公路改造工程乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)研究

李剛

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福建福州 350001）

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石是目前普遍使用的半硬性基層，但其容易出現(xiàn)反射裂紋，進(jìn)而引起路面裂縫，這也是目前高速公路建設(shè)中亟待解決的一個(gè)主要問題。乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石以水泥、乳化瀝青、水等為黏結(jié)劑，加入達(dá)到基本級配的碎石中攪拌而成。在混凝土中添加乳化瀝青，一方面由于水化作用，引起乳化瀝青的破乳作用，會促使瀝青顆粒相互靠攏，凝聚成膜，提升集料的黏結(jié)力。另一方面，水化后形成的水泥纖維可對集料間隙進(jìn)行填充，能夠有效緩解半剛性基層容易脆裂的問題。因此，可以提高路面基層的穩(wěn)定性、耐久性、低溫敏感性，從而減輕瀝青路面的早期損傷，延長道路使用壽命。基于此，有必要結(jié)合實(shí)際案例，對乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石的配合比設(shè)計(jì)以及質(zhì)量控制進(jìn)行分析研究。

1 工程概況

格魯吉亞第比利斯—紅橋（阿塞拜疆邊境）公路TBILISI-RUSTAVI 段 第1 段KM0+000—KM4+000 與第3 段KM10+500—KM17+100 改造工程總長10.6km，起點(diǎn)位于首都TBILISI（第比利斯）市GULIA橋頭處，終點(diǎn)位于第比利斯東南部的工業(yè)城市RUSTAVI（魯斯塔維）城區(qū)。該項(xiàng)目主要是在原有道路基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和拓寬，公路等級為Ⅰ級，設(shè)計(jì)車速120km/h，屬于城際高等級市政公路。該合同總里程10.6km，全線雙向四車道。包括兩個(gè)路段，中間相隔6.5km，第1 路段KM0+000—KM4+000，為4km 瀝青混凝土路面，雙向四車道，路面總寬28.5～34.5m，是第比利斯通往阿塞拜疆、亞美尼亞的國際公路；第3路段KM10+500—KM17+100，長6.6km，為水泥混凝土路面，混凝土等級為B35，雙向四車道，路面總寬28.5～40.5m，是連接阿塞拜疆的交通要道，也是歐亞經(jīng)濟(jì)走廊的重要組成部分。

2 乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石配合比設(shè)計(jì)

2.1 最佳含水量的確定

嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，通過振動壓實(shí)的方法，對乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石混合料進(jìn)行振動壓實(shí)試驗(yàn)，以確定出最佳含水量。該工程在配合比試驗(yàn)中擬定乳化瀝青的摻量為2.5%，含水量變化包括2%、4%、5%、6%、7%，分別進(jìn)行振動壓實(shí)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 最佳含水量試驗(yàn)結(jié)果表

從表1 中能夠看出，乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石最大干密度所對應(yīng)的最佳含水量為4.4%。

2.2 水泥、乳化瀝青最佳用量

在最佳含水量的基礎(chǔ)上，按照2%、2.5%、3%、3.5%、4%的乳化瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，并結(jié)合最佳的劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度確定乳化瀝青和水泥的用量。乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石密實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2和表3 所示。

表2 乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石密實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果

表3 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

按照試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合空隙率、15℃劈裂強(qiáng)度，該工程在施工中采用的乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石材料中的乳化瀝青用量為2.5%；在最佳含水量4.4%和最佳乳化瀝青2.5% 的狀態(tài)下，通過7 天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測，滿足基層設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性的要求，最終確定水泥用量為4%。

2.3 性能驗(yàn)證

按照4.4% 的含水量、2.5% 的乳化瀝青量、4% 的水泥用量配制乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石，對配制混合料進(jìn)行性能驗(yàn)證，7 天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.54MPa，28 天的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3.96MPa，滿足高等級路面基層施工規(guī)范和設(shè)計(jì)規(guī)定的強(qiáng)度要求。

3 乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工要點(diǎn)

