對水泥穩(wěn)定碎石下礫石砂做墊層的探究

魏 偉，祝曉晴，王 冰

（上海市凱達(dá)公路工程公司，上海市 201600）

0 前言

近幾年來，水泥穩(wěn)定碎石被廣泛應(yīng)用在道路工程的基層施工當(dāng)中。在施工質(zhì)量檢驗中發(fā)現(xiàn)，按照《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 03-2000）、《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料實驗規(guī)范》（JTG E51-2009）和《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E 42-2005）對水穩(wěn)基層取樣抽檢時，總有個別試件質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計要求。為了找出原因，又對不同工程、不同路段的道路分別鉆芯取樣，進(jìn)行多頻次檢測。通過檢驗對比，發(fā)現(xiàn)出問題的芯樣，基本都在礫石砂或碎石墊層路段（主要是密實度不達(dá)標(biāo)），而二灰墊層、灰土墊層、固化土墊層則質(zhì)量相對比較穩(wěn)定。針對發(fā)現(xiàn)的問題對路基材料進(jìn)行研究，并結(jié)合工程實例就產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因進(jìn)行分析。下面將分析意見提供給大家參考，期望共同探討，使路基質(zhì)量在設(shè)計和施工環(huán)節(jié)能夠真正得到保障。

1 基層材料的演變過程

上海和江浙部分地區(qū)道路基層材料目前選用比較多的主要有“粉煤灰三渣”和“水泥穩(wěn)定碎石”兩種類型（見圖1～圖3）。

“粉煤灰三渣”從20世紀(jì)70年代開始一直沿用至今。實踐證明，它的確是一種填筑路基的好材料，上海市大部分道路基本都是采用這種材料作為路面基層。但是，到了20世紀(jì)90年代，隨著交通流量的不斷增大，各種高等級道路相繼建成，原先的道路在重型車載和龐大的車流荷載頻繁行駛中，已經(jīng)不堪重負(fù)，許多道路在尚未達(dá)到設(shè)計使用年限時就嚴(yán)重?fù)p壞，其中損壞的主要原因之一就是基層強(qiáng)度不足。針對基層強(qiáng)度不足的問題，設(shè)計也曾想過許多辦法，如：增加基層和面層的結(jié)構(gòu)層厚度，對墊層進(jìn)行加固處理等等。事實證明，這些辦法的確有一定效果，但由于三渣的拌合質(zhì)量不能嚴(yán)格控制，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測手段不夠完善，施工過程中的攤鋪碾壓不能達(dá)標(biāo)以及其它種種原因，導(dǎo)致基層過早出現(xiàn)病害，嚴(yán)重影響路面的使用壽命。到了20世紀(jì)90年代末，為了滿足現(xiàn)階段重型交通多、車流量大、解決粉煤灰三渣拌合質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計要求以及質(zhì)量檢驗難以把握的問題，設(shè)計科研單位又推出了用水泥穩(wěn)定碎石做道路基層的方法。這種新型材料一經(jīng)推出，立刻在全市范圍內(nèi)得以推廣。水泥穩(wěn)定碎石就是以級配碎石做骨料，配備一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿填充骨料空隙，通過碾壓使材料相互嵌擠密實，形成具有一定抗壓強(qiáng)度的承載板體（達(dá)到穩(wěn)固基層的目的）。這種材料早（初）期強(qiáng)度高，強(qiáng)度隨齡期增加速度較快（一般7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度就可達(dá)到3.5～5 MPa以上），用水穩(wěn)作基層，結(jié)板后的基層表面不宜起灰，下雨天路表不泥濘，露骨面積大，與瀝青混凝土面層結(jié)合比較好。

2 水穩(wěn)基層和三渣基層的不同點(diǎn)對比

為了更清楚地了解水泥穩(wěn)定碎石和粉煤灰三渣基層各自不同的特點(diǎn)，下面選取主要技術(shù)指標(biāo)相互比較，詳見表1。

表1 水泥穩(wěn)定碎石和粉煤灰三渣主要技術(shù)指標(biāo)比較

3 對選擇墊層材料的討論

目前，上海市道路工程最常用的結(jié)構(gòu)層組合形式為：面層（4 cm細(xì)粒式+6～8 cm粗粒式或中粒式）瀝青混凝土；基層（35～40 cm）粉煤灰三渣或（25～35 cm）水泥穩(wěn)定碎石；墊層（15 cm礫石砂）。

從結(jié)構(gòu)組合中看到，無論采用什么類型的基層材料，其墊層材料都是采用“礫石砂”，而在實際工程中發(fā)現(xiàn)，凡是路基采用水泥穩(wěn)定碎石，墊層采用礫石砂的路段，其水穩(wěn)的碾壓密實度通過鉆芯取樣檢測總是不能達(dá)到令人滿意的效果。起初我們分析后認(rèn)為，這可能是施工過程中壓路機(jī)碾壓次數(shù)偏少或碾壓噸位小的緣故，于是，適當(dāng)調(diào)整施工方案，嚴(yán)格按照施工操作規(guī)程進(jìn)行施工，結(jié)果效果依然，甚至有些路段經(jīng)多次碾壓以后反而效果更差。反觀某些用二灰土處理過的路段，由于沒有鋪筑礫石砂墊層，直接在灰土上鋪筑水泥穩(wěn)定碎石，不但效果好，而且鉆芯取樣全部合格。隨后，又對市內(nèi)其它工地進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)凡是采用灰土或以密實材料作為水泥穩(wěn)定碎石墊層的道路，鉆芯取樣也大都合格。尤其是在對崇明G40高速公路水穩(wěn)施工現(xiàn)場觀摩中了解到，該工程路基選用兩種不同級配的水泥穩(wěn)定碎石，其下墊層為石灰土，水穩(wěn)鉆芯取樣檢測全部合格（見圖1）。

