高速公路水泥穩定碎石基層施工技術分析

王開科

(山西路橋第三工程有限公司，山西 忻州 034000)

1 水泥穩定碎石收縮機理

1.1 干縮機理

水泥穩定碎石混合料的含水量發生變化后，有干縮現象。在含水量降低時，混合料依次受到毛細管張力、吸附力、分子間力、層間水作用力的影響。水泥穩定碎石混合料屬于多孔結構，其內部賦存一定量的水，如表面吸附水、毛細管水、結構水，各部分水經過蒸發后，將導致材料發生干燥收縮的變化。歸根結底，水泥穩定碎石的干縮是多項作用共同產生的結果，即由于某些因素導致內部水分蒸發，并隨著水分的減少而使得材料干縮，可見影響水分蒸發的原因也正是導致材料干縮的重要因素。

1.2 溫縮機理

水泥穩定類材料的基本組成是固相、孔隙水、孔隙、氣體。其中，固相的組成包含礦料(此部分可建立起材料的空間骨架結構)和膠結物(此部分的產生與水泥水化有關)；液相材料主要指的是固相表面的吸附水、潔凈層間水、內部孔隙水；氣相則分布在孔隙空間中。前述提及的三相所具備的熱脹冷縮性質存在差異，若溫度條件有所改變，固相顆粒由于自身熱脹冷縮特性的不同將相互嵌擠膠結，彼此間存在較強的內應力，如顆粒間的相互約束與牽制。由此看來，液相、固相、氣相共同產生的綜合效應是導致水泥穩定碎石熱脹冷縮的關鍵原因。

2 工程概述

某高速公路沿線經過多處池塘、江邊漫灘，施工現場分布較多的軟基，地下水位較高，對公路基層的施工質量提出較高的要求。在該工程中，采用到水泥穩定級配碎石基層，考慮到現場建設條件的特殊性，基層的設計高于國家標準0.5 MPa。在統籌規劃、有序施工后，水泥穩定級配碎石基層的質量可靠，從施工后1年多的使用情況來看，未見任何質量問題。為此，下文則圍繞其中的水泥穩定級配碎石基層施工技術展開分析。

3 水泥穩定碎石基層施工流程

3.1 施工準備

根據工程施工要求和現場作業條件，適配施工機械及相應的配件，試運行，檢驗各類施工機具的運行情況，及時處理存在的故障，避免施工機具“帶病作業”。路面基層施工環節，根據現場用料要求集中廠拌，而后盡快用攤鋪機攤鋪到位，攤鋪后采取壓實措施，最大壓實厚度不超過20 cm。

3.2 材料的選取

(1)水泥：P.032.5水泥，考慮到運輸便捷性和成本控制的要求，優先從本地采購，具體的技術指標、規定值以及實際檢驗結果，如表1所示。

表1 水泥試驗結果

為確定適宜的水泥用量，考慮4.5%、5%、5.5%、6%的水泥摻量，以此來制備混合料，判斷不同水泥用量條件下混合料的性能表現。

(2)集料：在一級公路和高速公路工程中，水泥穩定碎石基層施工所用集料的最大粒徑需≤31.5 mm，顆粒組成及通過質量百分比，如表2所示。

表2 水泥穩定碎石集料顆粒組成范圍

集料的選取需考慮到粗集料和細集料兩類，具體如下。

(1)粗集料。潔凈、干燥，最大粒徑不超過31.5 mm，針片狀含量≤18%，壓碎值≤28%，粒徑小于0.075 mm的部分占總量的比例需≤2.0%。粗集料的粒徑不宜過大，否則將出現如下問題：①不利于正常拌和、攤鋪，可能有大小顆粒分離的異常狀況，嚴重影響到混合料的均勻性；②粗集料的粒徑偏大時，失水速度較快，混合料的含水量在短時間內大幅降低，使得含水量偏離正常區間；③粗集料的粒徑過大時還將影響到混合料的整體穩定性，基層局部有松散現象，部分混合料的強度低于設計值。

(2)細集料。最大公稱粒徑≤4.75 mm，砂當量≤50%。粒徑<0.5 mm的細集料被投入使用后，有一定的塑性指數，此類集料的含量偏高時，將由于水泥穩定碎石基層干縮應變系數的增加而明顯加大開裂的概率，嚴重破壞基層結構的完整性，也將降低基層結構的強度。因此，嚴格控制粒徑≤0.075 mm的細集料的含量，要求≤5%。

