公路項目路面基層及底基層施工中硬質砂巖的應用探討

李振立

（山西交通建設監理咨詢集團有限公司,山西 太原 030000）

0 引言

近年來，隨著交通行業的不斷發展，公路工程建設取得顯著進步，對砂石料等材料需求量顯著增大，導致石料資源較為匱乏[1]。硬質砂巖作為一種強度低、吸水率大、孔隙率高的巖石，在各地區分布較廣，為有效解決石料資源短缺問題，實現對硬質砂巖的科學應用，該文從晶體結構、物理性質、力學特性、耐久性等不同方面分析了硬質砂巖路用性能，并以此為基礎總結了路面基層及底基層施工中運用硬質砂巖的施工工藝要點，旨在為同行提供參考和借鑒[2-3]。

1 工程概況

某公路項目設計總里程148.67 km，路基寬度為28 m，設計速度120 km/h。道路沿線環境復雜，降雨充沛，為有效提升路基抗水損能力，該工程基層、底基層采用水穩碎石半剛性基層結構。該公路項目局部路段分布大量硬質砂巖層，由于施工現場周邊石料資源匱乏，經研究決定對硬質砂巖工程特性實施分析，將其用于水穩碎石混合料制備的集料，以實現就地取材、節約資源的目的，提升項目建設的綜合效益。

2 路面基層及底基層施工中硬質砂巖工程技術指標

2.1 晶體結構

該項目施工區域內硬質砂巖主要由砂粒膠結形成，其粒徑介于0.05~2 mm 之間，含量高達50%以上。通過X 射線檢測法對硬質砂巖組成成分實施檢測，結果顯示：石英、長石、綠泥石、方解石、云母石含量依次為46%、31%、11%、9%、5%。

2.2 物理性質

（1）外觀特點：該項目采用的硬質砂巖色澤呈青色，質地純正，表面無風化，粒徑組成細小，膠結性良好，結構較為完整。

（2）吸水率：硬質砂巖吸水率直接決定其抗凍、抗風化能力[4]。通常狀況下，砂巖吸水率越大，水穩碎石混合料抗凍、抗水損能力越低，且會產生溫縮開裂，影響基層、底基層施工質量。該項目選用的硬質砂巖相關技術指標如下：吸水率2.09%、含水率1.0%、天然密度2.584 g/cm3，飽水密度2.612 g/cm3，干密度2.558 g/cm3，孔隙率5.5%。根據水穩碎石基層施工規范要求，硬質砂巖用作基層、底基層材料時，其吸水率應小于3.3%，由此可知該項目選用的硬質砂巖材料滿足標準要求。

2.3 力學強度

巖石單軸抗壓強度主要表征巖體強度及巖性，利用壓力試驗設備分別對自然狀態、烘干狀態、飽水狀態下巖石特性實施檢測，得出各種條件下單軸抗壓強度及軟化系數[5]。結果顯示：自然、烘干、飽水三種狀態下巖石單軸抗壓強度依次為95 MPa、114.8 MPa、80.2 MPa，軟化系數0.70；根據相關規范規定，硬質砂巖用作基層、底基層施工時，其單軸抗壓強度依次不得低于65 MPa、50 MPa，因此，該項目選用的硬質砂巖滿足要求。

2.4 耐久性能

（1）抗凍性：采用凍融試驗對硬質砂巖抗凍性實施檢測，結果顯示：硬質砂巖質量損失率為0%，凍融系數為0.87。

（2）堅固性：堅固性檢測結果顯示硬質砂巖質量損失率為2.3%，飽水強度比0.64。結合水穩碎石適用性能可知，該項目選用的硬質砂巖強度、耐久性均符合要求，可用于基層、底基層施工。

3 路面基層及底基層施工中硬質砂巖的施工工藝要點

采用硬質砂巖進行基層、底基層施工時，其施工工藝基本一致，僅混合料配比方面存在少許不同，其施工技術要點如下：

3.1 施工準備

（1）根據工程實際情況，合理配置施工機械，主要包括拌和設備、運輸車、攤鋪機、壓路機、灑水車等，并對各設備性能實施檢測，確保運行狀況良好。

（2）基底清理，并對表面坑洼、凸起實施整平處理。處理完成后，采用灑水車進行灑水濕潤，并采用壓路機碾壓密實，確保承載力滿足要求，壓實成型后再次進行灑水作業，保證表面始終處于濕潤狀態。

（3）基層混凝土攤鋪時，應在基底表面均勻灑布一層水泥漿液，以有效增強黏結效果；施工中若遭遇大風、降雨等極端天氣條件，造成基層產生松散、脫粒、彈軟等現象，應結合基層實際情況，確定是否采取重修措施。

