大厚度基層施工工藝及質量控制技術研究

李 剛, 張 琦, 黃 歡

(1.蚌埠市公路管理局，安徽 蚌埠 233000;2.合肥工業大學 土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

截至2018年底，中國的公路通車總里程達484.65萬km，其中高速公路總里程14.26萬km。我國已建成的高速公路中的90%以上為半剛性基層瀝青路面。在今后的國道主干線建設中，由于水泥穩定碎石的強度高、穩定性好，半剛性基層瀝青路面仍將主要的路面結構形式[1]。在安徽省高速公路、省道干線公路中半剛性基層結構占有絕大部分，水泥穩定碎石基層的厚度通常在30～36 cm。

長期以來，由于受鋪筑厚度的制約的原因，實際施工中水泥穩定碎石基層多采用分層施工，形成層間非連續狀態與設計時的層間連續狀態是不相符的，降低了基層的承載能力，導致基層受力不利。通過一次性鋪筑、一次性碾壓成型的水泥穩定碎石基層，本文稱為大厚度水泥穩定碎石基層[2]。

大厚度水泥穩定碎石基層因用材厚度大、固有頻率較低，攤鋪機的振搗器為適應材料的壓實特性需采用低頻高幅作業[3,4]。隨著大噸位壓路機和大厚度、大寬度攤鋪機出現，為大厚層水泥穩定碎石基層一次施工的提供了條件[5,6]。開展大厚度水泥穩定碎石施工工藝、檢測方法及路用性能研究，以及推廣使用一次性大厚度水泥穩定碎石基層鋪筑施工工藝，可減少基層病害，延長道路使用年限，且可降低施工成本、縮短施工工期。開展此項研究，針對大厚度水穩碎石的施工施工工藝及質量控制的研究十分必要[7]。

1 施工工藝

1.1 施工準備

(1)下承層驗收處理。檢驗底基層是否合格才可進行基層施工。下承層的施工應保證無雜物、無松散，表面灑水濕潤?？刹捎迷诘谆鶎颖砻鎳姙⑺酀{來增加基層與底基層之間的黏結性[8]。

(2)施工放樣。施工前先進行放樣，確定水泥穩定碎石基層的邊緣線，在距離線0.3～0.5 m外每10 m放一樁，測量高程，作為架設高程控制傳感器提供基準線。高程采用鋼絲引導來控制，鋼絲支架布置方式為在曲線段每5 m設一處、直線段應每10 m設一處。鋼絲應保證充足剛度，其拉力不小于800 N。

如果設立模板，為避免由于壓路機激振力大造成模板位移，可采用雙排鋼釬固定模板。

1.2 施工過程

(1)水泥穩定碎石基層混合料的拌制。每臺拌和機產量不小于500 t/h，宜采用振動攪拌或兩次拌和的生產工藝，拌軸長度不小于3.2 m，水泥罐倉容量不小于100 t，冷料斗不少于4個。拌和設備的水、水泥、集料的應采用準確性高的電子計量裝置。保證設備的正常使用，應先調試拌和設備，并標定質量控制系統。拌和站設專人實時監控混合料含水率,實驗室人員配合拌和站操作人員根據天氣情況適當調節含水率。避免因缺料或下料口堵塞發生斷料現象的出現,造成級配的破壞,各料倉設專人監控。

(2)混合料運輸。運輸車輛數目根據拌和能力、攤鋪能力進行確定，車輛噸位在20 t以上。應配有帆布等覆蓋設施防止水分損失。且應至少保證5輛以上車輛等候卸料。為避免離析現象的出現，對運輸車可采取分前后中3次裝料的方式，盡量減小出料口與車廂的高度。混合料需采取防水分損失的覆蓋措施。運輸車輛進入施工現場后，應減速慢行，避免因顛簸造成集料的離析及交通事故。設專人指揮卸料，自卸車應停在攤鋪機前0.1～0.3 m，嚴禁自卸車撞擊攤鋪機[9]。

(3)攤鋪。攤鋪機設備實現一次性攤鋪應具備大功率、大排量液壓元件、大扭矩傳動系統,并達到水穩碎石攤鋪的均勻度、平整度、密實度要求。攤鋪機應具備滿埋螺旋二次攪拌能力，均勻輸料和布料，攤鋪后的表面密實、均勻，無離析?？紤]到大厚度水穩基層攤鋪預壓實度在80%以上，材料的厚度大、固有頻率較低，攤鋪機的振搗器的低頻高幅作業，以及水穩碎石的材料自身特性及攤鋪機工作效率，攤鋪速度應控制為2～3 m/min。

(4)壓路機碾壓。應采用大噸位和具有大激振力的壓路機進行壓實作業。鋼輪壓路機應有全液壓、雙驅、前后輪驅動自動控制，碾壓起停平穩，不推移、不擁包。膠輪壓路機應采用大噸位、液壓驅動控制，自動霧化補水。在復壓階段，也可采用垂直振動壓路機。復壓階段采用垂直振動壓路機低頻高幅振動(大振)3遍、高頻低幅振動(小振)2遍。

在試驗段施工中，主要采用了垂直振動壓路機。在試驗段施工中采用的是LSV220單鋼輪全液壓雙驅垂直振動壓路機。采用LSV220垂直振動壓路機低頻高幅振動(大振)3遍、高頻低幅振動(小振)2遍。

若邊部出現塌滑或無法碾壓密實的情況，應采用模板支檔工序，確保基層邊緣部壓實度?？刹捎貌灰俗冃蔚匿撃０?。鋼模板剛度大，受力不容易損壞，重復利用率高。模板的頂面與基層的設計標高應一致，使用雙排鋼桿固定，必要時增加鋼桿固定。