3.1 乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工工藝

在該工程施工中，乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工工藝如圖1 所示：

圖1 乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工工藝圖

從圖1 中能夠看出，相比于常規(guī)的水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)，乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工工藝涉及的工藝更加復(fù)雜，各道工序之間有非常緊密的聯(lián)系，任何一個(gè)環(huán)節(jié)把控不當(dāng)，都會影響乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石基層的最終施工質(zhì)量。因此，在具體施工過程中必須嚴(yán)格控制各道工序的施工質(zhì)量，以保證整體施工質(zhì)量。

3.2 做好施工前的準(zhǔn)備工作

相比于常規(guī)的水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)，乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石對施工的連續(xù)性、各道工序之間的銜接性有更高的要求。因此，在實(shí)際施工前，必須切實(shí)做好施工前的準(zhǔn)備工作[1]。利用先進(jìn)的GPS 測量儀按照設(shè)計(jì)要求，測放出乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工的寬度及范圍，每隔10m 為一個(gè)斷面進(jìn)行測量放樣?，F(xiàn)場施工人員在邊樁上掛距離底基層15cm 高的水泥穩(wěn)定碎石基層，以及25cm 高冷再生瀝青混合料高程控制線，嚴(yán)格按照控制線的高程進(jìn)行級配碎石鋪筑，并按照試驗(yàn)確定的配合比配制混合料。

3.3 嚴(yán)控基層鋪筑質(zhì)量

該工程底基層采用0～40mm 級配碎石進(jìn)行鋪筑，控制壓實(shí)厚度為15cm，級配碎石的含水率要略高于最佳含水量4.4%，控制在8%～10%之間，以彌補(bǔ)級配碎石在運(yùn)輸、攤鋪時(shí)導(dǎo)致的水分損失。若級配碎石的含水量超過10%，需進(jìn)行翻拌晾曬處理，待含水量降低到10%以下再進(jìn)行鋪筑。若含水量低于8%，可通過灑水悶料來提升含水量，級配碎石攤鋪后及時(shí)進(jìn)行整平碾壓。在0～40mm 級配碎石備料到一定數(shù)量，用裝載機(jī)進(jìn)行簡單的粗平之后，再用平地機(jī)進(jìn)行精平，精平之后及時(shí)進(jìn)行壓實(shí)操作。

水泥用量按照配合比試驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，在冷再生機(jī)拌和施工前，需要用水泥撒布車，將水泥均勻地撒布在鋪筑完成的級配碎石之上?；旌狭喜捎美湓偕鷻C(jī)進(jìn)行現(xiàn)場拌和，將拌和速度控制在1～1.5m/s 之間，混合料拌和結(jié)束的標(biāo)志為穩(wěn)定碎石均勻，不存在灰條[2]。在整個(gè)攤鋪過程中，需要指派專人跟在攤鋪機(jī)后方，實(shí)時(shí)檢查拌和深度，并及時(shí)將現(xiàn)場檢查數(shù)據(jù)反饋給操作人員，合理調(diào)整拌和深度（最佳的拌和深度為下承層上2～3cm 之間）。為保證乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工質(zhì)量，若遇到下雨天，或者外界氣溫低于5℃的天氣，不能進(jìn)行基層拌和施工。

拌和水泥穩(wěn)定碎石基層施工完成后，選擇平地機(jī)進(jìn)行整平，從兩邊向中間進(jìn)行精平處理，整平之后及時(shí)進(jìn)行振動碾壓，碾壓順序?yàn)橄褥o壓，再弱振動碾壓，最后進(jìn)行強(qiáng)振動碾壓，碾壓次數(shù)需要結(jié)合現(xiàn)場壓實(shí)度檢測結(jié)果來合理調(diào)整和控制。

