道路施工中水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)研究

林聰駿

（贛州市公路發(fā)展中心安遠(yuǎn)分中心，江西贛州 342100）

0 引言

水石基層表現(xiàn)出強(qiáng)度大、可用周期長(zhǎng)、承載性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在工程中獲得了有效使用。水泥穩(wěn)定碎石的工藝材料，混合了水泥、集料等成分，綜合考量攤鋪工藝的需求，考慮水石基層可能出現(xiàn)干縮、溫縮等問(wèn)題，在生產(chǎn)混合料時(shí)，會(huì)添加外摻劑，以此減少基層出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。

1 工程概況

案例項(xiàng)目全線約有6km，擬定雙向通行，共設(shè)6 條行車路線，道寬設(shè)計(jì)為51m，道路通行至2022 年約有10 年，整體路況較好。使用彎沉儀進(jìn)行路況檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)道路出現(xiàn)較大的彎沉現(xiàn)象。運(yùn)行取芯設(shè)備，隨機(jī)選點(diǎn)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)芯樣結(jié)構(gòu)受損，部分路段的芯樣基層處于松散狀態(tài)。測(cè)定基層性能后，認(rèn)為路面性能較差，無(wú)法達(dá)到行車要求。經(jīng)多方主體開(kāi)會(huì)商定，需進(jìn)行道路基層整改處理，使用水石基層更換原有的基層，以此增強(qiáng)路用效果。

2 水石基層的工藝分析

2.1 水泥性能

選用水泥材料時(shí)，不可使用強(qiáng)度較高、凝固較快的水泥。在長(zhǎng)期通車的路段上，高強(qiáng)度水泥建成的基層極易出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。案例項(xiàng)目在施工初期制訂了材料管理的方案，加強(qiáng)材料管控，從材料根源上減少裂縫問(wèn)題。

案例項(xiàng)目選擇硅酸鹽水泥，用作水石基層的基礎(chǔ)用料。案例工程入場(chǎng)的水泥材料，質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 案例工程水泥材料的質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果 單位：MPa

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：案例項(xiàng)目入場(chǎng)的水泥，性能檢測(cè)結(jié)果符合要求，可用作水石基層施工材料。

2.2 碎石

案例項(xiàng)目中的碎石類型較多，具體包括“玄武巖”“石灰?guī)r”等。參照工程水石基層的施工需求，選定“石灰?guī)r”進(jìn)行施工。案例項(xiàng)目石灰?guī)r入場(chǎng)后，檢測(cè)石灰?guī)r性能，檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

表2 案例項(xiàng)目石灰?guī)r的性能檢測(cè)結(jié)果

表1、表2 的檢測(cè)過(guò)程，是以“公路集料試驗(yàn)”的相關(guān)要求為依據(jù)，保證檢測(cè)操作規(guī)范、檢測(cè)結(jié)果可用[1]。

2.3 水石基層工藝內(nèi)容

2.3.1 工藝準(zhǔn)備

施工前，準(zhǔn)備工程所需的挖掘、壓路等設(shè)備，進(jìn)行相應(yīng)的施工調(diào)試。因工藝材料的終凝用時(shí)約為6h，需保持材料施工的持續(xù)性，防止設(shè)備故障帶來(lái)的施工中斷問(wèn)題。設(shè)備調(diào)試成功后，銑刨路面，運(yùn)行挖掘機(jī)處理水穩(wěn)基層，去除原有性能欠佳的基層結(jié)構(gòu)。運(yùn)行壓路機(jī)，進(jìn)行壓實(shí)加固。壓路機(jī)施工完成，開(kāi)始測(cè)量放樣，設(shè)計(jì)中樁，使用水泥漿添加在土基層，以此增加土基、底基之間的黏結(jié)效果。

2.3.2 設(shè)備性能要求

厚度較大的水石基層施工期間，要求工藝設(shè)備擁有較好的性能，為保證一次鋪筑成功，可選擇DT1800大功率的設(shè)備，進(jìn)行攤鋪施工。在攤鋪期間，應(yīng)控制設(shè)備碾壓速度≤3.0m/min，該案例項(xiàng)目攤鋪速度可為2～3m/min。

