進(jìn)及優(yōu)化實踐研究。

1 工程概況

滁州市新昌大道工程位于滁州市南譙區(qū)和全椒縣域內(nèi)，起點位于醉翁路與洪武西路交叉處，終點與規(guī)劃S324平面交叉，路線全長6.818km。當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳛槎竞渖儆?、春季冷暖多變、夏季炎熱多雨、秋季晴朗氣爽，四季分明。全市年平均氣溫?1.4℃，年最低氣溫為11.4℃。項目按一級公路規(guī)劃，設(shè)計汽車荷載為公路-Ⅰ級，由于土地征遷問題，近期按二級路標(biāo)準(zhǔn)實施。路基寬度為9m，瀝青混凝土路面寬度為7m，路面結(jié)構(gòu)層為20cm水泥穩(wěn)定碎石+18cm填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石+4cm AC-13 SBS改性細(xì)粒式瀝青面層。改進(jìn)優(yōu)化的填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石基層施工時間為2020年8—10月，施工期間最高溫度為37℃。該項目已于2020年12月30日通過交工驗收，經(jīng)過冬季最低氣溫-10℃和一個冬季的凍融考驗，目前未發(fā)現(xiàn)半剛性基層反射結(jié)構(gòu)裂縫。

2 填充式大粒徑水穩(wěn)基層材料級配改進(jìn)

2.1 級配范圍比較

為了直觀地比較礦料級配的調(diào)整情況，現(xiàn)將填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石、常規(guī)水泥穩(wěn)定碎石以及改進(jìn)后的大粒徑水泥穩(wěn)定碎石級配范圍進(jìn)行對照，如表1所示。

從表1中可以看出，改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石最大粒徑采用了填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石的最小規(guī)格大粒徑，但粒徑比常規(guī)級配大。經(jīng)施工實踐，此級配范圍適合“廠拌機(jī)鋪”，大粒徑嵌擠、骨架密實。

表1 三種礦料級配通過百分率對照表

2.2 級配調(diào)整結(jié)果

改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石由26.5～37.5mm碎石、9.5～19.0mm碎石、2.36～4.75mm碎石、0.075～4.75mm石屑四種集料組成，根據(jù)原材料的試驗得出礦料級配如表2所示。

表2 改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石配合比

考慮到改進(jìn)型水泥穩(wěn)定碎石骨料偏大，易產(chǎn)生局部離析現(xiàn)象，試驗室采用2.36～4.75mm碎石、0～4.75mm石屑分別按55%、45%的比例拌制嵌縫料，對局部離析處進(jìn)行撒布嵌縫，嵌縫料的配合比如表3所示。

表3 嵌縫料配合比

3 施工工藝的優(yōu)化

3.1 混合料拌和

在混合料拌和時，實際采用水泥劑量比試驗確定的劑量增加0.5%。試驗段期間，根據(jù)溫度、濕度情況，拌和時的外加水與集料天然含水量之和比最佳含水量高出0.4%～0.8%，以彌補(bǔ)混合料在碾壓前的水分損失，使碾壓時混合料的含水量與最佳含水量的差距在±1%之間。拌和過程中對混合料外觀進(jìn)行目測，并結(jié)合試驗來驗證混合料的含水量及水泥劑量，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整，確保滿足施工質(zhì)量需求。

3.2 混合料運(yùn)輸

裝料時運(yùn)輸車輛排隊等候在貯料倉下，裝料前對車輛車廂進(jìn)行清洗、晾干，裝料時按前→后→中至少三次移動的方法進(jìn)行裝料，不得裝料過滿，防止裝料堆高交叉部產(chǎn)生離析現(xiàn)象。車輛到場后分列兩邊，前后相距約10m，車輛倒車時統(tǒng)一在攤鋪機(jī)前30cm處停車，掛空擋卸料。

3.3 混合料攤鋪

（1）攤鋪前在攤鋪范圍兩側(cè)及中心線位置直線每隔10m（曲線每隔5m）打一導(dǎo)桿，拉出攤鋪基準(zhǔn)線，并打好厚度控制線支架，根據(jù)松鋪系數(shù)算出松鋪厚度，決定控制線高度，掛好控制線。

（2）攤鋪前先檢查攤鋪機(jī)各部分運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在攤鋪機(jī)起步位置熨平板下墊厚度為23cm（攤鋪層厚度18cm+虛鋪厚度5cm）的方木。起步時先用較低速度攤鋪，調(diào)整攤鋪機(jī)自動料位計，使螺旋布料器均勻轉(zhuǎn)動且有2/3部分埋入混合料中，以減少混合料離析；待路拱橫坡度等指標(biāo)滿足設(shè)計要求后，再按正常速度1.5m/min連續(xù)攤鋪，如圖1所示。

