公路工程水泥穩(wěn)定砂礫基層施工技術(shù)優(yōu)化分析

石體偉SHI Ti-wei

（新疆北方建設(shè)集團(tuán)有限公司，奎屯 833200）

0 引言

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展過(guò)程中，對(duì)于公路工程施工也越來(lái)越高度關(guān)注，在公路工程的具體施工過(guò)程中，要充分做好水泥穩(wěn)定沙礫基層的施工質(zhì)量把控工作，進(jìn)一步落實(shí)相關(guān)施工技術(shù)要點(diǎn)，以此確保基層施工質(zhì)量能夠得到顯著提升，為該層的施工質(zhì)量提升和整體公路工程綜合效能的增強(qiáng)提供必要的保障。據(jù)此，有必要針對(duì)公路工程水泥穩(wěn)定砂礫基層施工技術(shù)要點(diǎn)以及優(yōu)化措施等內(nèi)容進(jìn)行剖析。

1 水泥穩(wěn)定砂礫基層的特性

水泥穩(wěn)定砂礫基層是指采用無(wú)機(jī)結(jié)合料（水泥）、水和級(jí)配（天然）砂礫充分拌和，通過(guò)機(jī)械或人工攤鋪形成的具有一定抗彎強(qiáng)度的半剛性基層。其不僅具備一定的板體性、剛度、擴(kuò)散荷載能力，而且還兼有一定的抗拉強(qiáng)度、抗疲勞強(qiáng)度及良好的水穩(wěn)定特性。這些都符合路面基層的規(guī)范要求，使得路面基層受力性能良好，并且保證了基層的穩(wěn)定性。水泥穩(wěn)定砂礫基層由于其結(jié)構(gòu)材料分布廣泛、易于開(kāi)采，并具有較好的強(qiáng)度、剛度及水泥穩(wěn)定性，很好地適應(yīng)了新疆干旱少雨的氣候特點(diǎn)，新疆地區(qū)90%以上的干線公路均采用了這種半剛性路面基層結(jié)構(gòu)。較高的剛度是水泥穩(wěn)定砂礫的主要力學(xué)特性，從而使其具備較強(qiáng)的荷載擴(kuò)散能力。在整個(gè)路面結(jié)構(gòu)中瀝青面層僅作為功能層，承載力主要由半剛性基層承擔(dān)，因此防止水泥穩(wěn)定砂礫基層的拱脹破壞是保證路面整體使用性能的必要條件，也是本文研究工作的主要出發(fā)點(diǎn)。

2 公路工程水泥穩(wěn)定砂礫基層施工拱脹病害調(diào)查

本研究以南疆戈壁區(qū)某公路工程為例，沿道路縱向方向開(kāi)挖“G3012墨和高速”和田段的拱脹病害位置處，從土路肩開(kāi)挖至水泥穩(wěn)定砂礫下基層，分別呈現(xiàn)出路面的瀝青面層、水泥穩(wěn)定砂礫上基層、水泥穩(wěn)定砂礫下基層，如圖1所示。

圖1 水泥穩(wěn)定砂礫基層的錯(cuò)位移動(dòng)

觀察到拱脹處道路結(jié)構(gòu)層的縱斷面情況，可以發(fā)現(xiàn)水泥穩(wěn)定砂礫上基層與瀝青混凝土面層均發(fā)生了拱起現(xiàn)象，能夠發(fā)現(xiàn)水泥穩(wěn)定砂礫上基層拱起處發(fā)生了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)層破壞和錯(cuò)移，上基層結(jié)構(gòu)由于擠壓，導(dǎo)致應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)薄弱處出現(xiàn)破損、破碎、松散，形成15cm～40cm 寬破碎帶，拱脹高度在2cm～5cm 之間，并有錯(cuò)位滑動(dòng)趨勢(shì)，以及破碎帶內(nèi)上、下基層結(jié)合面的分離?；鶎虞^大縱向位移導(dǎo)致了這一現(xiàn)象的發(fā)生。

沿道路橫向方向切割并開(kāi)挖道路的拱脹病害處（如圖2、圖3 所示），對(duì)拱脹病害位置的橫向破壞情況進(jìn)行觀察分析。

圖2 拱脹病害處進(jìn)行橫向切割

圖3 拱脹病害處開(kāi)挖瀝青面層至基層

從圖中可以發(fā)現(xiàn)，水泥穩(wěn)定砂礫基層發(fā)生了向上的拱脹，進(jìn)而引發(fā)了瀝青面層的拱脹。在長(zhǎng)段落路段，基層容易由于膨脹而產(chǎn)生向上拱起，隨著上基層膨脹變形量的增大，上基層容易在基層薄弱處發(fā)生破壞和錯(cuò)移。因此拱脹現(xiàn)象是由于水泥穩(wěn)定砂礫上基層的拱脹向上反射至瀝青路面的拱脹，從而引起了結(jié)構(gòu)層的整體橫向拱起。

