道路施工中水泥穩定碎石基層施工技術研究

林聰駿

（贛州市公路發展中心安遠分中心，江西贛州 342100）

0 引言

水石基層表現出強度大、可用周期長、承載性能優異等特點，在工程中獲得了有效使用。水泥穩定碎石的工藝材料，混合了水泥、集料等成分，綜合考量攤鋪工藝的需求，考慮水石基層可能出現干縮、溫縮等問題，在生產混合料時，會添加外摻劑，以此減少基層出現裂縫的現象。

1 工程概況

案例項目全線約有6km，擬定雙向通行，共設6 條行車路線，道寬設計為51m，道路通行至2022 年約有10 年，整體路況較好。使用彎沉儀進行路況檢測時，發現道路出現較大的彎沉現象。運行取芯設備，隨機選點檢測，發現芯樣結構受損，部分路段的芯樣基層處于松散狀態。測定基層性能后，認為路面性能較差，無法達到行車要求。經多方主體開會商定，需進行道路基層整改處理，使用水石基層更換原有的基層，以此增強路用效果。

2 水石基層的工藝分析

2.1 水泥性能

選用水泥材料時，不可使用強度較高、凝固較快的水泥。在長期通車的路段上，高強度水泥建成的基層極易出現裂縫問題。案例項目在施工初期制訂了材料管理的方案，加強材料管控，從材料根源上減少裂縫問題。

案例項目選擇硅酸鹽水泥，用作水石基層的基礎用料。案例工程入場的水泥材料，質量檢測結果如表1 所示。

表1 案例工程水泥材料的質量檢測結果 單位：MPa

根據表1 數據發現：案例項目入場的水泥，性能檢測結果符合要求，可用作水石基層施工材料。

2.2 碎石

案例項目中的碎石類型較多，具體包括“玄武巖”“石灰巖”等。參照工程水石基層的施工需求，選定“石灰巖”進行施工。案例項目石灰巖入場后，檢測石灰巖性能，檢測結果如表2 所示。

表2 案例項目石灰巖的性能檢測結果

表1、表2 的檢測過程，是以“公路集料試驗”的相關要求為依據，保證檢測操作規范、檢測結果可用[1]。

2.3 水石基層工藝內容

2.3.1 工藝準備

施工前，準備工程所需的挖掘、壓路等設備，進行相應的施工調試。因工藝材料的終凝用時約為6h，需保持材料施工的持續性，防止設備故障帶來的施工中斷問題。設備調試成功后，銑刨路面，運行挖掘機處理水穩基層，去除原有性能欠佳的基層結構。運行壓路機，進行壓實加固。壓路機施工完成，開始測量放樣，設計中樁，使用水泥漿添加在土基層，以此增加土基、底基之間的黏結效果。

2.3.2 設備性能要求

厚度較大的水石基層施工期間，要求工藝設備擁有較好的性能，為保證一次鋪筑成功，可選擇DT1800大功率的設備，進行攤鋪施工。在攤鋪期間，應控制設備碾壓速度≤3.0m/min，該案例項目攤鋪速度可為2～3m/min。

2.3.3 用料管理

該案例項目擬定了水石基層的施工體系，上基層碎石規格為36cm，下基層碎石規格為18cm。以持續攤鋪生產為工藝目標，采取集中拌和生產形式，拌和站的用料處理速度≥500t/h。首先，在混合料生產前期，需獲取集料含有的水分情況。依據集料實際含水比例，推算混合料配比方案，以此保證配比合理。用料添加完成，綜合控制拌和時間，保持各類材料分布的均勻性。其次，拌和完成輸出材料時，需清潔拌和設備死角位置，排除內壁余料，保持用料性能的平穩性。再次，裝料前期，需清潔車廂內壁，去除內壁環境黏附的余料，并采取分批次裝車形式，防止出現材料離析問題。最后，裝車完成，覆蓋車廂，防止水分流失。如果未加以覆蓋，會出現水分大量流失現象，不利于攤鋪、碾壓各項工藝的進行。