2.3.3 用料管理

該案例項(xiàng)目擬定了水石基層的施工體系，上基層碎石規(guī)格為36cm，下基層碎石規(guī)格為18cm。以持續(xù)攤鋪生產(chǎn)為工藝目標(biāo)，采取集中拌和生產(chǎn)形式，拌和站的用料處理速度≥500t/h。首先，在混合料生產(chǎn)前期，需獲取集料含有的水分情況。依據(jù)集料實(shí)際含水比例，推算混合料配比方案，以此保證配比合理。用料添加完成，綜合控制拌和時(shí)間，保持各類材料分布的均勻性。其次，拌和完成輸出材料時(shí)，需清潔拌和設(shè)備死角位置，排除內(nèi)壁余料，保持用料性能的平穩(wěn)性。再次，裝料前期，需清潔車廂內(nèi)壁，去除內(nèi)壁環(huán)境黏附的余料，并采取分批次裝車形式，防止出現(xiàn)材料離析問(wèn)題。最后，裝車完成，覆蓋車廂，防止水分流失。如果未加以覆蓋，會(huì)出現(xiàn)水分大量流失現(xiàn)象，不利于攤鋪、碾壓各項(xiàng)工藝的進(jìn)行。

2.3.4 攤鋪

用料攤鋪工藝需獲得監(jiān)理同意，方可開(kāi)展施工任務(wù)。在工藝前期，依據(jù)放樣結(jié)果，提前設(shè)計(jì)導(dǎo)向控制支架。基層厚度不足20cm，可選擇一次攤鋪工藝，保證施工質(zhì)量。攤鋪期間，在攤鋪設(shè)備前方5cm 位置停放卸料車，使攤鋪設(shè)備連接卸料設(shè)備。由駕駛員進(jìn)行慢速卸料，卸料期間，需保持車輛掛在“空擋”位置。

2.3.5 碾壓

用料碾壓是保證水石基層強(qiáng)度的關(guān)鍵流程，在攤鋪施工期間，采取“1 臺(tái)攤鋪+3 輪壓路”“1 攤鋪+雙鋼輪壓路”的形式，每次碾壓施工后，保持碾壓段間隔處于50～80m，并在碾壓完成的路段添加標(biāo)識(shí)。初壓速度保持在1.6km/h，速度變化不超過(guò)1km/h。復(fù)壓、終壓時(shí)，設(shè)備速度取2km/h，速度浮動(dòng)控制在2km/h以內(nèi)。實(shí)際施工期間，先采用鋼輪壓路設(shè)備進(jìn)行首次碾壓處理，使基層壓實(shí)程度不小于90%，再用低頻高幅振動(dòng)形式，進(jìn)行二次碾壓。碾壓完成，測(cè)定基層性能，使用膠輪壓路設(shè)備，清理碾壓形成的輪跡[2]。

2.4 基層力學(xué)分析

2.4.1 鋪筑工藝分析

該案例工程水石基層的初定方案為“36cm+18cm”，基層整體厚度為54mm，大于30mm，使用一次攤鋪的工藝難度較大，對(duì)機(jī)械選用的要求較高。多數(shù)情況下，采取分層鋪筑方法，可保證基層質(zhì)量。分層鋪筑的操作方法會(huì)建成連續(xù)性不強(qiáng)的基層結(jié)構(gòu)，與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的受力設(shè)想出現(xiàn)沖突，形成兩個(gè)薄層分別承擔(dān)路面作用力，結(jié)合點(diǎn)的受力具有集中性，無(wú)法保證路用性能。在機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)更新后，較多規(guī)格的設(shè)備用于施工體系，給予水石基層施工更多可能性。相比分層工藝而言，一次鋪筑的工藝方案，更優(yōu)于分層工藝。依據(jù)瀝青路面的工藝規(guī)劃方法，一次鋪筑、分層工藝兩個(gè)方案的力學(xué)表現(xiàn)，主要集中于“路表彎沉”“基底拉應(yīng)力”等各個(gè)方面。