3.4 嚴(yán)控上層冷再生瀝青混合料層鋪筑質(zhì)量

由于該工程為改建工程，為縮短施工工期，降低施工成本，選擇了冷再生瀝青混合料作為路基上層鋪筑層。先進(jìn)行銑刨瀝青顆粒鋪筑，待底基層水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)后，及時(shí)開展上層10cm 銑刨瀝青顆粒鋪筑[3]。待銑刨瀝青顆粒備料到一定數(shù)量后用裝載機(jī)進(jìn)行粗平，粗平后及時(shí)用平地機(jī)進(jìn)行精平操作，并用振動碾壓設(shè)備進(jìn)行碾壓。碾壓完成后，及時(shí)做好機(jī)械設(shè)備退場工作，嚴(yán)禁任何施工設(shè)備在路面停留和行走。然后進(jìn)行冷再生瀝青混合料拌和，通過冷再生機(jī)對銑刨瀝青顆粒進(jìn)行拌和，在整個(gè)拌和操作中應(yīng)由乳化瀝青車均勻注入乳化瀝青，按照配合比試驗(yàn)確定的用量嚴(yán)格控制乳化瀝青用量，保證拌和深度不超過11cm。最后進(jìn)行整平壓實(shí)，先由平地機(jī)從兩邊向中間進(jìn)行精平，全面整平完成，待乳化瀝青完成破乳后再開始壓實(shí)操作，先靜壓，之后從弱振變?yōu)閺?qiáng)振，碾壓次數(shù)也是按照壓實(shí)度檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，雨天和氣溫低于5℃的天氣不進(jìn)行上層冷再生瀝青混合料層鋪筑施工。

3.5 及時(shí)開展養(yǎng)護(hù)及壓實(shí)檢測

完成乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪和壓實(shí)操作后，除必需的施工機(jī)械設(shè)備外，嚴(yán)禁任何行人、車輛在乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石基層頂面通過[4]。平整壓實(shí)后及時(shí)開展壓實(shí)度檢測，保證壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)后，才能進(jìn)行面層施工，以提升基層的穩(wěn)定性和承載力。

3.6 乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工質(zhì)控措施

第一，在檢驗(yàn)過程中，如果出現(xiàn)問題要立即進(jìn)行整改。在施工期間，不論是否進(jìn)行返修和調(diào)整，都應(yīng)真實(shí)地進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入。

第二，在乳化瀝青、集料等原料的檢驗(yàn)方面，要求每次進(jìn)料檢驗(yàn)都要達(dá)到相應(yīng)的要求。

第三，在粉磨中，對乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石的表面檢驗(yàn)，確定其有無破裂；鋪裝、碾壓表面必須光滑、不疏松、粒度均勻、不離析、無拔出、無花生料等情況。

第四，使用3m 長的直尺檢查乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石混合料的接縫和停機(jī)處是否緊密、平滑[5]。

第五，用150mm 以上的灌砂筒進(jìn)行壓實(shí)度測定；檢查基層寬度、平整度、標(biāo)高等指標(biāo)，在養(yǎng)護(hù)期后進(jìn)行鉆芯法檢測基層的完整性。

第六，碾壓時(shí)，混合物容易黏附于壓路機(jī)的碾壓車輪，可參考瀝青碾壓法，噴涂隔離液，但禁止使用柴油。

第七，施工完成后要將機(jī)器設(shè)備清洗干凈，設(shè)備清洗可使用清水[6]。

第八，乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度形成緩慢，初期強(qiáng)度低，在3 天內(nèi)可以通車，但必須對重型車輛進(jìn)行嚴(yán)格限制，且在車速＜40km/h 的情況下，禁止緊急制動和調(diào)頭。一般來說，兩個(gè)月后其強(qiáng)度會達(dá)到一般水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度。

4 施工效果分析

乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工后，為驗(yàn)證施工質(zhì)量，對施工質(zhì)量進(jìn)行了全面檢測，檢測結(jié)果顯示：7 天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的平均值為2.9MPa，彎沉值的代表值為28（102mm），平均值為17（102mm），標(biāo)準(zhǔn)差為7.05（102mm），沒有出現(xiàn)早期裂縫、沉陷等質(zhì)量病害，施工效果顯著，值得類似工程參考。

5 結(jié)語

結(jié)合實(shí)際案例分析了公路改造工程乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工技術(shù)，結(jié)果表明，在水泥穩(wěn)定碎石基層中加入2.5%的乳化瀝青，并采取合適的攤鋪和碾壓工藝，可滿足公路改造工程對基層強(qiáng)度、彎沉的要求，既能延長公路使用壽命，還能節(jié)約施工材料，降低后期養(yǎng)護(hù)維護(hù)工作的強(qiáng)度?？梢姡鳛楣犯脑旃こ痰闹饕夹g(shù)，乳化瀝青水泥穩(wěn)定碎石施工從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均是可行的，可在類似工程中加以推廣。