韶山核心景區外環公路水泥穩定碎石基層試驗研究

劉振興

(韶山市交通運輸局，湖南 湘潭 411300)

1 工程概況

韶山核心景區外環公路除新建北京路外大部分為舊水泥路面，建設標準為二級公路。舊路面出現斷板、碎板、沉陷、錯臺、麻面等病害，嚴重影響行車安全和道路服務水平。為慶祝毛澤東誕辰120周年，對現有舊路進行提質改造，要求在2013年12月26日前建成通車。改造路段原設計路面結構設計為三層水穩層(共50 cm)+瀝青表處+中粒式瀝青混凝土面層共58 cm厚。由于工期緊，任務重，無法按期完成施工任務，根據以往施工經驗和現場實際情況，將三層水穩層改為兩層，總厚度不變，如圖1所示。選擇K13+800～K14+000路段作為試驗段進行基層攤鋪、碾壓試驗，通過試驗，獲取相關技術參數，為后期規模化施工組織、技術管理、機械設備配置與質量控制提供科學依據。

圖1 調整前后路面結構示意圖

2 試驗目的

水泥穩定碎石是以級配碎石作為主骨料，采用一定數量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實。其初期強度高，7 d的無側限抗壓強度可達5.0 MPa，且強度隨齡期而增加很快結成板體，具有較高的強度、抗滲度和抗凍性，在道路工程中得到大量推廣應用。水泥穩定碎石均屬中粒土，由于水穩中含有水泥等膠凝材料，因而要求整個施工過程要在水泥終凝前完成，并且一次達到質量標準，否則不易修整。因而要求制訂科學高效的施工組織設計，確保施工質量。

通過試驗主要檢測混合料配合比、無側限抗壓強度、彎沉、壓實等指標；確定拌合機的上料速度、拌和數量等，驗證試驗室確定的施工生產配合比；選擇適宜的施工機械和機械組合方式；確定攤鋪的速度、操作方式等；選擇壓實機具類型與組合，碾壓速度、壓實順序等；確定25 cm厚水泥穩定碎石基層的松鋪系數；確定施工進度、作業面長度；檢查原材料是否合格，施工質量是否符合要求；確定施工組織設計及質量管理體系。

3 試驗內容與過程

3.1 試驗原材料

水泥采用韶峰南方PC32.5水泥：初凝時間298 min、終凝時間387 min，3 d抗壓強度18.1 MPa、3 d抗折強度4.3 MPa。攪拌和養生用水要求潔凈、不含有害物質，達到飲用水標準。碎石采用湘韶碎石場碎石，集料尺寸符合規范要求，軟弱顆粒和針片狀含量不超標，雜質含量、含泥量等在控制在要求范圍之內。各種材料分倉堆放，邊界清楚。各種材料存量滿足階段施工需求。

3.2 混合料組成設計

水泥∶水∶(9.5～31.5)mm碎石∶(4.75～19)mm碎石∶(0～9.5)mm碎石∶(0～4.75)mm碎石=1∶1.06∶3.19∶4.99∶5.19∶6.58；水泥劑量5.0%，最大干密度2.28 g/cm3，最佳含水量5.1%。

3.3 試驗參數與質量控制

(1)碾壓機械、攤鋪機械就位

攤鋪機在K13+800斷面就位，按預設標高調整熨平板，檢查鋼絲繩標高、在熨平板下用墊木將熨平板調整到設定松鋪系數標高和橫坡。將攤鋪機的傳感器調整到正常工作狀態后開始等料。壓路機停于攤鋪機之后，并清理壓路機輪。

(2)拌和

采用廠拌集中拌和，WCB500型電腦化控制，使用前進行標定，將所有集料全部按照設定值自動控制，并進行試拌混合料，驗證配合比的準確性。

(3)運輸

采用20輛20T自卸汽車運料，為保證汽車行駛安全和連續攤鋪，派專人在拌和站出口、便道交叉口位置處指揮交通，現場存料車4輛后才開始水穩碎石攤鋪。

(4)攤鋪

攤鋪機寬度設置為4.8 m，松鋪系數暫定設定為1.30，攤鋪速度初設為1.5 m/min～2.1 m/min。攤鋪5 m時立即檢測攤鋪面的標高及橫坡，滿足設計要求后，再繼續攤鋪。每10 m檢測水穩碎石攤鋪頂面標高，檢測位置同路基頂面檢測位置。根據之前測的對應點的水穩底面標高計算出水穩松鋪厚度及橫坡度，并做好數據采集。同時進行攤鋪平整度檢測，達不到要求時，立即進行調整。

在攤鋪過程中，對攤鋪機行走速度進行了測定，發現在速度達到2.2 m/min時，前面車輛卸完料，后續車輛不能及時倒退到攤鋪機前卸料，造成攤鋪機停機待料；在速度為1.5 m/min，1.8 m/min，2.0 m/min時，現場攤鋪機前始終有6～4臺車，并且攤鋪機沒有停機待料的現象，攤鋪機連續、平穩攤鋪，表面平整度符合要求。最后選定攤鋪機的速度2.0 m/min。