在夏季溫度較高時(shí)，隨著水泥穩(wěn)定砂礫基層溫度的升高，基層材料由于熱脹冷縮原理導(dǎo)致了內(nèi)部存在較大的溫度應(yīng)力，溫度升高導(dǎo)致了基層的膨脹變形，而溫度應(yīng)力在延道路走向方向無(wú)法全部釋放，隨著溫度的進(jìn)一步升高，溫度應(yīng)力進(jìn)一步增大，當(dāng)溫度應(yīng)力大于基層材料的臨界應(yīng)力時(shí)，基層便會(huì)產(chǎn)生拱脹，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青混凝土面層的拱脹。在高溫條件下，水泥穩(wěn)定砂礫基層產(chǎn)生巨大的溫度應(yīng)力，當(dāng)基層的溫度應(yīng)力大于軸向抗壓強(qiáng)度或者基層產(chǎn)生的拱起位移較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生傾斜的裂縫。在高溫天氣的繼續(xù)作用下，基層就會(huì)因失去約束而沿著裂縫自由的膨脹，將瀝青面層拱起，從而造成瀝青路面的拱起開(kāi)裂。

3 公路工程水泥穩(wěn)定砂礫基層拱脹影響因素

3.1 級(jí)料的影響

為了確保公路工程當(dāng)中的水穩(wěn)基層能夠符合施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)水穩(wěn)選擇作業(yè)予以高度的重視，選取針片狀的顆粒作為基礎(chǔ)材料，并確保其能夠符合相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)，在適宜的級(jí)配料厚度數(shù)據(jù)指導(dǎo)作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部粗料整體含量的有效檢測(cè)，使含量能夠符合工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在選擇集料的過(guò)程中，還需要對(duì)其質(zhì)量予以嚴(yán)格的管控，避免出現(xiàn)缺乏連續(xù)性或者斷檔等方面的問(wèn)題，從而為后續(xù)的使用階段造成不良影響。

道路自身材料的屬性也會(huì)對(duì)拱脹產(chǎn)生影響，當(dāng)基層材料的膨脹系數(shù)較大時(shí)，其溫度敏感性便會(huì)越強(qiáng)，在相同的溫差下產(chǎn)生的膨脹變形也會(huì)越大，由于基層沿縱向承受變形的空間有限，變形較大時(shí)結(jié)構(gòu)層便不能承受，從而對(duì)路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生的破壞。

材料如果空隙率較大，在材料發(fā)生膨脹時(shí)就可以形成內(nèi)部壓縮，便會(huì)有一定的空間承受其變形，但如果空隙率過(guò)大又會(huì)導(dǎo)致材料強(qiáng)度不足，達(dá)不到用料要求。因此需要改變水泥用量、級(jí)配等參數(shù)，找到水泥穩(wěn)定砂礫在符合規(guī)范要求下時(shí)，其膨脹系數(shù)最小的材料參數(shù)；找到有一定空隙率的材料級(jí)配參數(shù)，同時(shí)材料的強(qiáng)度必須滿(mǎn)足使用要求。

3.2 溫度的影響

溫度變化是導(dǎo)致水泥穩(wěn)定砂礫基層產(chǎn)生拱脹的主要原因，在夏季溫度較高時(shí)，隨著水泥穩(wěn)定砂礫基層溫度的升高，基層材料由于熱脹冷縮原理導(dǎo)致了內(nèi)部存在較大的溫度應(yīng)力以及形成了較大的膨脹變形?；鶎涌v向膨脹產(chǎn)生的位移會(huì)直接導(dǎo)致基層向上拱起，而溫度應(yīng)力在延道路走向方向無(wú)法釋放，隨著溫度的進(jìn)一步升高，溫度應(yīng)力進(jìn)一步增大，當(dāng)溫度應(yīng)力大于基層材料的臨界應(yīng)力時(shí)，基層便會(huì)在結(jié)構(gòu)層薄弱處發(fā)生破壞，產(chǎn)生錯(cuò)位移動(dòng)，結(jié)構(gòu)錯(cuò)位累積便會(huì)向上產(chǎn)生拱脹，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青混凝土面層的拱脹，并且這種結(jié)構(gòu)層的破壞無(wú)法隨溫度的降低而收縮，因此拱脹病害無(wú)法自行消減，只會(huì)隨著年限的增加變得隔年嚴(yán)重。

