高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)分析

王開科

(山西路橋第三工程有限公司，山西 忻州 034000)

1 水泥穩(wěn)定碎石收縮機理

1.1 干縮機理

水泥穩(wěn)定碎石混合料的含水量發(fā)生變化后，有干縮現(xiàn)象。在含水量降低時，混合料依次受到毛細管張力、吸附力、分子間力、層間水作用力的影響。水泥穩(wěn)定碎石混合料屬于多孔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部賦存一定量的水，如表面吸附水、毛細管水、結(jié)構(gòu)水，各部分水經(jīng)過蒸發(fā)后，將導(dǎo)致材料發(fā)生干燥收縮的變化。歸根結(jié)底，水泥穩(wěn)定碎石的干縮是多項作用共同產(chǎn)生的結(jié)果，即由于某些因素導(dǎo)致內(nèi)部水分蒸發(fā)，并隨著水分的減少而使得材料干縮，可見影響水分蒸發(fā)的原因也正是導(dǎo)致材料干縮的重要因素。

1.2 溫縮機理

水泥穩(wěn)定類材料的基本組成是固相、孔隙水、孔隙、氣體。其中，固相的組成包含礦料(此部分可建立起材料的空間骨架結(jié)構(gòu))和膠結(jié)物(此部分的產(chǎn)生與水泥水化有關(guān))；液相材料主要指的是固相表面的吸附水、潔凈層間水、內(nèi)部孔隙水；氣相則分布在孔隙空間中。前述提及的三相所具備的熱脹冷縮性質(zhì)存在差異，若溫度條件有所改變，固相顆粒由于自身熱脹冷縮特性的不同將相互嵌擠膠結(jié)，彼此間存在較強的內(nèi)應(yīng)力，如顆粒間的相互約束與牽制。由此看來，液相、固相、氣相共同產(chǎn)生的綜合效應(yīng)是導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石熱脹冷縮的關(guān)鍵原因。

2 工程概述

某高速公路沿線經(jīng)過多處池塘、江邊漫灘，施工現(xiàn)場分布較多的軟基，地下水位較高，對公路基層的施工質(zhì)量提出較高的要求。在該工程中，采用到水泥穩(wěn)定級配碎石基層，考慮到現(xiàn)場建設(shè)條件的特殊性，基層的設(shè)計高于國家標準0.5 MPa。在統(tǒng)籌規(guī)劃、有序施工后，水泥穩(wěn)定級配碎石基層的質(zhì)量可靠，從施工后1年多的使用情況來看，未見任何質(zhì)量問題。為此，下文則圍繞其中的水泥穩(wěn)定級配碎石基層施工技術(shù)展開分析。

3 水泥穩(wěn)定碎石基層施工流程

3.1 施工準備

根據(jù)工程施工要求和現(xiàn)場作業(yè)條件，適配施工機械及相應(yīng)的配件，試運行，檢驗各類施工機具的運行情況，及時處理存在的故障，避免施工機具“帶病作業(yè)”。路面基層施工環(huán)節(jié)，根據(jù)現(xiàn)場用料要求集中廠拌，而后盡快用攤鋪機攤鋪到位，攤鋪后采取壓實措施，最大壓實厚度不超過20 cm。

3.2 材料的選取

(1)水泥：P.032.5水泥，考慮到運輸便捷性和成本控制的要求，優(yōu)先從本地采購，具體的技術(shù)指標、規(guī)定值以及實際檢驗結(jié)果，如表1所示。

表1 水泥試驗結(jié)果

為確定適宜的水泥用量，考慮4.5%、5%、5.5%、6%的水泥摻量，以此來制備混合料，判斷不同水泥用量條件下混合料的性能表現(xiàn)。

(2)集料：在一級公路和高速公路工程中，水泥穩(wěn)定碎石基層施工所用集料的最大粒徑需≤31.5 mm，顆粒組成及通過質(zhì)量百分比，如表2所示。

表2 水泥穩(wěn)定碎石集料顆粒組成范圍

集料的選取需考慮到粗集料和細集料兩類，具體如下。

(1)粗集料。潔凈、干燥，最大粒徑不超過31.5 mm，針片狀含量≤18%，壓碎值≤28%，粒徑小于0.075 mm的部分占總量的比例需≤2.0%。粗集料的粒徑不宜過大，否則將出現(xiàn)如下問題：①不利于正常拌和、攤鋪，可能有大小顆粒分離的異常狀況，嚴重影響到混合料的均勻性；②粗集料的粒徑偏大時，失水速度較快，混合料的含水量在短時間內(nèi)大幅降低，使得含水量偏離正常區(qū)間；③粗集料的粒徑過大時還將影響到混合料的整體穩(wěn)定性，基層局部有松散現(xiàn)象，部分混合料的強度低于設(shè)計值。

(2)細集料。最大公稱粒徑≤4.75 mm，砂當量≤50%。粒徑<0.5 mm的細集料被投入使用后，有一定的塑性指數(shù)，此類集料的含量偏高時，將由于水泥穩(wěn)定碎石基層干縮應(yīng)變系數(shù)的增加而明顯加大開裂的概率，嚴重破壞基層結(jié)構(gòu)的完整性，也將降低基層結(jié)構(gòu)的強度。因此，嚴格控制粒徑≤0.075 mm的細集料的含量，要求≤5%。

