某高速公路抗裂型水泥穩定碎石基層技術研究及應用

鎮江市交通工程建設管理處，江蘇 鎮江 212000

水泥穩定碎石基層作為承重層，在路面結構中起著承上啟下的作用，具備優異的強度、剛度、水穩定性，在高等級公路基層中廣泛使用。但水泥穩定碎石基層容易產生裂縫，不僅降低了整體強度，還會形成反射裂縫，從而影響路面使用質量，是歷來困擾工程建設者的問題。鎮丹高速公路為交通部綠色循環低碳公路主題性項目，設計采用低劑量抗裂型水泥穩定碎石，通過優化級配骨架結構，降低水泥含量，從而保證整體強度，減少收縮、增強抗裂性，延長路面使用壽命。

1 技術要求

為更好地指導施工，結合部頒行業標準提出的新要求，對相關內容進行調整，形成該項目抗裂型水穩基層施工指導意見。

1.1 水泥要求的變化

為獲得強度保證，明確由“宜采用32.5或42.5級緩凝水泥”改為“宜采用42.5級或以上緩凝水泥”。

1.2 碎石要求的變化

（1）提高粗集料壓碎值要求，提高到“應不大于26%”；（2）增加粗集料粉塵含量應小于2%、軟石顆粒含量應小于5%的要求；（3）要求3～5mm細集料嚴格控制小于2.36mm的顆粒含量；（4）將0～3mm細集料滿足0.075mm通過率要求，提高到“宜小于等于15%”，如表1所示。

表1 細集料規格要求

1.3 設計要求的變化

（1）基于抗裂水穩需要更好的骨架結構，對合成級配關鍵篩孔范圍進行調整，如表2所示。

表2 項目混合料級配范圍

（2）要求三個限制，在滿足設計強度基礎上限制水泥用量；在減少含泥量的同時，限制細集料、粉料用量；根據氣候條件限制含水量。要求水泥劑量不應大于4.5%、集料級配中0.075mm以下顆粒含量不宜大于5%、含水量不宜超過最佳含水量的1%。

（3）提高無側限抗壓強度要求，將靜壓強度代表值不應小于3.0MPa提高到3.8MPa，并要求采用振動壓實法成型的試件7d浸水無側限抗壓強度代表值應滿足5.0MPa。

（4）明確混合料設計分目標、生產配合比兩個階段。

（5）要求配合比設計同時使用振動壓實法和重型擊實法確定最佳含水量和最大干密度，通過最大干密度取值確定兩者的轉換系數。生產配合比設計階段可通過重型擊實法所驗證的最大干密度乘以轉換系數確定振動壓實法最大干密度。

1.4 施工要求的變化

（1）采用雙拌缸拌和樓，具備二次拌和能力，拌和時間不短于15s，提高均勻性，如圖1所示。

圖1 雙拌缸拌和工藝

（2）明確單鋼輪初、復壓，膠輪壓路機和雙鋼輪壓路機終壓，單鋼輪壓路機噸位不小于20t，膠輪壓路機噸位不小于30t。

2 原材料準備

原材料質量直接決定抗裂型水穩的成功與否，該項目原材料選擇技術標準高于以往，試驗結果如表3所示。

表3 集料試驗結果

3 配合比設計

3.1 設計理念

注重抗壓強度、劈裂強度的平衡設計。嚴格限制水泥用量，達到設計強度即可，減少水泥過多帶來溫縮裂縫的風險。合成級配4.75mm通過率控制在30%左右，追求抗壓強度、劈裂強度及最大干密度的平衡。最大限度地降低石粉使用量，推薦合成級配2.36mm通過率控制在20%以下，生產配合比設計結果為1#料∶2#料∶3#料∶4#料=37%∶35%∶6%∶22%，如表4所示。

表4 生產配合比設計結果

3.2 采用振動成型設計

（1）規范振動成型壓實機振動參數，靜面壓力為140kPa，頻率為35Hz；振幅為1.4mm，激振力為7612N，振動總時間為2min。

（2）相對重型擊實法，振動成型法與現場環境契合度高，有助于控制水泥劑量與含水量，在目標及生產配合比設計階段均使用，對最大干密度的確認意義重大，目標配合比設計結果如表5所示。

表5 項目目標配合比設計結果

4 施工過程控制

4.1 拌和質量控制

石料分為四檔粒徑，封閉保存；配置雙缸強制式連續拌和機，全自動電腦稱重，經2次拌和，確保各檔石料按設計比例準確投料及攪拌均勻，減少攤鋪離析。

4.2 運輸環節控制

運輸車安裝自動伸縮覆蓋裝置，既加快覆蓋速度，減少混合料水分散失；又避免人工覆蓋的安全隱患，值得推廣運用，如圖3所示。

4.3 攤鋪環節控制

采用兩臺攤鋪機全斷面梯隊一次性攤鋪，采用鋼絞線控制高程和平整度。

4.4 碾壓環節控制

現場控制碾壓的干密度堅持使用振動成型的最大干密度，最大程度提高碾壓效果，使混合料中粗集料相互嵌擠和咬合，達到骨架作用；細集料起到對粗集料間隙的填充和黏合作用，最大程度上增加內部摩阻系數和抗裂作用，是減少基層裂縫的力學依據。

4.5 養生

養生采用覆蓋一層土工布灑水養生。低溫施工不便采用灑水養生時段，先蓋一層塑料薄膜，以起到保濕作用，薄膜上面再蓋土工布，氣溫在5℃以上時，蓋1層土工布，在5℃以下時，蓋2層土工布。

5 質量驗收

5.1 混合料

為確保混合料質量穩定，要求每生產班不少于上、下午各一次級配篩分，確保水泥劑量準確應用，保證級配符合設計要求。混合料關鍵篩孔變異系數基本控制在5%左右，波動性較小，級配始終控制在一個合理范圍，如表6、圖4～圖6所示。

表6 項目混合料關鍵篩孔統計表

圖4 混合料4.75mm篩孔通過率波動圖

圖5 混合料2.36mm篩孔通過率波動圖

圖6 混合料0.075篩孔通過率波動圖

5.2 壓實度

根據要求頻率，現場攤鋪同步檢測，及時指導碾壓。

5.3 無側限抗壓強度

每天上、下午各一次成型，標準養護6d，浸水1d，壓力機檢測。

5.4 鉆芯取樣

鉆芯取樣作為檢測重點，養護7d后鉆芯，檢驗芯樣成型、集料分布、芯樣厚度等，如圖7所示。

圖7 項目抗裂水穩芯樣

6 結論

該項目水穩施工重視原材料質量控制，通過優化混合料設計及施工控制，為防范裂縫創造堅實基礎，全線21.63km基層經過冬歇期后，發現裂縫僅76道，且多為表面微裂縫，與以往工程對比，裂縫數量顯著減少，抗裂水穩成效顯著，總結出以下結論：

（1）該項目粗集料壓碎值為21.6%；粗集料0.075mm通過率低于2%，細集料0.075mm通過率低于15%，為高品質水穩提供基礎條件。

（2）集料采用9.5～31.5mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm和0～2.36mm四種規格，有利于級配控制及優化。

（3）優化混合料級配設計，注重抗壓強度，劈裂強度的平衡設計，嚴格限制水泥使用量，減少水泥過多帶來溫縮裂縫的風險，合成級配4.75mm通過率控制在30%左右，合成級配2.36mm通過率控制在20%以內。

（4）配合比按目標及生產配合比兩個階段設計，使用振動壓實法和重型擊實法確定最佳含水量和最大干密度。

（5）采用雙拌缸拌和樓，混合料拌和時間不小于15s，提高拌和均勻性。