高速公路水穩碎石基層配合比設計及施工質量控制探討

胡同銀 張志強

（水電七局二分局，四川 成都611730）

引言

邛名高速公路B段線路全長12.75km，線路起點位于邛崍市白鶴鄉鶴鳴村，終點位于邛崍市臨濟鎮范店村，主線按照雙向四車道高速公路2*3.75m標準設計，中間帶寬度3m，路肩寬0.75 m，設計車速80km/h。其路面結構設計由上至下依次為4cm改性瀝青馬蹄脂、5cm高性能改性瀝青混合料、7cm高性能瀝青混合料、6mm稀漿封層、20cm水泥穩定碎石基層、30cm水泥穩定碎石底基層。

水泥穩定碎石基層的施工工藝在粉碎的或原來松散的土(粗、中、細粒土)中，摻人足量的水泥和水，經拌和得到的混合料在壓實養生后，當其抗壓強度符合規定要求時，稱為水泥穩定土。水泥穩定土根據混合料中原材料的不同，可分為水泥土、水泥砂、水泥穩定碎石和水泥穩定砂礫等。水泥穩定碎石作為半剛性材料，以其整體性強、承載力高、剛度大、水穩性好等特點在公路路面基層施工中被廣泛應用。原材料的控制和配合比的設計是前提，水穩層的拌和和攤鋪是基礎，碾壓成型是關鍵，養護是保證。為了保證水泥穩定碎石路面基層滿足設計和使用要求，除結構設計合理、路基強度滿足要求外，重點是水泥穩定碎石路面基層的原材料選擇、混合料組成設計和施工質量控制。下面結合項目特點就原材料質量控制和配合比設計以及施工過程質量控制進行簡單分析和探討。

1 、水穩碎石基層施工質量影響因素分析

⑴水混穩定碎石基層裂縫產生原因分析

在車輛荷載作用下，基層裂縫會在瀝青面層造成反射裂縫.導致面層出現各種病害，因此，施工中應盡量減少裂縫的產生。基層產生裂縫的原因主要有以下幾點：①水泥劑量過高。則水泥穩定碎石溫縮、干縮變形也越大，越容易開裂。②級配不合理。細集料含量偏多特別是粉料(小于0.075mm)含量大時，水穩碎石的收縮也大。③混合料離析。離析可造成基層成型后不同地段、上下層間的干縮、溫縮不均勻.易產生裂縫。④碾壓時含水量影響。碾壓時含水量過太，則基層成型后蒸發散失水分越多，形成裂縫的可能性越太，含水量過小時，混合料難以壓實到規定壓實度，混合料抗裂性能也得不到保證。⑤壓實度影響，壓實度不足。基層整體性就差，強度和性能會下降，抗裂能力也下降。⑥養生措施及交通管制。養生不當時，基層表面的水分蒸發快，容易產生裂紋。另外在鋪筑瀝青面層之前，施工車輛特別是重型車輛的作用，極易造成基層斷裂。

⑵壓實度主要影響因素分析

①集料影響。碎石強度不夠、針片狀顆粒含量大，混合料一壓就碎。配合比如果不當，不管級配是偏粗、偏細還是夾有超粒徑的顆粒，或者配合比曲線曲折不平順、不連續，都可能會影響到基層的壓實度。②含水量影響。混合料處于最佳或略大于最佳含水量狀況下才能碾壓密實，如果含水量過大，碾壓時易形成彈簧；含水量過小，則混合料易松散 ，這兩種情況都會使混合料無法壓實。③混合料離析影響。在混臺料拌和、運輸及攤鋪過程中均有可能造成混合料離析。這些離析位置如果沒有及時處理，則在粗集料集中不易壓實，細集料集中，容易導致過度壓實。④碾壓機械不配套影響水泥穩定碎石混合料壓實。只有在一定的碾壓機械組臺情況下，以一定的碾壓次序并達到一定的碾壓遍數才有可能達到合格的壓實度。⑤碾壓層厚影響。碾壓層太厚或太薄都難以達到合格的壓實度。碾壓層太厚，壓實功傳不到底部，太薄，則碾壓層支承不了碾輪的振動壓力而破壞，更談不上壓實度和強度。⑥延遲時間影響。如果碾壓不及時，碾壓時間超過混合料的初凝時間，則水泥開始水化結晶，混合料失去活性，內厚阻力增大，不易壓實。