2.3.4 攤鋪

用料攤鋪工藝需獲得監理同意，方可開展施工任務。在工藝前期，依據放樣結果，提前設計導向控制支架。基層厚度不足20cm，可選擇一次攤鋪工藝，保證施工質量。攤鋪期間，在攤鋪設備前方5cm 位置停放卸料車，使攤鋪設備連接卸料設備。由駕駛員進行慢速卸料，卸料期間，需保持車輛掛在“空擋”位置。

2.3.5 碾壓

用料碾壓是保證水石基層強度的關鍵流程，在攤鋪施工期間，采取“1 臺攤鋪+3 輪壓路”“1 攤鋪+雙鋼輪壓路”的形式，每次碾壓施工后，保持碾壓段間隔處于50～80m，并在碾壓完成的路段添加標識。初壓速度保持在1.6km/h，速度變化不超過1km/h。復壓、終壓時，設備速度取2km/h，速度浮動控制在2km/h以內。實際施工期間，先采用鋼輪壓路設備進行首次碾壓處理，使基層壓實程度不小于90%，再用低頻高幅振動形式，進行二次碾壓。碾壓完成，測定基層性能，使用膠輪壓路設備，清理碾壓形成的輪跡[2]。

2.4 基層力學分析

2.4.1 鋪筑工藝分析

該案例工程水石基層的初定方案為“36cm+18cm”，基層整體厚度為54mm，大于30mm，使用一次攤鋪的工藝難度較大，對機械選用的要求較高。多數情況下，采取分層鋪筑方法，可保證基層質量。分層鋪筑的操作方法會建成連續性不強的基層結構，與設計結構的受力設想出現沖突，形成兩個薄層分別承擔路面作用力，結合點的受力具有集中性，無法保證路用性能。在機械生產技術更新后，較多規格的設備用于施工體系，給予水石基層施工更多可能性。相比分層工藝而言，一次鋪筑的工藝方案，更優于分層工藝。依據瀝青路面的工藝規劃方法，一次鋪筑、分層工藝兩個方案的力學表現，主要集中于“路表彎沉”“基底拉應力”等各個方面。

2.4.2 力學模型

使用線上平臺建立路面模型，添加相關的技術參數。技術參數方案如表3 所示。

表3 技術參數方案

表3 中的a 值取260mm，S 結果約為0.03580m2。表3 建立的力學模型，是以碾壓設備與路面接觸區域為目標，介于兩個基層之間的位置，分析攤鋪期間兩個基層的相互關系。設定了接觸面的相關信息，建立了接觸屬性，進行模擬施工。接觸面共含有兩種作用力，可使用庫倫摩擦模型，客觀表達作用力，以u 模擬作用力的摩擦過程。

2.4.3 參數設計

參照一次鋪筑、分層作業的兩類工藝，針對案例項目進行水石基層的模擬施工。工況a：基層方案為“20cm+16cm”。工 況b：“36cm+18cm”。工 況c：“18cm+18cm”，工況d：“16cm+20cm”。各工況均是“上基層厚度+下基層厚度”。考量各基層之間的接觸期間，u 摩擦系數取值為0.5。工況e～f 的工藝為“一次鋪筑”，工況e 鋪筑36cm，工況f 鋪筑34cm，工況h 鋪筑30cm，工況g 鋪筑26cm。加上分層鋪筑工藝，共有8 個工況，進行水石基層性能對比。

2.4.4 分層工藝力學分析

在標準軸載條件下，分層工藝力學分析結果，如表4 所示。

表4 標準軸載條件下，分層工藝力學分析結果

由表4 對比發現：工況b“36cm+18cm”的方案，路表彎沉量較小，與工況d 相近。其他應力對比時，b 工況相比d 工況均有一定優勢。為此，分層鋪筑時，工況b 性能最佳。