（4）基層正式攤鋪施工前，需先進行試驗段施工，以獲得最佳施工參數，為后續正式施工提供技術支持。

3.2 配合比設計

該項目施工時，應根據相關標準要求，科學選擇施工材料，并實施試驗檢測，然后確定碎石級配及水泥用量，并對配合比實施檢測，最后報請監理單位審批配合比方案[6]。

（1）水泥：水泥選用強度為32.5 普通硅酸鹽水泥，80 μm 篩余率為7.1%，初、終凝時間分別為171 min、203 min，抗壓、抗折強度分別為27.1 MPa 和5.7 MPa。按照設計配合比，水泥用量控制在3.0%~5.5%范圍內。

（2）碎石：選用施工現場硬質砂巖，顆粒級配為0~4.75 mm、4.75~9.5 mm、9.5~19 mm、19~26.5 mm，相應的表觀密度依次為對應的表觀密度分別為2.703 g/cm3、2.702 g/cm3、2.701 g/cm3、2.704 g/cm3，壓碎值20.7%，吸水率2.09%，針片狀含量5.8%；磨損率28.2%，堅固性損失率12%。

（3）水：選用飲用水，水質滿足要求。

（4）無側限抗壓強度：分別按照3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%水泥用量制作標準試件，并科學掌控加水時機，保證所有試件除水泥用量外，其余條件完全相同，根據檢測結果求出試驗抗壓強度，并繪制各水泥用量下強度曲線。按照強度曲線得到基層抗壓強度為3.5~4.5 MPa 或底基層強度大于2.5 MPa 時對應的最小水泥用量。

（5）生產配合比檢驗：對設計配合比條件下水穩碎石混合料級配實施檢測，判定水泥用量、含水量是否滿足要求。該項目采用的細集料粒徑小于4.75 mm，標準篩孔為31.5 mm、26.5 mm、19 mm、9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm，0.6 mm，0.075 mm 時篩率依次為100%、95%、80.5%、58%、40%、27%、16%、4%。

3.3 測量放樣

（1）平面控制：嚴格按照施工圖紙要求準確定位道路邊線和高程，設置控制線時，根據設計高程合理調節水穩碎石層高程。水穩碎石攤鋪時，攤鋪機應嚴格按照道路邊線行駛，確保攤鋪寬度滿足要求。

（2）高程控制：在水穩碎石攤鋪區域內懸掛鋼絲繩基準線，并在攤鋪機上安裝傳感器，以此獲得高程信息，從而實時調節混合料攤鋪厚度、道路坡度及平整度；基準線由規格為φ2~3 mm 鐵絲、鋼釬、張緊器等組成，按照道路標高、水穩碎石鋪設厚度布設基準樁，以10 m 間距為標準布設鋼釬，并將鋼絲掛設于鋼釬上方，采用張緊器張緊鋼絲，確保其拉力控制在800~1 000 N 范圍內；攤鋪過程中，攤鋪機熨平板應緊靠基準線，并采用自動找平裝置對高程實施控制，保證攤鋪厚度和平整度滿足要求。

（3）橫坡控制：通過攤鋪機前端縱坡感應器獲取相關信息，并根據橫坡設計指標對坡度實施控制。攤鋪施工時對熨平板兩側撓度實施檢測，看是否出現變形。

3.4 拌和

（1）該項目水穩碎石混合料由拌和站統一拌制，拌和前應根據實際需求準備足夠的原材料，并經試驗檢測各項性能指標滿足要求，然后按照預先確定的配合比進行投料拌和。

（2）水穩碎石混合料拌和時，應嚴格控制拌和時間、速率及投料時機，保證拌和均勻性。拌和用水量應高于最佳含水量0.7%，以降低水分散失對混合料拌和質量的影響。拌和過程中，嚴格按照溫度、集料含水量變化情況，科學調整最佳含水率[7]。

（3）混合料拌和時應適當增加水泥用量，以超出試驗室確定水泥用量的0.5%為宜，以有效提升混合料性能。

（4）混合料拌和完成后2 h 內必須壓實成型，因此，應根據現場實際攤鋪及運輸能力，科學掌控拌和速率。

3.5 運輸

混合料運輸選用載重量較大的自卸式運輸車，根據實際情況，配置滿足需求的運輸車，并合理規劃運輸路線，確?；旌狭瞎皶r性，提高施工效率；混合料裝車時，應往復移動運輸車，防止混合料離析。