2.4.2 力學(xué)模型

使用線上平臺(tái)建立路面模型，添加相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。技術(shù)參數(shù)方案如表3 所示。

表3 技術(shù)參數(shù)方案

表3 中的a 值取260mm，S 結(jié)果約為0.03580m2。表3 建立的力學(xué)模型，是以碾壓設(shè)備與路面接觸區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)，介于兩個(gè)基層之間的位置，分析攤鋪期間兩個(gè)基層的相互關(guān)系。設(shè)定了接觸面的相關(guān)信息，建立了接觸屬性，進(jìn)行模擬施工。接觸面共含有兩種作用力，可使用庫(kù)倫摩擦模型，客觀表達(dá)作用力，以u(píng) 模擬作用力的摩擦過(guò)程。

2.4.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

參照一次鋪筑、分層作業(yè)的兩類工藝，針對(duì)案例項(xiàng)目進(jìn)行水石基層的模擬施工。工況a：基層方案為“20cm+16cm”。工 況b：“36cm+18cm”。工 況c：“18cm+18cm”，工況d：“16cm+20cm”。各工況均是“上基層厚度+下基層厚度”?？剂扛骰鶎又g的接觸期間，u 摩擦系數(shù)取值為0.5。工況e～f 的工藝為“一次鋪筑”，工況e 鋪筑36cm，工況f 鋪筑34cm，工況h 鋪筑30cm，工況g 鋪筑26cm。加上分層鋪筑工藝，共有8 個(gè)工況，進(jìn)行水石基層性能對(duì)比。

2.4.4 分層工藝力學(xué)分析

在標(biāo)準(zhǔn)軸載條件下，分層工藝力學(xué)分析結(jié)果，如表4 所示。

表4 標(biāo)準(zhǔn)軸載條件下，分層工藝力學(xué)分析結(jié)果

由表4 對(duì)比發(fā)現(xiàn)：工況b“36cm+18cm”的方案，路表彎沉量較小，與工況d 相近。其他應(yīng)力對(duì)比時(shí)，b 工況相比d 工況均有一定優(yōu)勢(shì)。為此，分層鋪筑時(shí)，工況b 性能最佳。

2.4.5 一次鋪筑力學(xué)分析

利用線上平臺(tái)，模擬一次鋪筑的4 個(gè)工況，在標(biāo)準(zhǔn)軸載條件下，測(cè)定各位置的力學(xué)表現(xiàn)。測(cè)定結(jié)果如表5 所示。

表5 標(biāo)準(zhǔn)軸載條件下一次鋪筑各工況的力學(xué)表現(xiàn)

如表5 數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：在標(biāo)準(zhǔn)軸載條件下，一次鋪筑方法中，厚度較大時(shí)，路表彎沉量會(huì)逐漸變小，相應(yīng)減弱面層承受的應(yīng)力。而單次鋪筑36cm 的水石基層，在8個(gè)工況的力學(xué)分析中，路表彎沉量最小。由此推斷：一次鋪筑工藝的基層性能更優(yōu)異，工況e 相比工況b路表彎沉量會(huì)減少12.2-11.3=0.09mm，基層承受的拉應(yīng)力減少了0.042-0.0401=0.0019MPa。

2.5 試驗(yàn)段檢測(cè)

使用工況e 進(jìn)行一次鋪筑，碾壓施工后，測(cè)定各點(diǎn)工藝質(zhì)量。該案例項(xiàng)目使用灌砂法進(jìn)行測(cè)定，共選擇5 個(gè)點(diǎn)測(cè)定基層強(qiáng)度，7d 抗壓性檢測(cè)結(jié)果在3.54～3.68MPa 之間，均大于3.5MPa，符合水石基層強(qiáng)度的檢測(cè)要求[3]。

2.6 工藝質(zhì)量管理措施

2.6.1 材料質(zhì)量控制

水石基層施工，較為關(guān)鍵的是水泥、碎石兩種材料。材料質(zhì)量，在一定程度上關(guān)聯(lián)著基層施工質(zhì)量。為此，在施工期間，不可選用劣質(zhì)材料。嚴(yán)控材料性能，進(jìn)行必要的性能檢測(cè)，保證材料性能符合要求。

