某高速公路建設施工中的問題成因與防治

劉 超

(東北財經大學 網絡教育學院，遼寧 大連 116025)

一、案 例

某公路按四車道高速公路標準建設，限速120千米。路基寬度26米，設計洪水頻率為百年一遇。主線汽車荷載等級為公路-1級，路面汽車荷載等級為標準軸載10噸力。主線采用最大縱坡4%，平曲線最小半徑為1 000米。全線采用水泥穩定碎石作為路面基層。自2008年二季度，全線陸續開始水泥穩定碎石的鋪筑工作。

在2008年第二季度，全線各施工隊陸續開始了水泥穩定碎石基層的鋪筑工作。在鋪筑試驗段和開始主線鋪筑時，集中出現了水泥穩定碎石離析的問題，主要質量問題表現在以下五個方面:拌制過程中，混合料過于松散，難以凝聚成型;制作無側限抗壓試件時，發現試件孔隙過多;攤鋪過程中，部分區域大小骨料分離;碾壓時，出現彈簧現象;養護不全面，部分位置暴露，以至表面細顆粒迅速失水干燥，從整體剝離下來。

骨料離析原因:

第一，原材料的級配組成和配合比因素在水泥穩定碎石基層的施工中，一般都采用過篩后的天然碎石。但由于當地資源和就近取材的限制，加上材料堆放和篩網制作不同，各種骨料不可能時刻保持一致，造成篩分料的級配不合理;同時混合料配合比與試驗室提供的配合比存在偏差，造成混合料的和易性變差而產生骨料離析。

第二，混合料拌和機上料時，輸送帶的轉動速度較大，傾角不合適，帶動粗骨料沿輸送帶向下滾動堆積，形成骨料粒徑不一致，供料不均勻，會產生離析。特別是當拌和機起動或停機時，由于骨料被攪動翻轉，粗粒料的慣性大，拋出的力量也大，直接沖撞到拌缸周邊，會形成離析。另外，配料計量不準，攪拌時間不夠及拌和不徹底，也會出現離析。

第三，混合料拉料車在接料時，不能及時地前后移動接料的位置，使混合料過于集中堆積，發生粗、細料的離析。在運料中，由于路況坑洼不平和運距較遠，混合料經過劇烈顛簸而發生粗、細料離析。在卸料時，車廂緩慢地升起、而后車廂門提前打開，造成部分粗粒料首先滾落下來，產生離析。

第四，混合料攤鋪機在進料時，由于進料斗處于空載狀態，拉料車卸料使粗粒料滾入底部集中，會產生離析。攤鋪機作業中，進料斗兩側的翻板經常向中間翻動收料，也使粗料粒滾入底部集中，會產生離析。當拉料車的供料速度不能滿足攤鋪機的需要，致使攤鋪機螺旋分料器的轉速時快時慢，不能保證穩定旋轉分料，造成大料粒集中在上部或兩側，也會產生離析。

二、水泥穩定碎石離析成因

高速公路水泥穩定碎石基層出現離析現象，如果不及時加以處理，會嚴重影響到后期的瀝青路面施工進度，乃至建成后的工程質量。因此，必須認識到離析現象的嚴重性，并嚴格按照施工規范，從選料、拌料、攤鋪碾壓、養護等環節嚴格控制。

1.水泥穩定碎石原材料和配合比因素

第一，水泥。水泥的強度、品種、化學成分、細度、凝結時間、水化熱和安定性都會影響到水泥穩定碎石的性能。

第二，骨料。包括強度、級配、顆粒形狀與表面特征、含泥量及泥塊含量、表觀密度、吸水率與含水率以及有機質、云母、貝殼、硫化物和硫酸鹽含量等。骨料強度不足，將在碾壓時發生崩裂，影響整體強度。級配不良，難以形成密實的骨架結構。含泥量過大，會大大降低水泥的膠粘作用。這些因素都會造成混合料離析。