圖1 改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石一次性攤鋪

（3）攤鋪機(jī)拼裝寬度為5m，攤鋪時右半幅先進(jìn)行攤鋪，右側(cè)走鋼絲，左側(cè)以鋁梁進(jìn)行控制，攤鋪長100m時，退回起點攤鋪左半幅，使之與右半幅及時合攏。

（4）攤鋪過程中加強(qiáng)對攤鋪質(zhì)量的檢查，對局部離析處進(jìn)行人工翻拌或直接補(bǔ)嵌縫料（因采用的配合比骨料偏大，容易產(chǎn)生離析現(xiàn)象），如圖2所示。

圖2 局部離析處進(jìn)行人工補(bǔ)料

3.4 質(zhì)量控制關(guān)鍵點

（1）應(yīng)采用振動壓實法確定最大干密度和最佳含水量（最大干密度為2.40～2.45g/cm3），候場拌和設(shè)備計量需要檢定和校準(zhǔn)，使配合比配料準(zhǔn)確。另外，試驗室應(yīng)每天檢查配比執(zhí)行情況，嚴(yán)禁未經(jīng)允許私自調(diào)整。

（2）試驗段開始前需要按照設(shè)計配合比進(jìn)行試拌篩分，滿足設(shè)計配比要求后方可生產(chǎn)。

（3）提高檢測含水率，正常施工時比最佳含水率高1個百分點控制。

（4）選擇性能良好的攤鋪機(jī)，這樣可以減少離析現(xiàn)象發(fā)生，選用大噸位振動壓路機(jī)（26J），三輪壓路機(jī)噸位為21～25t，如圖3所示。

圖3 采用26J振動壓路機(jī)碾壓及碾壓后基層表面狀

（5）離析率應(yīng)控制在施工面積的5%，若離析率偏大或偏小，應(yīng)及時調(diào)整生產(chǎn)配合比，易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)層上下貫通離析的部位為攤鋪機(jī)分料器中部、邊部以及雙幅攤鋪時的中縫位置。

（6）處理離析現(xiàn)象時分工要明確，現(xiàn)場技術(shù)管理人員負(fù)責(zé)檢查，勞務(wù)工人4～5人負(fù)責(zé)撒布嵌縫料及進(jìn)行適度翻拌，分為三個步驟，即攤鋪后檢查處理一遍、穩(wěn)壓后處理一遍、振動結(jié)束后檢查處理一遍。

4 質(zhì)量檢查驗收標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果

（1）施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與控制按《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）執(zhí)行。

（2）實體檢測。改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石基層主要參數(shù)如下：壓實度≥98%、回彈彎沉驗收值為36（0.01mm）、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥6MPa、厚度為18cm。經(jīng)檢測，各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石主要指標(biāo)如表4所示。

表4 改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石主要指標(biāo)

從表4中可以看出，改進(jìn)后的大粒徑水泥穩(wěn)定碎石基層的壓實度、回彈彎沉代表值、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足設(shè)計要求。

（3）新工藝的優(yōu)點。①機(jī)拌機(jī)鋪效率明顯提高，日進(jìn)度達(dá)到5000m2，較原來的層鋪路拌法效率提高了1倍。②工人勞動強(qiáng)度降低，現(xiàn)場勞務(wù)人員只需15人即可完成攤鋪、平整、處理離析等施工任務(wù)。相較于層鋪路拌法，人工找補(bǔ)離析更容易、更輕松。③攤鋪機(jī)攤鋪平整度合格率較層鋪路拌法工藝有大幅度提高，經(jīng)實測平均合格率在90%以上。④基層承載力較常規(guī)水泥穩(wěn)定碎石有所提高，經(jīng)取芯，完整芯樣占比為60%，抗壓強(qiáng)度達(dá)到5.5MPa，松散芯樣占比為40%，既能滿足強(qiáng)度指標(biāo)要求，又能滿足抗裂要求。

5 結(jié)束語

改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石吸收了填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石的防裂原理，是用2～4cm大粒徑碎石形成骨架，用小粒徑的水泥穩(wěn)定碎石填充骨架空隙，經(jīng)壓實成型的一種路面材料。其優(yōu)點是和常規(guī)水泥穩(wěn)定碎石基層一樣，采用機(jī)拌一次性攤鋪，還具有防裂性。在實際應(yīng)用中，主要應(yīng)控制好級配、離析找補(bǔ)、碾壓等關(guān)鍵工序，就能保證工程質(zhì)量，從而延長瀝青路面的使用壽命。

滁州市新昌大道工程是滁州市規(guī)劃的重要干線，相關(guān)人員將對路面質(zhì)量及使用情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，并將改進(jìn)型填充式大粒徑水泥穩(wěn)定碎石應(yīng)用在不同厚度的瀝青面層和不同等級公路的實踐中，以期不斷改進(jìn)完善施工工藝，提高施工質(zhì)量。