3.3 基層位移的影響

水泥穩(wěn)定砂礫基層的位移變化是產(chǎn)生拱脹的直接原因，基層產(chǎn)生縱向位移越大，越容易產(chǎn)生向上的起拱，在結(jié)構(gòu)層薄弱處的錯(cuò)位移動(dòng)也會(huì)越大，導(dǎo)致基層的錯(cuò)位重疊部分增大，路面拱脹病害也會(huì)更加嚴(yán)重。

3.4 泥的用量標(biāo)準(zhǔn)

在施工的時(shí)候，如果水泥的用量較大，可能會(huì)造成基層產(chǎn)生干縮裂縫，導(dǎo)致基層強(qiáng)度大幅度下降。通常條件下，以8 天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)適配的結(jié)果為準(zhǔn)，通常而言水泥的使用量需要保證在2.9%~5%左右。如果在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，水泥的使用量超過(guò)5%，然而水穩(wěn)強(qiáng)度依然無(wú)法達(dá)到要求，就說(shuō)明集料級(jí)配無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的需要，需要調(diào)整集配料。分析其具體原因，主要有以下幾點(diǎn)：①水泥在使用的過(guò)程中量過(guò)低，沒(méi)有較高的安定性；②集料級(jí)配無(wú)法達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；③如果混合料在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中時(shí)間比較長(zhǎng)，可能會(huì)造成混合料出現(xiàn)初凝的情況；④碾壓的次數(shù)無(wú)法達(dá)到要求，或者在操作的過(guò)程中使用的機(jī)械設(shè)備不符，噸位不達(dá)標(biāo)；⑤沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)。

4 公路工程水泥穩(wěn)定砂礫基層施工技術(shù)優(yōu)化分析

4.1 做好施工前期準(zhǔn)備工作

4.1.1 確保沙礫質(zhì)量達(dá)標(biāo)

在開(kāi)展水泥穩(wěn)定砂礫基礎(chǔ)施工作業(yè)的前期階段，需要針對(duì)相關(guān)材料的質(zhì)量予以充分的檢驗(yàn)，確保材料規(guī)格、質(zhì)量能夠滿(mǎn)足施工的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是，若公路工程尚未針對(duì)水泥穩(wěn)定砂礫等基礎(chǔ)材料提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也需要根據(jù)公路路面基層施工作業(yè)技術(shù)、規(guī)模等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，從而選擇合適的基層材料（表1）。

表1 基層材料表

4.1.2 對(duì)原有路面進(jìn)行修整

對(duì)于戈壁料來(lái)說(shuō)，可以采取就地取材的方法，但對(duì)于水泥穩(wěn)定砂礫基層施工作業(yè)當(dāng)中所使用的墊層原材料來(lái)說(shuō)，在取材的過(guò)程中，需要對(duì)其材料質(zhì)量予以全面檢查和仔細(xì)勘察，結(jié)合公路工程的實(shí)際情況，對(duì)路面墊層施工作業(yè)予以全面了解，在對(duì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容予以充分核實(shí)之后，實(shí)現(xiàn)對(duì)路基情況的全方位檢查，將路基的墊層、壓實(shí)度、標(biāo)號(hào)、寬度以及完成等方面的情況予以詳細(xì)的了解，確保公路工程施工作業(yè)的平整程度能夠達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。為了切實(shí)的滿(mǎn)足公路工程的質(zhì)量規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，需要在開(kāi)展水泥砂礫基礎(chǔ)施工作業(yè)的過(guò)程中，針對(duì)尚未達(dá)到完成度和壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的路段來(lái)說(shuō)，還需要采取灑水碾壓等方面的操作方法，嚴(yán)格的遵循路面基層施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保在施工環(huán)節(jié)中所使用的技術(shù)、材料能夠符合質(zhì)量要求。墊層表面的路拱度、寬度以及平整度等方面的內(nèi)容，對(duì)公路施工作業(yè)的平整程度具有直接影響，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)此類(lèi)因素的嚴(yán)格管控，需要根據(jù)公路工程的實(shí)際情況進(jìn)行全面檢查，并將檢查作業(yè)當(dāng)中所收集到的數(shù)據(jù)信息作為后續(xù)施工作業(yè)的基礎(chǔ)依據(jù)，為后續(xù)施工工序的順利開(kāi)展提供便利性保障，從而在對(duì)公路的平整程度進(jìn)行修整，保障修整作業(yè)的有效性。需要注意的是，在實(shí)施路面碾壓操作的過(guò)程中，還可以借助相關(guān)機(jī)械設(shè)備，確保路面輔料被完全排除，并以此為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)為后續(xù)施工作業(yè)的順利開(kāi)展提供有力支持。