相鄰碾壓帶應保證重疊距離為1/2輪寬，后輪必須超過兩端的接縫處。壓實結束后表面應平整密實，無輪跡和隆起，無“大波浪”現象。嚴禁壓路機調頭、急剎車，從而保證保證基層表面不受破壞。

(5)養護。為了提升水穩層的強度，避免基層表面產生干縮裂縫，水穩層需要養護。覆蓋養生前應檢測水泥穩定碎石基層是否合格。先用灑水車噴霧灑水，然后采用覆蓋養生的方式(土工布等)至少養生7 d。在養生期間應封閉交通，嚴禁運輸車輛通行。若必通車無法避免時，應限速在30 km/h，嚴禁半邊通車或履帶車輛通行，嚴禁兩邊在工序上發生沖突，嚴禁頻繁調動機械。

2 試驗段施工

2.1 試驗段概況

試驗路段位于X046蒙唐路。X046蒙唐路等級為平原微丘區三級公路，設計速度為40 km/h。該路段是懷遠縣路網中重要的農村通道，它是懷遠縣西南部連接懷遠的重要通道，其經過懷遠徐圩鄉，河溜鎮、萬福鎮等鄉鎮，是該鄉鎮經濟發展的主要通道，按照安徽省路網規劃，該段道路納入省道235濉唐路，其經濟地理位置十分重要。本次大修段全長6.5 km，起點位于懷遠縣徐圩鄉尚廟街道，終點位于懷遠縣河溜鎮大成處，起止樁號為K43+332-K48+832。路段路面結構如圖1所示。

圖1 瀝青路面結構

2.2 施工設備

采用徐工RP953T超厚攤鋪機，具備大厚層抗離析攤鋪的能力，最大攤鋪厚度不小于500 mm。大葉片變螺距技術有效抵抗離析現象。

壓路機采用垂直壓路機。碾壓工藝：初壓，LDH140雙鋼輪垂直振動水平振蕩壓路機穩壓1遍；復壓，LSV220單鋼輪垂直振動壓路機振動碾壓4遍；終壓，LDH140壓路機收光壓實1遍。在大約連續攤鋪50 m后開始壓實作業，先用LDH140雙鋼輪壓路機穩壓1遍(前輪水平振蕩、后輪垂直振動組合碾壓)；再用LSV220單鋼輪垂直振動壓路機碾壓，大振(低頻高幅振動)2遍，速度控制在2 km/h，相鄰輪跡重疊不超過20 cm，防止漏壓，小振(高頻低幅振動)2遍，速度約2 km/h，相鄰輪跡重疊不超過20 cm，防止漏壓。垂直振動的優點是激振力始終垂直下向傳遞，影響深度深，上下密實度均勻，表面不松散無裂痕。LDH140雙鋼輪壓路機收光壓實1遍。前輪用水平振蕩、后輪用垂直振動組合碾壓，若表面發干、發白、石子跳動，可使用壓路機灑水系統補水，表面效果更佳。

由于垂直振動壓路機本身所具有的優點，它的使用克服了以往其他工程中采用該工藝對環形振動壓路機超大噸位和超大激振力的依賴性。因此也克服了“全厚式攤鋪碾壓工藝”通常會出現的模板固定難易變形導致壓不到位或壓不實、碾壓遍數過多造成被壓材料的推移易產生鼓包、平整度得不到要求以及上中下層密實度差距大等不足。

3 檢測數據及質量評價

對于本試驗段，采用了壓實度、7d芯樣強度、芯樣厚度，完整性以及基層頂面彎沉等對于本試驗段進行路用性能評價。

3.1 壓實度

采用灌砂法，測定基層的壓實度(表1)。

表1 基層壓實度

經檢測壓實度代表值>98%，壓實度檢測合格。

3.2 芯樣強度

養生7 d后，在基層路段取芯，并檢測芯樣強度。芯樣強度在2.1～4.3 MPa。大部分芯樣強度符合控制要求(表2)。

表2 芯樣強度

3.3 芯樣厚度、完整性

取芯后，檢測芯樣厚度，并觀察其完整性(表3)。

表3 基層芯樣厚度及完整性

3.4 彎沉

使用FWD檢測完工路段彎沉值，計算檢測彎沉值得代表值(表4)。K45+832-K48+891段采用分成二次成型工藝，K42+332-K43+460段采用全厚式一次攤鋪壓實工藝。表中彎沉值為記錄落錘測定的彎沉值后換算為換算成貝克曼梁法彎沉值。

表4 彎沉值

彎沉設計值為36.4(0.01 mm)，檢測試驗路段水泥穩定碎石基層彎沉值小于設計值，該路段彎沉合格。全厚式施工路段彎沉值小于分層施工路段的彎沉值。

4 結 論

(1)大厚度水泥穩定碎石基層施工對設備提出了更高的要求。攤鋪機必須具備大功率，利用攤鋪機自身超大功率、液壓元件超大排量、傳動系統超大扭矩，通過超級滿埋螺旋、二次攪拌、均勻輸料和布料，實現一次性攤鋪，并達到水穩級配碎石攤鋪的均勻度、平整度、密實度要求。

(2)大厚度水泥穩定碎石基層壓實設備可采用大激振力的壓路機或垂直振動壓路機。

(3)采用垂直振動碾壓技術施工的大厚度水泥穩定碎石基層試驗段，經檢測基層壓實度良好，基層頂面彎沉值小于分層施工路段彎沉值。