3.3 標準擊實試驗

取四種不同的水泥劑量，分別針對各自制備的混合料做標準擊實試驗，采取此方法測定最佳含水量和最大干密度，試驗結果如表3所示。

表3 混合料標準擊實試驗結果

3.4 測定7 d無側限抗壓強度

(1)飽水無側限抗壓強度

試件制作成型后，安排6 d的標準養生(全程溫度穩定在20±2 ℃)和1 d浸水，而后測定7 d無側限抗壓強度，具體情況如表4所示。

表4 抗壓強度試驗結果

(2)確定試驗室配合比

水泥是水泥穩定碎石基層施工中的重要材料，其用量的確定方法如下。

①對比分析強度平均值和設計值，結果顯示，在5.5%、6%的水泥劑量下，試件強度平均值達到設計要求(4.5 MPa)。

③除了混合料的質量外，工程成本的控制也尤為關鍵，經過對比分析，5.5%的水泥摻量最為合適，此時除了滿足強度要求外，還可有效控制水泥的用量，由此確定實驗室配合比，即水泥∶集料=5.5∶100，最大干密度2.4 g/cm3，最佳含水率5.9%，壓實度取98%。

3.5 混合料的拌和

水泥穩定碎石底基層混合料的拌和在拌合站完成。嚴格檢驗進場的水泥、粗細集料等各類原材料，保證各自的質量均達到要求。考慮到運輸、攤鋪期間混合料有水分散失的情況，拌和時混合料的含水量可略高于試驗確定的最佳含水量，以抵御施工中的水分散失。并且，混合料含水量的控制需結合現場氣溫做靈活的調整。在同一天的施工中，早晚和中午的氣溫有較大的差異時，也需根據各時段的溫度條件靈活調整含水量。

3.6 攤鋪

取φ2 mm的鋼絞線，將其掛在鋼筋樁支架上，配套拉緊器，用于調節鋼絞線，使其保持拉緊的狀態。以鋼絞線為基準線，安排攤鋪作業。攤鋪采取機械作業的方法，適配2臺同規格的攤鋪機，呈梯隊聯合作業模式。攤鋪期間，攤鋪厚度、攤鋪速度等各項關鍵的參數均要得到有效的控制，螺旋輸送器以3檔為主，該裝置的仰角應合理。水泥穩定碎石底基、基層的厚度分別為32 cm、20 cm，若由于某些原因而無法連續攤鋪上下基層，則每幅按20 m的間隔依次灑布一袋水泥。雙機聯合攤鋪時，攤鋪機勻速運行，兩臺設備始終保持5～8 m的距離，拌合站根據現場施工要求靈活調整水泥穩定碎石的拌和量，保證材料供應的及時性。攤鋪期間，現場作業人員加強對攤鋪厚度、平整度、路拱的檢查，詳細記錄各項數據。在控制攤鋪機中間高程時，可采用鋁合金條、鋼釬。水泥穩定碎石下層施工完成且經過一周后，經檢查若無異常，則安排水泥穩定碎石上層的施工，在條件適宜時應盡快施工上層，兩層的間隔時間需在10 d以內，否則易影響到層間結合穩定性。

3.7 壓實

(1)根據壓實緊跟攤鋪的作業原則，每臺攤鋪機后方面緊跟壓路機，以便在攤鋪后隨即安排壓實。壓路機選用的是振動壓路機和輪胎壓路機，單次壓實長度控制在50～80 m，分段有序壓實。

(2)碾壓是提高水泥穩定碎石基層平整性和密實性的重要途徑，在碾壓時需要保證各部位均得到充分的碾壓，振壓不起浪、不推移。先穩壓，使水泥穩定碎石的壓實度達到90%左右，再按照輕振動、重振動的順序碾壓，此時壓實度基本達到要求，最后用膠輪壓路機穩壓，全面消除痕跡，保證水泥穩定碎石基層的平整性。碾壓期間壓實度的初步檢測采用核子儀，實測結果不滿足要求時安排復壓，碾壓后用灌砂法檢測，判斷最終的壓實情況。