4.2 結(jié)合具體的施工要求做好拌和設(shè)備的選型

要想確保水泥穩(wěn)定砂礫基層施工質(zhì)量得到顯著提升，要充分做好相關(guān)設(shè)備的選型工作，要選擇高質(zhì)量的設(shè)備，使其具備一定的良好性能，同時(shí)在更大程度上提升拌合質(zhì)量，使其配合比得到有效優(yōu)化和完善。在實(shí)踐的過(guò)程中要盡可能有效應(yīng)用WCB-600 型設(shè)備，同時(shí)匹配相對(duì)應(yīng)的電子計(jì)量裝置，這樣可以為該基層施工質(zhì)量的提升提供必要保障。

4.3 從根本上做好原材料的質(zhì)量把控

在該類(lèi)工程的施工建設(shè)過(guò)程中，要想確保穩(wěn)定沙礫基層的施工質(zhì)量得到提升，在施工材料方面進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)和把控，這是必要前提。在選擇沙礫的過(guò)程中要確保其指標(biāo)、參數(shù)、性能等相關(guān)方面都要符合既定要求，同時(shí)要進(jìn)行嚴(yán)格細(xì)致的篩選，按照規(guī)定的尺寸進(jìn)行過(guò)篩?？蓪⑻烊簧暗[按規(guī)定篩孔尺寸過(guò)篩，同時(shí)應(yīng)用破碎機(jī)來(lái)有效破碎超大粒徑礫石，然后結(jié)合具體的要求，采用規(guī)格適宜的分料摻配成混合料。水泥采用硅酸鹽32.5 級(jí)散裝緩凝水泥，初凝時(shí)間要維持在三小時(shí)以上，終凝時(shí)間要超過(guò)6 小時(shí)。在對(duì)其辦核之前，要針對(duì)性的調(diào)整和完善，使其滿(mǎn)足相對(duì)應(yīng)的級(jí)配要求，同時(shí)每天在拌合之前也要著重做好實(shí)驗(yàn)和完善工作。相關(guān)施工人員要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)篩分和試驗(yàn)，對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)整和完善，全天的拌和料，要充分結(jié)合攤鋪的面積和部分要求，對(duì)于檢測(cè)頻率要有效控制，及時(shí)有效的進(jìn)行抽檢工作，以此為工程材料質(zhì)量的提升提供必要的支持。

4.4 對(duì)于水泥的劑量要有效控制

在該類(lèi)工程的施工過(guò)程中，要充分考慮到水泥劑量和離散性影響等相關(guān)內(nèi)容，要盡可能比設(shè)計(jì)值增加1%左右，同時(shí)，在具體的拌合過(guò)程中，要針對(duì)拌合之后的顏色進(jìn)行全面細(xì)致的分析和觀察，避免其出現(xiàn)堵塞不流動(dòng)等方面的問(wèn)題。除此之外，也要充分結(jié)合具體的頻率，對(duì)于水泥的計(jì)量進(jìn)行有效抽檢，每天的工作量要充分結(jié)合水泥的要求和劑量的具體情況，進(jìn)一步明確總需要，以此充分滿(mǎn)足相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

4.5 科學(xué)攤鋪

在具體的操作過(guò)程中，要用兩臺(tái)同型號(hào)攤鋪機(jī)攤鋪，兩臺(tái)攤鋪機(jī)前后間距5~10m，有針對(duì)性的結(jié)合放樣情況進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的鋼絲行走，對(duì)于攤鋪的速度要有效控制，使其充分維持在1.5~2 米/分鐘，結(jié)合拌和站的生產(chǎn)能力和運(yùn)輸車(chē)輛等相關(guān)情況進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸管理，確保攤鋪速度得以維持，使其足夠的持續(xù)均衡勻速，有效規(guī)避停機(jī)次數(shù)過(guò)多導(dǎo)致攤鋪的平整度受到負(fù)面影響。攤鋪機(jī)就位之前，要針對(duì)基層進(jìn)行清掃工作，使其得到濕潤(rùn)處理。