裝車完成后，應采用專用篷布進行覆蓋，防止水分散失過快，影響混合料性能[8]。運料車抵達施工現場后，應安排專人負責指揮卸料。卸料時，運料車應在攤鋪機前方0.3 m 處掛空擋等候，嚴禁碰撞攤鋪機，由攤鋪機頂推前進，逐步完成攤鋪作業。

3.6 攤鋪

（1）攤鋪前對攤鋪設備進行全面檢查，確保性能良好。主要檢測項目如下：①對布料器、送料器進行檢查，清除表面黏附物，確保布料均勻；②對熨平板進行檢查，看其表面是否潔凈和完好，當出現變形、破損時，應予以更換；③檢查行走裝置、厚度控制裝置、拱度控制裝置、自動調平裝置能否正常運轉[9]。

（2）正式攤鋪前，準備三塊長方體枕木，其長度與熨平板等長，寬度為5~10 cm，高度為虛鋪厚度，以此為攤鋪基準；設置熨平板，并合理調節攤鋪角度，抬升熨平板前端，并實施攤鋪作業。

（3）攤鋪作業應連續進行，禁止中斷。攤鋪時現場等待卸料車輛不得少于3 輛；為保證攤鋪均勻性、平整度，應嚴格控制攤鋪機運行速率，以2~4 m/min 為宜。該工程水穩碎石基層攤鋪選用2 臺相同型號的攤鋪進行聯合施工，前后錯開至少10 m。

3.7 碾壓

水穩碎石混合料碾壓要點如下：

（1）初壓：初壓選用膠輪壓路機碾壓2~3 遍，嚴禁采用鋼輪壓路機，防止出現擁包、粘輪等問題。初壓完成后對平整度、拱度進行檢查，確保符合設計要求，并對產生開裂部位進行修復處理。

（2）復壓：復壓選用規格為25 t 重型壓路機碾壓4~5遍，緊跟初壓完成復壓，確保密實度，并嚴禁產生輪跡。

（3）終壓：終壓選用光面鋼輪壓路機碾壓2~3 遍，確保表面平整和光滑。

（4）碾壓作業時，壓路機應緩慢起步，壓實過程中應勻速行駛，嚴格控制碾壓速率，禁止在碾壓成型的路面上掉頭、剎車，避免破壞基層和底基層；同時，碾壓前，應在壓路機滾輪表面涂刷隔離劑，防止產生粘輪現象。

（5）碾壓過程中若出現基層、底基層松散、擁包等狀況，應將該區域混合料清除，采用新混合料填補平整，并碾壓密實，以有效確保施工質量；在對施工縫實施處理時，應提前在接縫位置設置膠墊，起緩沖作用，以有效降低對鋪設成型基層、底基層的破壞。

（6）采用振動壓路機進行碾壓時，應嚴格控制運行速率，以1.0 km/h 為宜，沿平行道路中心線方向勻速碾壓，當出現異常狀況時，應及時暫停碾壓，異常排除后再繼續進行碾壓。兩臺攤鋪機同時碾壓時，接縫位置應預留30~50 cm 暫不碾壓，待對側混合料攤鋪完成后集中實施碾壓[10]。

（7）路基邊緣部位混合料碾壓時，應在邊緣外側設置長度為4~6 m 的木方，并采用鋼筋固定牢固。碾壓時，壓路機應從距邊緣30 cm 位置處開始碾壓，并按照10 cm/次的距離向外推移，直至碾壓至邊緣部位，然后拆除木方用于后續碾壓施工。

3.8 養生

（1）混合料碾壓成型后，對平整度、壓實度、彎沉值等相關指標實施檢測，檢測合格后開始進行灑水養護，確?；鶎雍偷谆鶎颖砻媸冀K保持濕潤，防止混合料內部水化反應引發表面裂縫。

（2）灑水后，采用薄膜、毛氈等進行覆蓋，避免水分散失過快；基層、底基層養護時間至少為7 d。

（3）該項目混合料攤鋪時采取分層攤鋪方式，下層混合料攤鋪完成后無須進行養護，待上層混合料攤鋪完成后集中進行灑水養護。

4 結論

綜上所述，該工程公路項目建設中，為實現對沿線石料資源的有效利用，降低工程建設成本，在基層和底基層施工時，選用各項性能指標符合標準要求的硬質砂巖作為施工材料，科學進行配合比設計，并加強施工準備、測量放樣、混合料拌和、運輸、攤鋪、碾壓、養生等各環節質量控制工作，全面提升基層、底基層施工質量。通過該工程實際應用，充分驗證了硬質砂巖用于基層、底基層施工完全可行，取得了顯著的經濟和社會效益，值得積極推廣應用。