3.3 標準擊實試驗

取四種不同的水泥劑量，分別針對各自制備的混合料做標準擊實試驗，采取此方法測定最佳含水量和最大干密度，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 混合料標準擊實試驗結(jié)果

3.4 測定7 d無側(cè)限抗壓強度

(1)飽水無側(cè)限抗壓強度

試件制作成型后，安排6 d的標準養(yǎng)生(全程溫度穩(wěn)定在20±2 ℃)和1 d浸水，而后測定7 d無側(cè)限抗壓強度，具體情況如表4所示。

表4 抗壓強度試驗結(jié)果

(2)確定試驗室配合比

水泥是水泥穩(wěn)定碎石基層施工中的重要材料，其用量的確定方法如下。

①對比分析強度平均值和設(shè)計值，結(jié)果顯示，在5.5%、6%的水泥劑量下，試件強度平均值達到設(shè)計要求(4.5 MPa)。

③除了混合料的質(zhì)量外，工程成本的控制也尤為關(guān)鍵，經(jīng)過對比分析，5.5%的水泥摻量最為合適，此時除了滿足強度要求外，還可有效控制水泥的用量，由此確定實驗室配合比，即水泥∶集料=5.5∶100，最大干密度2.4 g/cm3，最佳含水率5.9%，壓實度取98%。

3.5 混合料的拌和

水泥穩(wěn)定碎石底基層混合料的拌和在拌合站完成。嚴格檢驗進場的水泥、粗細集料等各類原材料，保證各自的質(zhì)量均達到要求?？紤]到運輸、攤鋪期間混合料有水分散失的情況，拌和時混合料的含水量可略高于試驗確定的最佳含水量，以抵御施工中的水分散失。并且，混合料含水量的控制需結(jié)合現(xiàn)場氣溫做靈活的調(diào)整。在同一天的施工中，早晚和中午的氣溫有較大的差異時，也需根據(jù)各時段的溫度條件靈活調(diào)整含水量。

3.6 攤鋪

取φ2 mm的鋼絞線，將其掛在鋼筋樁支架上，配套拉緊器，用于調(diào)節(jié)鋼絞線，使其保持拉緊的狀態(tài)。以鋼絞線為基準線，安排攤鋪作業(yè)。攤鋪采取機械作業(yè)的方法，適配2臺同規(guī)格的攤鋪機，呈梯隊聯(lián)合作業(yè)模式。攤鋪期間，攤鋪厚度、攤鋪速度等各項關(guān)鍵的參數(shù)均要得到有效的控制，螺旋輸送器以3檔為主，該裝置的仰角應(yīng)合理。水泥穩(wěn)定碎石底基、基層的厚度分別為32 cm、20 cm，若由于某些原因而無法連續(xù)攤鋪上下基層，則每幅按20 m的間隔依次灑布一袋水泥。雙機聯(lián)合攤鋪時，攤鋪機勻速運行，兩臺設(shè)備始終保持5～8 m的距離，拌合站根據(jù)現(xiàn)場施工要求靈活調(diào)整水泥穩(wěn)定碎石的拌和量，保證材料供應(yīng)的及時性。攤鋪期間，現(xiàn)場作業(yè)人員加強對攤鋪厚度、平整度、路拱的檢查，詳細記錄各項數(shù)據(jù)。在控制攤鋪機中間高程時，可采用鋁合金條、鋼釬。水泥穩(wěn)定碎石下層施工完成且經(jīng)過一周后，經(jīng)檢查若無異常，則安排水泥穩(wěn)定碎石上層的施工，在條件適宜時應(yīng)盡快施工上層，兩層的間隔時間需在10 d以內(nèi)，否則易影響到層間結(jié)合穩(wěn)定性。

3.7 壓實

(1)根據(jù)壓實緊跟攤鋪的作業(yè)原則，每臺攤鋪機后方面緊跟壓路機，以便在攤鋪后隨即安排壓實。壓路機選用的是振動壓路機和輪胎壓路機，單次壓實長度控制在50～80 m，分段有序壓實。

(2)碾壓是提高水泥穩(wěn)定碎石基層平整性和密實性的重要途徑，在碾壓時需要保證各部位均得到充分的碾壓，振壓不起浪、不推移。先穩(wěn)壓，使水泥穩(wěn)定碎石的壓實度達到90%左右，再按照輕振動、重振動的順序碾壓，此時壓實度基本達到要求，最后用膠輪壓路機穩(wěn)壓，全面消除痕跡，保證水泥穩(wěn)定碎石基層的平整性。碾壓期間壓實度的初步檢測采用核子儀，實測結(jié)果不滿足要求時安排復(fù)壓，碾壓后用灌砂法檢測，判斷最終的壓實情況。