2.6.2 用料比例

合理配制混合料，能夠顯著提高路面性能，合理控制路面縫隙寬度，最大程度地展現(xiàn)混合料的穩(wěn)定性。加強(qiáng)材料配比管理，依照3.0%、4.0%等比例，逐一進(jìn)行黏合處理，選擇最佳的配比方案。使用振動(dòng)、重型的工藝，逐步調(diào)整用料方案。在拌和前期，需進(jìn)行用料含水量檢測(cè)，如果含水量較高，將會(huì)嚴(yán)重危及路面性能，甚至?xí)霈F(xiàn)裂縫、翻漿等不利問(wèn)題。

2.6.3 接縫處理

針對(duì)工程中存在的接縫問(wèn)題，可選擇適宜的方式，給出接縫處理方案。使用較多的接縫處理方法，含有“平接縫”“斜接縫”兩種方式。其中，斜接縫方法的使用率較高，能夠用于各個(gè)等級(jí)公路的工程任務(wù)，但此方法在一次鋪筑施工中，不具有適用性。平接縫處理的施工環(huán)節(jié)，旨在保證工程質(zhì)量，維持工程結(jié)構(gòu)的美觀性。為此，在接縫處理期間，需有效控制路面平整性，保證路面壓實(shí)效果。在接縫處理完成時(shí)，保持接縫處無(wú)凸凹問(wèn)題。該案例項(xiàng)目依據(jù)一次鋪筑施工任務(wù)，給出的接縫處理方案如下：一是針對(duì)性能不合格的路段，再次進(jìn)行攤鋪、碾壓施工之前，需有效清除殘余泥漿，保證工藝處理到位，方可重新攤鋪施工。二是接縫處理時(shí)，需嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)方案，保證處理質(zhì)量。

2.6.4 工程檢查

水石基層工藝完成時(shí)，依照公路質(zhì)量檢查的相關(guān)要求，逐一測(cè)定水石基層的性能。工程質(zhì)量檢查時(shí)，需查看工程高度、結(jié)構(gòu)寬度、平整性各類工藝數(shù)據(jù)。檢查碾壓厚度、壓實(shí)性各項(xiàng)參數(shù)的規(guī)范性。采取現(xiàn)場(chǎng)取樣方法，獲取水石基層的樣芯，測(cè)定樣芯強(qiáng)度。要求施工后7d 的樣芯抗壓性能不小于3.5MPa。檢測(cè)工程壓實(shí)性時(shí)，使用水準(zhǔn)儀有效測(cè)定各個(gè)斷面，檢測(cè)間隔為40m，各斷面選擇的測(cè)點(diǎn)數(shù)量為5～9 個(gè)。

2.6.5 水石基層養(yǎng)生

在水石基層結(jié)構(gòu)成型后，測(cè)定平整性、壓實(shí)性各項(xiàng)性能符合要求，方可進(jìn)行灑水養(yǎng)生。如果采取“噴灑”養(yǎng)護(hù)形式，應(yīng)防止出現(xiàn)直沖面層的情況。使用養(yǎng)生布時(shí)，需規(guī)范遮擋，各段養(yǎng)生布的拼接長(zhǎng)度應(yīng)大于0.3m。覆蓋養(yǎng)生用時(shí)需多于7d，養(yǎng)生期間路面不可有車輛通行。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水石基層是道路施工的關(guān)鍵工藝，存在結(jié)構(gòu)干縮、溫縮的質(zhì)量危害，需嚴(yán)控工藝流程，融合質(zhì)量管理，保證路面性能。該案例工程施工后，進(jìn)行多個(gè)工況方案的力學(xué)對(duì)比，最終選定工況e，進(jìn)行一次鋪筑，基層厚度取36cm，以此有效控制路面彎折量，保證路面基層性能符合要求，為國(guó)內(nèi)道路基層施工奠定了良好的基礎(chǔ)。