強骨架型水穩混合料施工應用技術

孫洪軍

(黑龍江省龍建路橋第五工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 引 言

國內高速公路路面面層的承重結構層以半剛性基層為主，20多年來，90%以上的高等級道路采用半剛性材料(無機結合料穩定材料)作為基層[1-3]。高速公路半剛性基層最常用的結構形式為水泥穩定級配碎石，混合料設計有懸浮密實結構、骨架密實結構和骨架孔隙結構。

研究表明，當水泥劑量、養生條件相同時，骨架密實型結構的強度與剛度、抗水損能力均優于懸浮密實型結構和骨架空隙結構[4,5]，且其平均溫縮系數、干縮系數也具有優勢[6,7]。

根據研究結果，骨架密實型水泥穩定級配碎石成為廣東省高速公路瀝青路面基層的常用結構。但是對于骨架密實型混合料的設計與施工應用存在較多問題，比如過分追求骨架，使用較大的粗集料比例配合較少的細集料，導致混合料芯樣空隙率偏大，芯樣密實性較差；同時施工過程容易出現離析，粗集料聚集部位板結效果差，臨時開放交通后出現明顯的跑散。

本文主要研究半剛性基層施工工序中關鍵技術對基層的完整性、密實性、強度和裂縫的影響和控制，從而對后續大面施工提供指導。

2 工程概況

某工程項目全長約77.43 km，雙向六車道，設計車速為100 km/h。該項目主線路面結構從下到上為級配碎石墊層(15 cm)、4%～5%水泥穩定級配碎石底基層(20 cm)、5%～6%水泥穩定級配碎石基層(36 cm)、瀝青面層(18 cm)。

3 配合比設計

3.1 原材料

該項目下基層水泥穩定級配碎石采用項目附近的變質砂巖石料進行生產，四擋料的規格為0～5 mm、5～10 mm、10～20 mm、20～30 mm，篩分結果見表1。

表1 原材料抽檢結果

從檢測結果來看，各項檢測指標均能滿足要求，粗集料水洗法小于0.075 mm粉塵含量未超過1.0%的標準，細集料(石屑)的粉塵含量也能滿足設計要求。

3.2 目標配合比

以原材料篩分試驗結果為基礎，進行目標配合比設計，確定5種不同水泥劑量的最大干密度與最佳含水率。根據試驗調配，根據最大密實理論與骨架設計方法，確定摻配比例為0～5 mm∶5～10 mm∶10～20 mm∶20～30 mm=29%∶15%∶34%∶22%，合成級配曲線如圖1所示。

圖1 目標級配曲線

配合比合成級配控制在設計要求范圍中值附近并稍靠近下限，目標配合比級配曲線滿足設計與規范要求。關鍵篩孔9.5 mm通過率為44.2%，低于中值48%；4.75 mm篩孔通過率為28.3%，略低于中值28.5%。整體骨架效果良好，細集料的摻加比例偏上限，可以保證良好的密實性。

采用振動成型法確認水穩混合料最大干密度與最佳含水率。混合料在5種水泥劑量下的最大干密度與最佳含水率如表2所示。

表2 混合料級配指標表

根據基層施工技術細則(2015)，施工現場壓實度檢測應按照當天取樣振動成型確定的最大干密度為標準，但與目標配合比設計階段確定的最大干密度值相差不大于0.02 g/cm3。經過試驗結果，驗證振動成型法的合理性。

根據礦料的目標配合比，采用5種不同水泥劑量成型混合料試件，養護6 d浸泡1 d后進行無側限抗壓強度試驗，結果如表3所示。

表3 抗壓強度試驗結果

配合比在5.0%水泥劑量與5.5%水泥劑量下成型的7 d無側限抗壓強度均能滿足設計要求。綜合設計要求與工程經濟性，初定5.0%水泥劑量為目標劑量。

4 施工生產關鍵技術

4.1 機械設備

拌和設備：湖南潤天800型(雙拌缸)拌合樓1臺；

攤鋪設備：三一重工SSP100C-6為2臺；

碾壓設備：26 t徐工XS263單鋼輪壓路機1臺；

26 t柳工CLG6126E單鋼輪壓路機1臺；

22 t柳工CLG6122E單鋼輪壓路機1臺；

13 t沃爾沃DD126HF雙鋼輪壓路機1臺；

30 t徐工XP262膠輪壓路機2臺。

4.2 攪拌過程

根據拌和樓的設備性能，在生產配合比設計過程確定好各上料口與料倉開口尺寸、皮帶的轉速、皮帶稱重傳感器精度，并在施工過程定期進行靜態與動態標定，保證各檔材料的摻配穩定性。

項目采用的振動雙拌缸設備，分兩次加水攪拌，一級拌缸加50%用水，充分攪拌打散粗細集料；二級拌缸加入水泥粉和剩余50%用水。整個拌和過程設備均應啟動振動電機。

水穩層施工前，拌合站的料倉備料應達到現有產能的5～7 d產量需求。每天開工前需要檢測各料倉集料的含水率，動態計算與調整實際施工用水量。此外，還需要根據每天施工的氣溫、現場風速來適當增加用水量，本項目一般在0%～1%范圍調整。