(3)為保證基層的整體穩(wěn)定性，壓路機碾壓時重疊輪寬的1/2。

(4)壓路機的運行遵循勻速原則，根據(jù)不同遍數(shù)靈活調(diào)控壓實速度，通常第1～2遍為1.5～1.7 km/h，后續(xù)可適當增加速度，但應(yīng)穩(wěn)定在1.8～2.2 km/h的區(qū)間內(nèi)。壓路機換擋位置應(yīng)在已壓實的段落，禁止拉動基層，若局部有擁包現(xiàn)象或是基層呈齒狀，適度鏟除，使基層有足夠的平整性。

(5)壓路機停車應(yīng)錯開3 m遠，停留位置選取在已壓實的路段，否則將由于壓路機的自重作用而導(dǎo)致基層結(jié)構(gòu)受損。

(6)嚴格控制壓路機的運行路徑，禁止在正在壓實或已壓實的路段調(diào)頭、急剎車，否則均易影響到水泥穩(wěn)定碎石基層的表觀形態(tài)，例如局部材料出現(xiàn)推移或是產(chǎn)生缺陷。

(7)水泥穩(wěn)定碎石基層邊緣處較為薄弱，若完全按照基層設(shè)計尺寸進行攤鋪、壓實，該部分可能失穩(wěn)，因此適當超寬，以便做充分的壓實。

(8)注重碾壓的及時性，需在水泥終凝前完成，經(jīng)過碾壓后的水泥穩(wěn)定碎石基層應(yīng)同時滿足壓實度和平整度的要求。

3.8 接縫處理

(1)相鄰2個施工段存在銜接部位，該處預(yù)留5～8 m暫不做碾壓處理，進行后段的施工時，向預(yù)留部位添適量的水泥，做充分的拌和，與后一段基層共同碾壓。

(2)每日施工的最后一道末端縫的處理尤為關(guān)鍵，要求該縫保持直線，上下垂直度也需合理?；鶎訑備伜?，盡快在當天完成碾壓。在日次攤鋪新的水泥穩(wěn)定碎石時，用方木條防護已壓實成型的碎石基層邊緣部分，避免該處受到干擾，但在碾壓前需要將方木條取出。

4 水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量控制措施

4.1 施工準備階段的質(zhì)量控制

施工前，先檢查下承層，針對存在的問題采取有效的處理措施。例如，下承層受損時安排修補，偏干燥時適量灑水；測量放樣，每10 m布設(shè)一處中樁，設(shè)定合適的松鋪厚度，根據(jù)該要求有序攤鋪；水泥劑量適當高于設(shè)計值0.5%～1.0%，以試驗確定的最佳含水率為準，若現(xiàn)場氣溫有明顯波動，可靈活控制混合料的含水率。工期允許時，水泥穩(wěn)定碎石基層的施工盡可能避開高溫天氣，以免產(chǎn)生縮縫。

4.2 攤鋪階段的質(zhì)量控制

攤鋪前，以灑水的方法潤濕下承層。靈活調(diào)控攤鋪作業(yè)參數(shù)，例如在水泥穩(wěn)定碎石混合料拌和效率較低時適當降低攤鋪速度，形成供料與攤鋪相適應(yīng)的關(guān)系，以免施工現(xiàn)場停機等料。兩臺攤鋪機梯隊聯(lián)合作業(yè)，間距在合理范圍內(nèi)，有序進行攤鋪。

4.3 壓實階段的質(zhì)量控制

根據(jù)試驗路段的施工情況確定合適的壓實作業(yè)方案，包含壓實設(shè)備的配套、壓實速度、壓實遍數(shù)等，根據(jù)該方案安排壓實。壓路機勻速運行，禁止忽然調(diào)頭、急剎車。經(jīng)過壓實后，使水泥穩(wěn)定碎石基層的壓實度和平整度均達到要求。

4.4 養(yǎng)護階段的質(zhì)量控制

經(jīng)過壓實后，若實測結(jié)果達到要求，則進入灑水養(yǎng)生環(huán)節(jié)。養(yǎng)生采用到灑水車，適配噴霧式噴頭，均勻地向基層灑水。灑水的次數(shù)無明確的限定，主要根據(jù)現(xiàn)場的氣候特征做靈活的調(diào)整，為減少水分蒸發(fā)量，用塑料膜或是其它可行的材料覆蓋基層。養(yǎng)護全流程中，水泥穩(wěn)定碎石基層表面均要保持濕潤，以便材料在良好的環(huán)境下有效成型。

5 結(jié)束語

水泥穩(wěn)定碎石基層是公路路面結(jié)構(gòu)中的重要部分，工程人員需要高度重視水泥穩(wěn)定碎石基層的施工，辨識對基層質(zhì)量造成影響的關(guān)鍵因素，結(jié)合工程施工條件探尋科學(xué)可行的技術(shù)措施，再妥善規(guī)劃，有效將材料的選取、拌和、攤鋪、壓實、養(yǎng)護等工作落實到位，確保建設(shè)成型的水泥穩(wěn)定碎石基層同時具備高強度、抗裂、平整多項特點，以此來給路面施工質(zhì)量的提升創(chuàng)設(shè)更多的可能。