⑶混合料離析的影響因素分析

由于粗集料增加，骨架密實型水泥穩定碎石在拌和、運輸和攤鋪過程中出現離析的可能性也隨之增大，具體說來，導致混合料離析的原因主要有：①混合料拌和、裝車 混合料的拌和時間過短或過長均會使混合料產生離析。攪拌時間太短，材料不能充分混合，時間過長則會造成粗集料下沉。皮帶輸送機將混合料送人儲料倉時，傳送皮帶的傾斜角度應盡可能取較小值，以免粒徑大的碎石下滑導致離析。臨時儲料倉向自卸汽車裝料時，若出料口距車廂的高度太大，粗粒徑碎石會滾動到車廂四周造成離析。

②混合料攤鋪。自卸車向攤鋪機受料斗卸料時，如果車箱升起的角度、速度不合理。粗骨料便有可能向前滾動，堆積而造成混合料離析。攤鋪過程中攤鋪機的螺旋分料器向兩側分料過程中往往會造成粗集料被撥向兩側并與細集料分離，導致攤鋪機兩側由于粗集料增加而離析。攤鋪機能否連續、穩定地攤鋪也是影響混合料離析的原因之一。

⑷水泥劑量測定的影響因素分析

當水泥和集料固定，用EDTA滴定法實測水泥劑量時影響因素主要是含水量和集料的級配。含水量對滴定結果影響很小，而級配的變化對水泥劑量的滴定結果有很大影響。除用滴定法檢測水泥劑量外，還必須進行總量控制。記錄每天的實際水泥用量、集料用量和實際工程量，計算、對比水泥劑量的一致性。

2 、配合比設計

⑴高速公路、一級公路宜將骨架密實型水泥穩定材料用于基層，也可通過試驗按逐級填充的方法，并進行空隙體積的檢驗，使細集料加水泥的壓實體積等于或接近粗集料的空隙體積。各級公路均可將懸浮密實型水泥穩定材料用于基層、底基層。基層材料的集料最大粒徑應不大于31.5mm，底基層材料的最大粒徑不大于37.5mm。以下是邛名高速公路的基層材料的試驗結果。

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⑵普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥都可用于穩定土，但應選用初凝時間3h以上和終凝時間應在6h以上的的水泥。不得使用快硬水泥、早強水泥以及已受潮變質的水泥。宜采用強度等級為32.5或42.5的水泥。

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⑶由上面的集料篩分結果可以看出，4.75mm的通過率偏于降低，表明粗集料含量增加使得在級配范圍內能形成骨架密實結構混合料。19mm～4.75mm集料所占比例較大，粗集料自身組成合理，可避免現場攤鋪及碾壓時產生離析，0.6mm以下粉料含量相對較低，可大幅度提高半剛性材料的抗裂能力。通過級配分析及對孔隙率的試驗可以看出：上限級配振動成型試件VCAmix處于松堆及插搗VCA之間，下限級配VCAmix小于插搗VCA，表明上、下限級配為骨架密實型級配。

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⑷水泥穩定碎石混合料振動擊實和重型擊實確定的最大干密度及最佳含水量見下表。由試驗結果，相同水泥劑量下，水泥穩定碎石振動擊實確定的最佳含水量與重型擊實試驗確定的最佳含水量相近；而振動擊實與重型擊實試驗確定的最大干密度有很大差別。與重型擊實相比，水泥穩定碎石混合料振動法確定的最大干密度提高1.02～1.034倍。

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⑸水泥穩定碎石振動、靜壓成型試件無側限抗壓強度試驗結果見下表。由試驗結果，水泥穩定級配碎石振動成型試件平均無側限抗壓強度大于相應靜壓試件的平均無側限抗壓強度。

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⑹以振動擊實試驗確定的最大干密度作為標準密度評定壓實度，用灌砂法測定不同碾壓遍數后基層壓實度，碾壓遍數與壓實度關系見下圖：

