水泥穩定碎石基層施工技術研究

張建英

(張家口路橋建設集團有限公司，河北 張家口 075000)

1 引言

基層作為主要承重層在路面結構中占據著重要作用。受到經濟條件和實際國情的影響，半剛性基層是我國城市道路和高速公路的主要選擇，其中，水泥穩定碎石基層(以下簡稱“水穩基層”）由于強度高、使用壽命較長、承載能力好等諸多優點而被廣泛應用。水泥穩定碎石混合料是由水泥、集料和水充分拌和后形成的，同時考慮到攤鋪后，水穩基層的干縮、溫縮效應，在混合料制備時，往往會摻入外摻劑以提高基層的抗裂性能。考慮到水穩基層受溫度和濕度影響顯著，在其施工中進行質量控制是十分重要的。

2 水穩基層特性

水穩基層強度的形成主要是通過水泥的膠凝作用，水泥的劑量越高，水穩基層強度越高，但水泥劑量高帶來的副作用是基層受溫度和濕度影響顯著，溫縮、干縮效應嚴重。因此，在進行混合料制備時，需要嚴格控制水泥劑量，既保證水穩基層強度滿足要求，又能緩解水穩碎石基層干縮、溫縮效應[1]。

3 工程實例

3.1 工程概況

某公路全線長5.8 km，設計采用雙向6 車道，路寬50.5 m，通車運行十年以來道路路況整體較好，在舊路檢測中通過落錘式彎沉儀發現，該道路整體彎沉值偏大。通過取芯機選取典型位置取樣發現芯樣整體破損嚴重，其中，K2+100～K3+500路段芯樣基層完全松散。檢測結果表明，該道路承載性能已不足以滿足當前使用要求。經過相關部門召開專家會后決定對該道路基層進行處理，擬通過水穩基層替代原路面的水穩砂礫基層。

3.2 原材料

3.2.1 水泥

在水泥的選擇上，嚴禁使用早強或高強水泥，早強和高強水泥雖然早期強度較高，但隨著使用時間的增長基層開裂會愈來愈嚴重。本項目以源頭把關、質量控制為原則，對比多種水泥性能后選擇硅酸鹽水泥作為水泥穩定碎石基層原材料。該水泥的物理性能指標檢測結果如表1所示。

表1 水泥物理性能指標檢測結果

3.2.2 碎石

道路工程中常用碎石主要有玄武巖、花崗巖和石灰巖，考慮到工程成本和材料性能，項目選擇石灰巖作為水穩碎石基層原材料。石灰巖碎石性能指標如表2所示。

表2 石灰巖碎石性能指標

3.3 水穩基層施工工藝

3.3.1 施工準備工作

水穩基層施工前，首先應配備相應的挖掘機、銑刨機、水穩攤鋪機、壓路機、碎石篩分機等施工機械，同時對基層施工所需的設備做好調試工作，該措施主要是考慮到水泥穩定碎石混合料的終凝時間在6 h 左右，需要保證水泥穩定碎石基層施工的連續性，避免施工機械發生故障阻礙施工。機械調試完畢后，對原路面面層進行銑刨處理，然后采用挖掘機將原道路的水穩基層挖除并通過壓路機對土基進行壓實處理。土基壓實度滿足要求后開始測量放樣工作，設置中樁，然后在土基表面撒布一定量的水泥漿，該措施目的主要是提高土基與底基層的黏結性能。

3.3.2 混合料的拌和與運輸

本項目基層結構采用雙水穩基層結構，基層結構由36 cm水泥穩定碎石上基層+18 cm 水泥穩定碎石下基層組成。為了保證基層攤鋪作業的連續性，混合料的拌和需要采用工廠集中拌和的方式進行，保證拌和站拌和能力不低于500 t/h。每天水泥穩定碎石混合料制備前，應先對拌和廠內儲料倉的集料進行含水量檢測，按集料的實際含水量計算當天的混合料配合比，以此保證混合料各類材料用量的準確性。混合料拌和過程中，每次向拌和設備中投入原材料時，應當精確計算好用量。各類原材料加入后確保拌和時間，使其能夠均勻分布于碎石集料中。水泥穩定碎石混合料拌和完畢后，進行出料時，首先要將拌和機內死角或粘在內壁的混合料充分排出，避免影響后續混合料的級配和含水量。

3.3.3 混合料的運輸

水穩碎石混合料裝料前，應當對車廂內壁進行清理，將黏結在車廂內壁的混合料鏟除。其次，為了避免粗細集料的離析，應當盡可能分多次對混合料裝車。裝車完畢后，對車廂頂部區域加以覆蓋，特別是高溫時期，水分散失迅速，若未進行覆蓋保護，混合料水分散失嚴重將會影響后續攤鋪及碾壓施工。此外，混合料裝車時，應保證自卸汽車數量，確保車輛數量能夠符合拌和站出料要求[2]。

3.3.4 混合料的攤鋪

水泥穩定碎石的攤鋪應在取得總監理工程師批準后方可進行作業。施工前，根據放樣結果打好導向控制線支架，根據松鋪系數計算出來的松鋪厚度懸掛厚度控制導線。準備就緒后開始卸料，由于基層厚度小于20 cm，項目采用一次性攤鋪方式。