(5)碾壓

混合料經攤鋪與整型后，立即在全寬范圍內進行了碾壓。

初壓采用XSM220壓路機靜壓2遍，XS262J壓路機強振7遍，終壓由XSM220壓路機進行碾壓。壓路機碾壓速度前兩遍速度控制在1.5～1.7 km/h之間，然后控制1.8～2.3 km/h速度碾壓。路面的兩側較中間多壓2～3遍。該段落為右彎曲線段，右側設超高，碾壓時由左側路肩開始向路中心碾壓，壓路機的鋼輪重疊1/2輪寬，后輪超過兩個碾壓段的分界處。在碾壓的過程中，禁止壓路機在正在碾壓的路段上“調頭”和急剎車。壓路機碾壓完路面全寬時，即為一遍，碾壓一直進行到符合設計要求的密實度為止。

對碾壓過程中出現的“彈簧”松散、起包“臃包”等情況，及時翻開重新拌和或換填新的混合料，使其達到質量要求。

(6)檢測壓實度

碾壓時，由試驗室負責在指定斷面進行壓實度觀測在用26T壓路機碾壓5遍、6遍、7遍直至壓實度滿足要求后各檢測一次壓實度，及時得出壓實度數據，對數據進行分析并找出最佳的碾壓組合和碾壓遍數。

(7)計算松鋪系數、橫坡度

碾壓完成后，測量人員每隔10 m迅速恢復斷面，并測量記錄各個斷面位置處的最終碾壓高度，計算出松鋪系數和橫坡度。

(8)檢測平整度、寬度

碾壓完成后，測量人員檢測最終碾壓寬度和平整度，并派專人對碾壓段產生的擁包進行鏟除，人工撒布細料補平。

(9)接頭處理

由于試驗段為半幅攤鋪，必須要做縱、橫向接縫處理，采用縱、橫向垂直接頭，用3 m尺檢測在平整度符合要求且碾壓密實處，劃直線鏟除多余料，用裝載機裝運，遠離施工地段。

(10)養生及防護

碾壓完成并經壓實度檢查合格的水泥穩定碎石基層，立即用土工布進行覆蓋保濕養生，覆蓋2 h后，再用撒水車灑水，養生期小于7 d，養生期間做好交通管制工作，只允許灑水車輛通行，行車速度不超過15 km/h。

4 主要試驗成果

(1)混合料各成分比例

通過試驗確定混合料各成分比例為：

水泥∶水∶(9.5～31.5)mm碎石∶(4.75～19)mm碎石∶(0～9.5)mm:(0～4.75)mm碎石=1∶1.06∶3.19∶4.99∶5.19∶6.58；水泥劑量5.0%；最大干密度2.288 g/cm3；最佳含水量5.1%。

(2)松鋪系數

根據攤鋪前后及壓實后標高測量分析結果分析，計算松鋪系數值。

現場量測11個斷面的松鋪系數，最大值1.4，最小值1.29，平均值1.352。

(3)碾壓組合

根據現場碾壓遍數與實測壓實度值的關系，采用XS262J壓路機碾壓組合下碾壓9遍后壓實度滿足設計要求，靜碾一遍后水泥穩定碎石表面平整、密實、光潔、無輪跡，外觀滿足規范要求，由此確定選擇靜壓2遍，振壓7遍、光壓1遍來控制25 cm厚基層水泥穩定碎石的最終碾壓組合。另外為保證基層兩側邊緣的壓實度，采用平板打夯機進行夯實。

5 質量檢測與分析

(1)平整度

設計要求小于12 mm/3 m，現場檢測20個點，有3個點不合格，合格率85%。

(2)攤鋪寬度

要求不小于設計值，檢測4個斷面，最大偏差+25 mm，最小偏差+8 mm，合格率100%。

(3)橫坡度

規范要求±0.5%，檢測4個斷面，最大偏差0.44%，合格率100%。

(4)高程

4個斷面高程檢測結果為，最小-14 mm，最大10 mm，合格率87.5%。采用高程控制樁，帶鋼絲線控制。不合格的點可能是由鋼絲線的松動和現場松鋪厚度跟蹤測量不到位等有關。

(5)壓實度

靜壓2遍強振7遍收光1遍后壓實度檢測2個斷面，結果分別98.5%、98.8%，均大于設計要求的97%，合格率100%。

(6)水泥劑量

水泥劑量檢測2組數據，最小值5.2%，最大值5.4%，平均值5.3%，合格率100%。

(7)含水量

施工中含水量為5.1%～5.5%，滿足施工規范要求。

(8)強度

測試強度平均值5.1 MPa、標準差0.38、偏差系數7.5，強度代表值4.4 MPa，滿足規范要求。

(9)厚度

通過現場取芯，厚度最小達到24.5 cm，芯樣基本完整，滿足規范要求。

6 結 語

通過水泥穩定碎石基層試驗段的施工和測試，結合對現場人員組織、機械設備調配、測量、質量檢測的成果分析，試驗段所采用的材料符合要求、主要技術參數合理、施工工藝可行，人力安排和機械組合高效，為后期規模化施工組織、技術管理、機械配置提供了控制數據，為施工質量控制提供了科學依據。