骨架密實型水泥穩定碎石在大修工程中的應用

李宏濤

許昌廣蒞公路工程建設有限責任公司，河南 許昌 461000

0 引言

近年來，在公路工程的設計中，二級以上公路的路面結構層多采用瀝青路面+水泥穩定碎石基層。這種結構組合固然優點很多，但傳統的懸浮型水泥穩定碎石在實際應用中也出現了一些問題，嚴重影響著此類道路的使用壽命，這其中主要問題是：懸浮型水泥穩定碎石早期會出現過多的裂縫，進而引起瀝青面層出現反射裂縫，使路面水沿著裂縫進入內部，危及整體路基路面結構，縮短道路使用壽命。裂縫產生的主要原因是，懸浮型水泥穩定碎石基層在溫濕度變化時，極易產生較大的收縮，導致基層裂縫的產生及引起路面反射裂縫。為了改善傳統的懸浮型水泥穩定碎石的抗裂性，在大量試驗的基礎上，提出了骨架密實型水泥穩定碎石基層結構。通過在河南省302省道葛嘴線東段大修工程中的應用，進一步驗證了骨架密實型水泥穩定碎石基層比懸浮型水泥穩定碎石基層的路用性能更加優越。

1 原材料性質及試驗方法

1.1 原材料性質

1）水泥：產地河南省鶴壁市同力水泥有限公司32.5級，初凝時間3小時9分，終凝時間4小時45分，3天抗壓強度20.3MPa，抗折強度5MPa，28天抗壓強度42.6MPa，抗折強度8.93MPa；

2）碎石：產地河南省鶴壁市山城區，表觀密度2.78g/cm3，壓碎值9.7%，含泥量0.4%，針片狀含量11.3%；

3）石屑：產地河南省鶴壁市山城區，用作細集料。

1.2 礦料級配

1）骨架密實型水泥穩定碎石的粗集料用量是按嵌擠原理設計的，粗集料的空隙由次一級顆粒所填充，其余空隙又有再次一級顆粒填充。這種既有嵌擠又有填充的集料在理論上應該是摩阻力、凝聚力和密實度最好的混合料；

2）經過對幾種規格的集料篩分，得出各種集料的通過率：

10mm～30mm：37.5篩 孔 100%，31.5篩 孔 100%，19篩 孔9.25%，9.5篩孔1.1%，4.75篩孔0；

10 mm～20mm：37.5篩 孔100%，31.5篩 孔 100%，19篩 孔74.8%，9.5篩孔10.4%，4.75篩孔2.7%，2.36篩孔0；

5mm～10mm：37.5篩 孔 100%，31.5篩 孔 100%，19篩 孔100%，9.5篩孔90.25%，4.75篩孔16.5%，2.36篩孔1.5%，0.6篩孔0；

石屑：37.5篩孔100%，31.5篩孔100%，19篩孔100%，9.5篩孔100%，4.75篩孔100%，2.36篩孔85.29%，0.6篩孔46.94%，0.075篩孔17.03%。

3）合成級配結果如下：

10mm～30mm：10mm～20mm：5mm～10mm： 石 屑=20:30:23:27；

合成級配各篩孔通過率為：37.5篩孔100%，31.5篩孔100%，19篩孔74.29%，9.5篩孔50.31%，4.75篩孔30.49%，2.36篩孔23.08%，0.6篩孔10.81%，0.075篩孔1.84%；

各種篩孔的通過率在規范通過率上線與下線之間，接近中線值。

1.3 試驗方法

首先進行振動成型，求出混合料的最大干密度和最佳含水量。混合料擊實結果：最大干密度2.433g/cm3，最佳含水量5.6%。然后按最大干密度和最佳含水量以98%的壓實度成型試件，試件為Φ150mm×150mm圓柱體試件，在標準養生條件下養生6天浸水1天，進行無側限強度試驗，測得最大值4.5MPa，最小值3.8MPa，平均值4.1MPa，標準差22.8%，偏差系數5.5%，Rd/（1-1.282Cv）=3.2＜4.1。

2 施工工藝

2.1 振動成型法確定骨架密實型水泥穩定碎石的試驗原理

為什么振動成型法設計的骨架密實型水泥穩定碎石比普通擊實法設計的懸浮型水泥穩定碎石性能優越？首先，傳統的普通擊實法與施工現場的碾壓方式差別較大，因此它所確定的混合料最大干密度與最佳含水量與施工時的差別也較大，不能指導施工；其次，傳統的懸浮型水泥穩定碎石骨料少，膠結料多，既沒有形成骨架互相嵌擠，又因膠結料多收縮量大易引起裂縫。