攤鋪開始后，首先卸料車停留在攤鋪機前約5 m，然后攤鋪機緩慢前進抵住自卸汽車，汽車駕駛員接到施工員指令后提升車廂緩慢卸料，卸料過程中車輛掛空擋，由攤鋪機抵住前進。

3.3.5 混合料的碾壓與養護

水泥穩定碎石的碾壓是基層強度形成的重要工序，在水穩碎石的攤鋪過程中，應當確保每臺攤鋪機后緊跟三輪壓路機或雙鋼輪壓路機進行碾壓，每次碾壓時控制碾壓段距離在50～80 m，每個碾壓段設置明顯標識，初壓控制速度在1.5～1.7 km/h，后續復壓及終壓控制在1.8～2.2 km/h。具體施工首先采用鋼輪壓路機碾壓使基層壓實度達到90%，再采用振動壓路機低頻高幅振動碾壓，經過檢測達到相應壓實度要求后，通過膠輪壓路機消除水穩基層的輪跡效果。

針對壓實度的檢驗，初壓、復壓過程中可以采用核子密度儀測量，終壓后為了保證測量準確性，應采用灌砂法檢測壓實度。經檢測壓實度滿足要求后，立即采用土工布覆蓋水穩基層。

3.4 水穩基層質量控制措施

本項目為城市道路基層修筑，在材料選擇質量控制的基礎上，應選用標號不低于42.5 的普通硅酸鹽碎石或硅酸鹽水泥，避免使用早強或高強水泥，同時水泥進場前對其物理性能和化學成分進行分析，應符合通過GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》的規定。在水泥劑量的控制上，過高的水泥用量雖然能極大地提高水泥穩定碎石的強度和剛性，但劇烈的溫縮、干縮效應會引起瀝青路面的反射裂縫，而過低的水泥劑量則無法充分保證水穩基層的強度和剛度，因此，混合料拌和前需要進行配合比設計，精確控制水泥用量。在碎石的選擇上，粗、細集料應堅硬、耐久、公稱最大粒徑不得超過31.5 mm，石料的強度等級不小于3 級，混合料中，砂應采用潔凈、堅硬、符合規定級配、細度模數在2.5 以上的粗、中砂。

在施工過程中的質量控制上，筑底基層前，應對土基壓實度進行檢驗，壓實度、平整度符合要求，報監理審核后方可進行攤鋪施工。為了避免混合料離析，水穩基層的攤鋪應當采用兩臺攤鋪機梯隊作業，同時為了避免施工過程中機械碰撞，兩臺攤鋪機應間隔一定距離，并保證行進速度一致，攤鋪厚度一致等。基層壓實時，為了防止基層推移和起浪，壓路機倒車、轉彎過程中應掛低擋緩慢操作，當駕駛速度過快時，可能會拉動基層。此外，碾壓作業應當從標高較低的一側開始碾壓，先低后高，最后碾壓道路中心區域。

養護是水穩基層強度形成的重要步驟，養護時間內應封閉交通，防止車輛碾壓基層導致碎石集料松散。同時，在覆蓋土工布的7 d 內，要每日灑水，使基層表面處于潮濕狀態。

4 試驗路段性能檢測

4.1 壓實度檢測

為了檢測碾壓作業后路面的最終壓實度是否滿足規范要求，項目通過灌砂法進行壓實度檢測，壓實度檢測結果見表3。

表3 水泥穩定碎石壓實度檢測結果

根據檢測結果可知，行車道基層、底基層壓實度和非機動車道基層壓實度最小值分別為98.1%、97.1%和97.2%，均滿足規范對水穩碎石基層壓實度的要求。

4.2 強度檢測

水穩基層養護完畢后，在進行面層施工前，為了檢測水泥穩定碎石強度是否符合要求，針對K2+100～K3+500 路段隨機選取樁號進行鉆芯取樣，對芯樣進行7 d 抗壓強度檢測，芯樣抗壓強度試驗結果見表4。

表4 水穩基層強度試驗結果

對芯樣進行7 d 抗壓強度檢測，抽取芯樣抗壓強度最小值為3.55 MPa，滿足規范要求的3.5 MPa 要求。

5 結語

水穩定基層是我國高速公路和城市道路主要選用的基層類型之一，由于水穩基層的干縮、溫縮特性，對其進行質量控制是十分必要的。本文結合某公路工程實例，簡要介紹了水穩基層的特性，通過項目實例對水穩基層施工技術和質量控制措施進行了詳細闡述，通過強度檢測和壓實度檢測得出以下結論：

1）對壓實完畢的水穩基層進行灌砂法試驗，行車道基層、底基層壓實度和非機動車道基層壓實度最小值分別為98.1%、97.1%和97.2%，均滿足規范對水穩基層壓實度的要求。

2）通過7 d 抗壓強度檢測可知，抽取芯樣抗壓強度最小值為3.55 MPa，滿足規范3.5 MPa 的要求。