由以上可以看出：

①振動法設計的水泥碎石與重型擊實法確定的最佳含水量相當，但最大干密度顯著提高，更符合現場機械實際工況；②規范所用的重型擊實法確定的半剛性材料最大干密度偏小，以此為標準控制現場壓實度存在質量隱患，而用振動法確定的混合料干密度控制現場壓實度更為合理。③成型方式對混合料強度有顯著影響，振動成型試件抗壓強度遠大于靜壓成型試件抗壓強度。用靜壓法確定的混合料強度控制現場施工要求過高，導致水泥劑量過大，根據現場強度檢測結果及振動法優化結果認為在靜壓法確定的水泥劑量的基礎上降低水泥劑量1～1.5%是合理的，不僅降低了工程造價，滿足強度設計要求，更重要的是有效的防止半剛性基層的開裂。

3 原材料及施工過程質量控制

⑴混合料拌合

①拌和設備。配置WDB500型雙臥軸連續強制式水泥穩定土拌和站，采用電腦動態計量，產量為500t/h，配備三個100T水泥罐，三臺50裝載機配合上料，料倉之間設置不低于1.5m高鋼板進行分隔，以防冷料倉發生竄料。②集料堆放。設置4個備料倉，占地面積4800m2，分別為4.75mm以下粒徑備料倉、4.75～9.5mm粒徑備料倉、9.5～19mm粒徑備料倉、19～37.5mm粒徑備料倉，其中4.75mm以下粒徑備料倉須設置防雨棚。堆料場各種粒料的材料要分級分倉隔離，堆料隔離高度為3m以上，頂面寬度不小于50cm，各料倉的寬度以設計配合比需要量而定。冷拌場場地坡度為4%~5%，場地周邊有完善排水系統。③每天施工前，進行一次混合料篩分，檢查其級配是否與目標配合比相符。④生產時嚴格控制水泥劑量，水泥劑量比設計水泥劑量高0.2%。加強目測，隨時觀察混合料有無灰呆、放團，色澤是否均勻.有無離析現象。⑤施工拌和的含水量比最佳含水量大0.5%一1.0%，以補償施工過程中水分蒸發的損失。根據集料含水量的大小、氣候及氣溫變化的實際情況以及遠距及時調整加水量。

⑵混合料運輸

①混合料隨拌隨用，采用18T的自卸汽車運輸，數量應根據運距、路況、攤鋪能力等因素確定，以滿足攤鋪要求為準。②裝料時為減少混合料離析，采用3次裝料法，并在儲料斗加設導向板，使混合料在導向板作用下落到車廂中。③運輸途中不得卸料或無故停車，在攤鋪現場要清理車廂內余料，卸料要徹底，不得有水積聚在車廂底部。④使用攤鋪機連續攤鋪時，運料車應在攤鋪機前處停住，不得撞擊攤鋪機。卸料過程中運料車應掛空檔，輕踩剎車，靠攤鋪機推動前進。⑤混合料運輸過程中應注意覆蓋，防雨、防風、防曬，并盡量在45分鐘內運抵攤鋪現場，確保在最佳含水率條件下攤鋪碾壓。

⑶混合料攤鋪

①采用中大DT-1600攤鋪機半幅一次性攤鋪，以避免縱向接縫，攤鋪過程中攤鋪機受料斗后端的閘門盡量開大.確保受料斗內始終保持定量的混合料使攤鋪機在整個攤鋪過程中處于連續穩定的鋪料狀態。②攤鋪機就位前下承層必須清掃干凈并且灑水泥漿，保證層間有效結合。③根據攤鋪速度、厚度、寬度等因素調整攤鋪機夯錘頻度，使其碾壓前的密實度達80%以上。④當拌和好的混合料運至現場，應速按松鋪厚度均勻攤鋪。攤鋪中如有離析現象，應用人工進行找補。⑤開始攤鋪3～6米長時，應立即檢測攤鋪面的標高橫坡及厚度，不符合設計要求時，應適當調整熨平板高度和橫坡直到合格，再進行攤鋪。