(3)為保證基層的整體穩定性，壓路機碾壓時重疊輪寬的1/2。

(4)壓路機的運行遵循勻速原則，根據不同遍數靈活調控壓實速度，通常第1～2遍為1.5～1.7 km/h，后續可適當增加速度，但應穩定在1.8～2.2 km/h的區間內。壓路機換擋位置應在已壓實的段落，禁止拉動基層，若局部有擁包現象或是基層呈齒狀，適度鏟除，使基層有足夠的平整性。

(5)壓路機停車應錯開3 m遠，停留位置選取在已壓實的路段，否則將由于壓路機的自重作用而導致基層結構受損。

(6)嚴格控制壓路機的運行路徑，禁止在正在壓實或已壓實的路段調頭、急剎車，否則均易影響到水泥穩定碎石基層的表觀形態，例如局部材料出現推移或是產生缺陷。

(7)水泥穩定碎石基層邊緣處較為薄弱，若完全按照基層設計尺寸進行攤鋪、壓實，該部分可能失穩，因此適當超寬，以便做充分的壓實。

(8)注重碾壓的及時性，需在水泥終凝前完成，經過碾壓后的水泥穩定碎石基層應同時滿足壓實度和平整度的要求。

3.8 接縫處理

(1)相鄰2個施工段存在銜接部位，該處預留5～8 m暫不做碾壓處理，進行后段的施工時，向預留部位添適量的水泥，做充分的拌和，與后一段基層共同碾壓。

(2)每日施工的最后一道末端縫的處理尤為關鍵，要求該縫保持直線，上下垂直度也需合理。基層攤鋪后，盡快在當天完成碾壓。在日次攤鋪新的水泥穩定碎石時，用方木條防護已壓實成型的碎石基層邊緣部分，避免該處受到干擾，但在碾壓前需要將方木條取出。

4 水泥穩定碎石基層施工質量控制措施

4.1 施工準備階段的質量控制

施工前，先檢查下承層，針對存在的問題采取有效的處理措施。例如，下承層受損時安排修補，偏干燥時適量灑水；測量放樣，每10 m布設一處中樁，設定合適的松鋪厚度，根據該要求有序攤鋪；水泥劑量適當高于設計值0.5%～1.0%，以試驗確定的最佳含水率為準，若現場氣溫有明顯波動，可靈活控制混合料的含水率。工期允許時，水泥穩定碎石基層的施工盡可能避開高溫天氣，以免產生縮縫。

4.2 攤鋪階段的質量控制

攤鋪前，以灑水的方法潤濕下承層。靈活調控攤鋪作業參數，例如在水泥穩定碎石混合料拌和效率較低時適當降低攤鋪速度，形成供料與攤鋪相適應的關系，以免施工現場停機等料。兩臺攤鋪機梯隊聯合作業，間距在合理范圍內，有序進行攤鋪。

4.3 壓實階段的質量控制

根據試驗路段的施工情況確定合適的壓實作業方案，包含壓實設備的配套、壓實速度、壓實遍數等，根據該方案安排壓實。壓路機勻速運行，禁止忽然調頭、急剎車。經過壓實后，使水泥穩定碎石基層的壓實度和平整度均達到要求。

4.4 養護階段的質量控制

經過壓實后，若實測結果達到要求，則進入灑水養生環節。養生采用到灑水車，適配噴霧式噴頭，均勻地向基層灑水。灑水的次數無明確的限定，主要根據現場的氣候特征做靈活的調整，為減少水分蒸發量，用塑料膜或是其它可行的材料覆蓋基層。養護全流程中，水泥穩定碎石基層表面均要保持濕潤，以便材料在良好的環境下有效成型。

5 結束語

水泥穩定碎石基層是公路路面結構中的重要部分，工程人員需要高度重視水泥穩定碎石基層的施工，辨識對基層質量造成影響的關鍵因素，結合工程施工條件探尋科學可行的技術措施，再妥善規劃，有效將材料的選取、拌和、攤鋪、壓實、養護等工作落實到位，確保建設成型的水泥穩定碎石基層同時具備高強度、抗裂、平整多項特點，以此來給路面施工質量的提升創設更多的可能。