由如此結(jié)果，聯(lián)想到某些工程礫石砂做墊層數(shù)次抽檢不合格的情況，其中原因究竟是什么。

礫石砂作為一種松散狀的墊層材料，最早主要用在粉煤灰三渣下做墊層使用，其作用就是將路基內(nèi)的潛滯水通過礫石砂逐漸滲排到基槽以外，是土路基和基層之間的過渡層。這種材料，在與粉煤灰三渣組合使用時，由于兩種材料均為松散的粗粒式級配，結(jié)合面相互崁鎖，容易擠密（見圖3）。

水泥穩(wěn)定碎石由于其中摻加了水泥和粉煤灰，級配料相對比較細(xì)膩，且具有和易性好、凝結(jié)快、整體結(jié)板性好等特點(diǎn)，當(dāng)其下采用礫石砂以后，碾壓振動很容易使板體壓實度減弱，出現(xiàn)密實度檢測不合格的情況。

從施工方面來講，水泥穩(wěn)定碎石一般分兩層進(jìn)行攤鋪。第一層厚度在18 cm左右，用中型壓路機(jī)進(jìn)行碾壓；第二層則用重型壓路機(jī)加振動進(jìn)行碾壓。在攤鋪過程中，為了檢驗?zāi)雺盒Ч覀兲匾忾_挖1 m見方樣洞，對水穩(wěn)下礫石砂墊層進(jìn)行觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓路機(jī)從檢查孔洞旁走過的時候，底層礫石砂有移動現(xiàn)象，于是用振動壓路機(jī)再次碾壓，雖然礫石砂沒有大的移動，但水穩(wěn)層由于碾壓過度，致使內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)了鉆芯取樣不完整的情況。

從上述種種情況中得到這樣一個結(jié)論：礫石砂做墊層，對以粗粒式級配料構(gòu)成的粉煤灰三渣基層比較適用，而對密實度高、表面比較平整、以細(xì)粒式級配料構(gòu)成的水泥穩(wěn)定碎石基層不太適用，原因分析如下：

（1）“礫石砂”是一種松散狀材料，而水穩(wěn)則是密級配材料，當(dāng)水穩(wěn)攤鋪碾壓結(jié)板以后，其底面與礫石砂表面基本呈平面接觸，因此，當(dāng)壓路機(jī)碾壓行進(jìn)時所產(chǎn)生的水平推力會推動底層礫石砂產(chǎn)生位移（見圖4），使水穩(wěn)的碾壓質(zhì)量受到影響。三渣基層由于其底面與礫石砂表面呈齒狀接觸，相互崁鎖緊密，碾壓過程中不存在墊層材料移動的問題。

（2）水穩(wěn)材料容易結(jié)板，在碾壓過程中如果壓路機(jī)開啟振動，由振動產(chǎn)生的垂直力除了使材料密實外，同時還將這種力向下傳遞到墊層。墊層如果是礫石砂，由于它是松散狀材料，會吸納和消解由振動產(chǎn)生的垂直碾壓力，從而使壓實效果減弱，甚至出現(xiàn)密實度不能達(dá)標(biāo)的情況。但如果墊層是密實度較高的灰土或二灰土，由于其表面平整密實，垂直力不會被吸納消解（見圖5），碾壓力得到保障，所以，歷次檢測水穩(wěn)芯樣基本都能滿足密實度要求。

（3）水穩(wěn)鉆芯取樣檢測不能達(dá)標(biāo)除了墊層材料影響因素外，另一個原因就是水泥穩(wěn)定碎石級配過程中水灰比的控制以及原材料不合格所致。因為在灰土或二灰土路段，如果墊層碾壓不密實，材料拌合均勻，水穩(wěn)路基同樣會出現(xiàn)質(zhì)量不合格的情況。

4 工程實例圖片對比

圖6～圖8是松江區(qū)賣新公路改造工程和新格路改建工程取樣實景。

5 結(jié)語

通過對水泥穩(wěn)定碎石下墊層究竟選擇什么材料比較好這一問題的探討，我們基本可以得出這樣一個結(jié)論，那就是：松散材料礫石砂做墊層不利于碾壓密實，而密級配材料如灰土、二灰土、粉煤灰、固化土等則相對比較適合。得出這樣的結(jié)論或許從分析方法、數(shù)據(jù)論證等方面尚有不足，但畢竟我們通過工程觀察以及討論分析知道了礫石砂做墊層不利的一面，這對以后類似工程的設(shè)計和施工無疑都是一種幫助。