⑷混合料壓實

①初壓，水泥穩定碎石混合料攤鋪后應盡快完成初壓，以減少水分散失，第一遍采用靜壓方式，用18t單鋼輪振動壓路機穩壓一遍，再振動碾壓一遍，碾壓速度控制在1.5～1.7km/h，測量控制高程點，輔以人工找補混合料。②復壓，采用32t單鋼輪振動壓路，先弱振一遍，再強振2～3遍，速度控制在2～2.5km/h，碾壓方法是曲線段由內側向外側，直線段由兩側向中間推進碾壓，每次碾壓應重疊1/2后輪寬度。③終壓，采用18t單鋼輪振動壓路機和10t膠輪壓路機各靜壓一遍，碾壓速度一般控制在3km/h左右，消除碾壓輪跡。④嚴禁壓路機碾壓時急剎車和調頭，碾壓過程中保持水泥穩定碎石混合料表面濕潤，出現彈簧，松散現象應及時挖除，重新換新混合料處理。⑤從水泥穩定混合料開始拌和到碾壓結束時間應控制在3小時內。⑥接縫及橋頭處壓路機不能壓實的部位，采用人工打夯機夯實。⑦壓實度的檢測：當用32t單鋼輪振動壓路機強振兩遍后，現場試驗人員迅速檢測其壓實度，若沒有達到規范要求，則加振一遍后再測其壓實度，直至達到要求。

⑸養生措施

根據湖北省襄十高速公路武許段和襄武段在基層養生中的具體實踐取得的成功經驗，結合本標段透層、稀漿封層設計實際，采用透層、稀漿封層對基層進行養生，其優點在于：透層、稀漿封層的養生施工工藝具有速度快、造價低、質量好、沒污染、節約能源等。

①基層碾壓成型，待基面干燥后，可立即灑布透層瀝青(透層灑布時間，建議當天鋪筑基層，最好第2 d灑布為宜)，根據灑布量來控制灑布車灑布行駛速度。②當灑布車寬度受到限制需分幅施工時，應由高處開始，逐幅向低處噴灑，相鄰灑布帶做到不重疊或少重疊，做到盡量不"露白"。③灑布時，最好以構造物分段或以基層施工段落為一灑布段，同向進行灑布。由于基層初始強度不高，灑布車在基層上行車時嚴禁緊急剎車或調頭，以防破壞基層基面或板塊強度。④對局部漏灑或灑布車難以灑到的部位，可采用人工手持灑布管進行補灑。對局部灑布量過大，出現流淌現象，利用人工用竹掃把及時清掃，使其基面保持灑布量均勻。⑤若灑布透層瀝青時遇大風、降雨天氣，應先采用復合養生膜覆蓋.保濕養生，待天氣好轉后再灑布透層瀝青。⑥噴灑透層，待其破乳，表面干燥后，可緊接鋪筑稀漿封層。一般透層施工24 h后，鋪筑封層比較適宜。⑦養生期間（7天），應封閉交通。

4 結論

⑴規范所用的重型擊實法確定的半剛性材料最大干密度偏小，以此為標準控制現場壓實度存在質量隱患，而用振動法確定的混合料干密度控制現場壓實度更為合理。

⑵配合比設計及成型方式對混合料強度有顯著影響，振動成型試件抗壓強度遠大于靜壓成型試件抗壓強度。用靜壓法確定的混合料強度控制現場施工要求過高，導致水泥劑量過大，根據現場強度檢測結果及振動法優化結果認為在靜壓法確定的水泥劑量的基礎上降低水泥劑量1～1.5%是合理的，不僅降低了工程造價，滿足強度設計要求，更重要的是顯著提高了半剛性基層的抗裂能力。

⑶水泥穩定碎石基層施工中，要考慮到影響施工質量的各種因素，在整個施工過程中，控制好原材料的質量、施工工藝、拌和、運輸、攤鋪、碾壓、養生等環節，采取有針對性、有實用性的質量保證措施，以最終確保工程質量。

[1]《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F402004）.

[2]《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51－2009）.

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[7]石義學.國外建材科技透層、稀漿封層在瀝青路面基層養生中的應用.2004年3月.