4.6 進(jìn)行科學(xué)合理的碾壓

在針對(duì)沙礫基層進(jìn)行碾壓的過(guò)程中，所采用的碾壓機(jī)械要應(yīng)用噸位比較大的振動(dòng)壓路機(jī)兩臺(tái)，同時(shí)匹配一臺(tái)膠輪壓路機(jī)，兩者進(jìn)行有效組合，合力碾壓，在具體操作過(guò)程中，首先應(yīng)用振動(dòng)壓路機(jī)，并不開(kāi)振動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)壓一遍，對(duì)其速度要充分控制，維持在1.5km/h；然后再振動(dòng)碾壓二遍，對(duì)其速度也要有效控制，維持在2km/h，最后由膠輪壓路機(jī)碾壓趕光成活，速度控制在2.5km/h。碾壓長(zhǎng)度控制在40~60m 為宜，避免水分散失或者水泥超過(guò)終凝時(shí)間等相關(guān)問(wèn)題。在碾壓的過(guò)程中要貫徹落實(shí)先外后內(nèi)的基本原則，結(jié)合先慢后快先輕后重的要求。在縱向碾壓的過(guò)程中不能在同一條線上進(jìn)行壓齊，壓路機(jī)要在已經(jīng)壓實(shí)的路面上開(kāi)啟振動(dòng)碾壓模式。穩(wěn)壓和微振前后錯(cuò)一米，微震和重震錯(cuò)一半，光面和重震錯(cuò)一米，水穩(wěn)砂礫兩側(cè)多壓2～3 遍。碾壓工作完畢之后，要嚴(yán)格細(xì)致的檢測(cè)具體的壓實(shí)度，如果發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度不能滿(mǎn)足具體要求，要在第一時(shí)間進(jìn)行碾壓補(bǔ)充，以此確保水泥出凝之前完成各項(xiàng)碾壓工作。

4.7 選擇適宜的施工時(shí)間

經(jīng)過(guò)系列研究，可以發(fā)現(xiàn)溫度是水泥穩(wěn)定砂礫基層脹縮變形的主要影響因素，隨著溫度的上升，水泥穩(wěn)定砂礫基層板塊會(huì)產(chǎn)生膨脹變形，同時(shí)產(chǎn)生溫度應(yīng)力以及相應(yīng)的縱向位移，當(dāng)溫度與基層施工時(shí)的溫度差異越大時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力以及位移就會(huì)越大。因此基層施工時(shí)需要選擇合適的施工時(shí)間，當(dāng)基層施工溫度較高時(shí)，產(chǎn)生的膨脹變形便會(huì)較小。對(duì)于沙漠戈壁地區(qū)的新建道路，應(yīng)盡量避免在冬季對(duì)基層進(jìn)行施工，由于沙漠戈壁地區(qū)日溫差以及年溫差均較大，會(huì)導(dǎo)致在夏季基層的溫度與施工時(shí)基層的溫度差異較大，在夏季溫度升高時(shí)導(dǎo)致路面基層產(chǎn)生較大膨脹變形，容易產(chǎn)生拱脹。在夏季施工的基層，由于其本身溫度高，體積大，可不設(shè)置基層脹縫，其余時(shí)間進(jìn)行基層施工時(shí)需要根據(jù)施工時(shí)溫度、基層材料膨脹性能等確定是否設(shè)置基層脹縫。

5 結(jié)語(yǔ)

從上文的分析中，我們能夠充分看出，在當(dāng)前的時(shí)代背景下，注重做好公路工程的質(zhì)量管控工作，是關(guān)鍵所在，在實(shí)踐的過(guò)程中要進(jìn)一步有效落實(shí)相對(duì)應(yīng)的公路工程水泥穩(wěn)定砂礫的施工管理策略進(jìn)一步明確相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，并且在實(shí)踐的過(guò)程中有效落實(shí)，在最大程度上有效規(guī)避各類(lèi)干縮或者溫差裂縫等相關(guān)方面的問(wèn)題。在具體的操作過(guò)程中，也要充分做好施工材料，施工方法，施工人員的管控工作，有效規(guī)避各類(lèi)問(wèn)題或者風(fēng)險(xiǎn)因素出現(xiàn)，進(jìn)而充分確保整體工作工程的質(zhì)量和性能得到更顯著的增強(qiáng)，進(jìn)而為我國(guó)交通事業(yè)的良性發(fā)展提供必要的條件。