2.4.5 一次鋪筑力學分析

利用線上平臺，模擬一次鋪筑的4 個工況，在標準軸載條件下，測定各位置的力學表現。測定結果如表5 所示。

表5 標準軸載條件下一次鋪筑各工況的力學表現

如表5 數據發現：在標準軸載條件下，一次鋪筑方法中，厚度較大時，路表彎沉量會逐漸變小，相應減弱面層承受的應力。而單次鋪筑36cm 的水石基層，在8個工況的力學分析中，路表彎沉量最小。由此推斷：一次鋪筑工藝的基層性能更優異，工況e 相比工況b路表彎沉量會減少12.2-11.3=0.09mm，基層承受的拉應力減少了0.042-0.0401=0.0019MPa。

2.5 試驗段檢測

使用工況e 進行一次鋪筑，碾壓施工后，測定各點工藝質量。該案例項目使用灌砂法進行測定，共選擇5 個點測定基層強度，7d 抗壓性檢測結果在3.54～3.68MPa 之間，均大于3.5MPa，符合水石基層強度的檢測要求[3]。

2.6 工藝質量管理措施

2.6.1 材料質量控制

水石基層施工，較為關鍵的是水泥、碎石兩種材料。材料質量，在一定程度上關聯著基層施工質量。為此，在施工期間，不可選用劣質材料。嚴控材料性能，進行必要的性能檢測，保證材料性能符合要求。

2.6.2 用料比例

合理配制混合料，能夠顯著提高路面性能，合理控制路面縫隙寬度，最大程度地展現混合料的穩定性。加強材料配比管理，依照3.0%、4.0%等比例，逐一進行黏合處理，選擇最佳的配比方案。使用振動、重型的工藝，逐步調整用料方案。在拌和前期，需進行用料含水量檢測，如果含水量較高，將會嚴重危及路面性能，甚至會出現裂縫、翻漿等不利問題。

2.6.3 接縫處理

針對工程中存在的接縫問題，可選擇適宜的方式，給出接縫處理方案。使用較多的接縫處理方法，含有“平接縫”“斜接縫”兩種方式。其中，斜接縫方法的使用率較高，能夠用于各個等級公路的工程任務，但此方法在一次鋪筑施工中，不具有適用性。平接縫處理的施工環節，旨在保證工程質量，維持工程結構的美觀性。為此，在接縫處理期間，需有效控制路面平整性，保證路面壓實效果。在接縫處理完成時，保持接縫處無凸凹問題。該案例項目依據一次鋪筑施工任務，給出的接縫處理方案如下：一是針對性能不合格的路段，再次進行攤鋪、碾壓施工之前，需有效清除殘余泥漿，保證工藝處理到位，方可重新攤鋪施工。二是接縫處理時，需嚴格參照設計方案，保證處理質量。

2.6.4 工程檢查

水石基層工藝完成時，依照公路質量檢查的相關要求，逐一測定水石基層的性能。工程質量檢查時，需查看工程高度、結構寬度、平整性各類工藝數據。檢查碾壓厚度、壓實性各項參數的規范性。采取現場取樣方法，獲取水石基層的樣芯，測定樣芯強度。要求施工后7d 的樣芯抗壓性能不小于3.5MPa。檢測工程壓實性時，使用水準儀有效測定各個斷面，檢測間隔為40m，各斷面選擇的測點數量為5～9 個。

2.6.5 水石基層養生

在水石基層結構成型后，測定平整性、壓實性各項性能符合要求，方可進行灑水養生。如果采取“噴灑”養護形式，應防止出現直沖面層的情況。使用養生布時，需規范遮擋，各段養生布的拼接長度應大于0.3m。覆蓋養生用時需多于7d，養生期間路面不可有車輛通行。

3 結語

綜上所述，水石基層是道路施工的關鍵工藝，存在結構干縮、溫縮的質量危害，需嚴控工藝流程，融合質量管理，保證路面性能。該案例工程施工后，進行多個工況方案的力學對比，最終選定工況e，進行一次鋪筑，基層厚度取36cm，以此有效控制路面彎折量，保證路面基層性能符合要求，為國內道路基層施工奠定了良好的基礎。