拌和時間不少于15 s，且施工中應盡可能縮短從加水拌和到碾壓終了的延遲時間，延遲時間不應超過水泥的初凝時間。

4.3 運輸過程

(1)運輸車輛數量的確定

通過運距確定法確定運輸車輛數量

N=Qb×D×K/qV+n

式中:N為單位時間內運輸車輛需求，輛；Qb為拌合設備單位生產能力，t/h；D為平均運距，km；Q為汽車平均載重量，kg；V為運輸車輛平均運輸速度，km/h；K為時間利用系數；n為攤鋪機前料車輛數量，輛。

(2)裝料控制

為了減少裝料離析，拌和樓的下料口應加設擋板，降低皮帶混合料的沖擊動量。料車接料過程應按照“前-后-中、前后補”方式多次裝料，同時每次接料的料堆不宜超過1.5 m高度。

(3)運輸要求

混合料運輸過程中必須覆蓋篷布，減少水分散失或污染或雨淋，應盡快將混合料運輸至攤鋪現場。車輛統一安裝電動覆蓋裝置，提高效率同時降低安全風險。

料車從出發到卸料需要記錄時間，如果不能在試驗確定的容許延遲時間內施工，則堅決廢棄。

交底運料車司機，在卸料前一刻才能掀開覆蓋篷布，避免掀布過早導致水泥穩定碎石混合料水分散失過快。

4.4 攤鋪控制

水穩級配碎石混合料在攤鋪過程中產生的普遍離析有塊狀粗離析、帶狀粗離析。

若是攤鋪機出料口或者吊臂處產生的離析，可以通過在該處加裝反向葉片，使得細料部分未快速向兩邊走，與粗集料再次混合拌和均勻，從而消除粗離析現象。同理，若是邊部出現粗離析或細離析，亦可以通過加裝反向葉片的措施來消除離析。攤鋪機攤鋪時應使混合料高度在螺旋布料器得中軸以上，避免發生缺料離析的現象。

另外，由于骨架密實型水泥穩定碎石整體偏粗，攤鋪機在施工過程應控制收斗頻率，尤其是避免料斗混合料較少、粗集料匯集的狀態，建議收半斗，刮料器暫停，待下一輛料車混合料喂料后，方可繼續出料鋪筑。

4.5 碾壓工藝的控制

(1)碾壓組合比對

該項目路面標水穩碎石混合料基層試驗段采用了以下兩種方案進行比對，見表4。

表4 碾壓方案

(2)壓實度檢測分析

根據基層施工技術細則(2015)與廣東省施工標準化指南相關規定，基層壓實度代表值應大于98%，極限低值應大于94%；試驗段過程混合料試驗確定的最大干密度為2.326 g/cm3(水泥劑量設計為5.5%)。

表5 壓實度檢測結果

從檢測結果來看，壓實度單點最小值為98.2%，壓實度代表值為99.1%。現場壓實度檢測結果均滿足設計與規范要求。

進一步，比對分析各碾壓方案對壓實度的影響，如表6所示。

表6 不同碾壓工藝下的壓實度

由不同碾壓組合下的基層壓實度指標對比可得，方案二的壓實度比方案一的壓實度高，因此，推薦使用方案二進行大面積施工。

4.6 養生

在基層施工完成后立即進行覆蓋養生，養生采用復合土工膜拼接覆蓋，蓋膜特別要注意從高處往低處一次覆蓋，低處土工膜搭接在上，相互搭接20 cm以上，搭接位采用專制沙袋壓密，嚴禁采用土顆?；蚧鶎訌U料等具污染性材料。

養生期內通過灌水的方式保持表面處于飽水濕潤狀態。灌水特別要按照從高處往低處漫灌，才能起到有效濕水效果。

通過跟蹤對比養生后的基層強度和裂縫情況，7 d無側限抗壓強度均值可達到10 MPa以上，裂縫間距達70 m以上，基層整體性和強度良好。

5 結 論

通過對原材料、配合比、攪拌運輸、攤鋪、碾壓以及養生等施工環節關鍵技術嚴格控制，依托項目的水泥穩定級配碎石混合料基層的整體板結性與開裂性能良好，可為類似項目提供參考，主要結論如下。

(1)優化級配設計，骨架密實型混合料可以達到優良的強度與抗裂性能。

(2)保證攤鋪施工的連續性，調整攤鋪機布料器，改善布料的均勻性，并充分發揮單鋼輪振動碾壓與膠輪的搓揉碾壓效果。

(3)加強水穩結構層養生管理，確保土工布充分覆蓋，并根據天氣情況定期灑水以確保水穩材料飽水養生，有條件可適當延長養生時間。