采用振動成型法原則是室內成型方式要與現場碾壓方式盡可能匹配，粗骨料用量根據嵌擠原理確定。首先用振動成型法獲得不同壓實時間下的最大干密度，再使用現場的壓實設備，在試驗路段取得最佳壓實效果下的實際干密度，將多組匹配試驗進行分析，確定室內振動壓實機符合現場要求的最佳壓實時間及方法，因此用振動成型法確定的級配與實際基本一致，能較好地指導施工。

2.2 施工工藝流程

確定拌和場地→原材料選擇→振動成型法骨架密實型配合比設計→備料→施工前準備→混合料拌和→混合料運輸→混合料攤鋪→大噸位振動壓路機碾壓→壓實度檢測→接縫處理→養生及交通管制→取芯驗證強度

2.3 施工工藝要點

1）原材料的選擇與控制

進行原材料外調時，試驗人員同采購人員一道到料場取樣，對樣品試驗合格的廠家，選擇一個或幾個材質好、質量穩定的廠家作為供應商。料場砌磚墻將不同種類的材料隔開，避免串料使配合比難以調整。細集料進行覆蓋，以方便控制混合料的含水量。所用水泥應符合國家技術標準及施工規范要求。

2）振動成型法配合比設計

振動成型機的參數及成型方式與現場碾壓設備、碾壓方式等條件類似。

3）混合料拌和

用大型拌和設備，確保集料級配和水泥劑量準確，產量滿足攤鋪要求。

4）施工時間控制

混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓應一氣呵成，從拌和開始到碾壓結束的時間不能超過水泥的終凝時間。機械出現故障及其它阻礙施工的因素出現時應及時解決，對超過時間的混合料進行廢棄處理。

5）養生及交通管制

水泥穩定碎石碾壓后用養生布覆蓋，保證7天內濕養。同時，養生期間進行交通管制，車輛不得通行，避免水泥穩定碎石在強度沒有完全形成時遭到破壞，這一點在邊施工邊通車的大修工程中尤其應該重視。

3 施工步驟

1）準備工作

水泥碎石施工前，對下承層進行徹底清掃，用石灰線劃出攤鋪邊緣線，兩側按10m一個斷面在中線和邊線位置以外30cm處打好鋼釬，在基層兩側立上鋼模。

2）拌和

拌和設備有4個料斗，配有80t的散裝水泥貯藏罐（立式），具備400t/h以上的拌和設備1臺以上向一個攤鋪現場供料，拌和設備計量全部由電腦控制，保證配料精確。

3）運輸攤鋪

本大修工程基層采用半幅施工，攤鋪寬度為6m，選用1臺自動找平具有振搗夯實功能的大功率攤鋪機攤鋪。

（1）用大型自卸汽車運拌和料至施工現場，運輸車的運量應比拌和能力和攤鋪速度略有富余，以保證攤鋪機連續作業；

（2）攤鋪前對下承層灑水，使其表面濕潤；

（3）兩側均設基準線、控制高程；

（4）攤鋪機行進速度要均勻，中途不得變速（不管何時），其速度要和拌和機拌和能力相適應，最大限度地保持均速前進、攤鋪不停頓、間斷。

4）碾壓

本工程水泥穩定碎石基層攤鋪厚度為18cm，根據試驗段結果，配備22T振動壓路機2臺，膠輪壓路機1臺。碾壓組合方式為：初壓時，1臺22T振動壓路機靜壓一遍；復壓時，2臺22T振動壓路機強振四遍；終壓時，1臺膠輪壓路機靜壓一遍。

5）攤鋪和碾壓現場設專人檢驗，修補缺陷

6）檢驗

除取芯強度7天后檢測外，水泥穩定碎石基層各項指標的檢驗應在24小時內完成，各項質量指標應滿足標準要求。

7）養生

養生是水泥穩定碎石非常重要的一道工序，它直接影響結構層的成型強度和表觀質量，施工單位應設專人和專門設備進行養生。

8）接縫處理

接縫一律為垂直銜接，或用方木進行端頭處理，或碾壓后掛線直接挖除至標準斷面，用3m直尺進行檢驗，以確認接縫處理是否到位。

4 效益分析

1）從短期看，骨架密實型水泥穩定碎石基層和常規的懸浮型水泥穩定碎石基層相比，增加了少量施工成本，但從延長整個路面使用壽命、減少公路的運營養護成本來看，綜合效益顯著；

2）通過本項目和同期的幾個采用常規的懸浮型水泥穩定碎石基層的項目相比，基層裂縫問題得到了有效解決。裂縫由原來平均間距10m～20m變為500m～800m，大大增加了道路的使用壽命；

3）骨架密實型水泥穩定碎石基層能夠有效減少反射裂縫，提高路面的使用壽命，減少道路的大、中修次數，提高公路使用者的滿意度，社會效益顯著。

5 結論

骨架密實型水泥穩定碎石基層通過近幾年的實踐已日趨成熟，現在已廣泛應用于高速公路、國道、省道的建設中，效果良好。

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