第三，水。水中不溶物、可溶物、氯化物、硫酸鹽和硫化物含量增加可能會干擾水泥水化。

第四，配合比。通過試驗充分了解各種原材料的各項技術指標，反復試驗不同參量的目標配合比來確定最佳配合比。

2.水泥穩定碎石施工工藝和養護因素

第一，拌制、運輸和攤鋪。履帶式連續拌制，應保證各個機械環節的穩定運行。當輸送帶轉速較大、傾角不合適時，粗骨料會沿著輸送帶向下滾動堆積，形成骨料粒徑不一致，供料不均勻，產生離析。特別是當拌和機起動或停機時，由于骨料被攪動翻轉，粗粒料的慣性大，拋出的力量也大，直接沖撞到拌缸周邊，會形成離析。另外，配料計量不準，攪拌時間不夠及拌和不徹底，也會出現離析。運輸應考慮攪拌站與攤鋪現場的距離，天氣等因素，適當增減拌料時的加水量。含水量較大，碾壓時會產生彈簧現象。含水量較小，混合料難以碾壓成型，水泥的物理、化學反應不全面使結構層強度難以形成，造成離析。在攤鋪前，全面檢驗攤鋪機的再攪拌能力，是否可以再次將混合料攪拌均勻。碾壓時，少壓會使混合料存在過多空隙，影響強度，多壓會使已經緊密的混合料出現離析。

第二，施工環境和養護措施。空氣濕度小、干燥、溫度高、風速大，則水泥穩定碎石水分蒸發快，表面收縮大。在此情況下，若覆蓋、灑水等工作不能及時做好，將使新鋪筑的水泥穩定碎石基層表面失水后迅速干燥，水泥穩定碎石硬化強度不足以抵抗塑性收縮產生的拉應力，就容易產生離析現象。

三、水泥穩定碎石離析的防治措施

1.施工前的準備工作

(1)原材料

首先必須把好材料關，其次對所進每批材料都必須按規范要求的檢測頻率進行自檢，自檢合格后報監理組、業主抽檢，經三方檢測合格后才組織上料，同時留樣備查。材料入庫后，必須嚴格管理料場，做到材料整潔無污染，對石料必須進行隔倉處理，插牌明示，細集料倉要加蓋防水彩條布或防雨棚。所用的水泥、石子、砂等材料必須監理工程師批準。未經批準的不允許進場，更不準使用。

第一，水泥。選用終凝時間較長 (宜在6小時以上)的水泥，如硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥，它們都可以用于水泥穩定碎石路面基層施工。禁止使用快硬水泥、早強水泥以及其它易受外界影響而變質的水泥。水泥品牌的選用應考慮其質量穩定性、生產數量、運距等各種因素。水泥每次進場前應有合格證書，每200T應對水泥的標號、初凝時間、終凝時間、安定性、細度指標進行檢測。

第二，碎石。碎石在整個混合料當中起到骨架的作用，而且它也是主要承受移動荷載的壓力的集料。所以對于碎石的選擇和檢測是十分重要的。由于各種類型的巖石 (軟質巖石除外)、圓石或礦渣均可作為軋制碎石的材料，所以對于碎石的壓碎值應當進行嚴格的控制和檢查，并滿足規范中的要求。除此之外，碎石的含泥量和泥塊含量也不可以超過標準 (如表1所示)，這會影響到水泥穩定碎石混合料的結合性能以及后期的壓實度。

表1 公路等級與含泥量關系

第三，水。凡飲用水皆可使用，遇到可疑水源，委托有關部門化驗鑒定。

(2)配合比組成設計

第一，取工地實際使用的集料，分別進行篩分。按顆粒組成進行計算，確定各種集料的組成比例，同時要求4.75 mm、0.075 mm的通過量接近級配范圍的中值。水穩碎石混合料中集料的顆粒組成通過篩孔 (mm)的重量百分率范圍(%)。

第二，取工地使用的水泥，按不同水泥劑量分組進行試驗。一般水泥劑量按4%、5%、6%、7%四種比例進行試驗 (水泥 ∶集料=4.0∶100、5.0 ∶100、6.0 ∶100、7.0 ∶100)。制備不同比例的混合料，用重型擊實法確定各組混合料的最佳含水量和最大干密度。

第三，為減少基層裂縫，做到三個限制:在滿足設計強度的基礎上限制水泥用量;在減少含泥量的同時，限制細集料、粉料用量;根據施工時氣候條件限制含水量。具體要求水泥劑量不大于5.5%、集料級配中0.075mm以下顆粒含量不大于4%、含水量不超過最佳含水量的1%。

第四，根據確定的最佳含水量，拌制水泥穩定碎石混合料，按要求壓實 (重型擊實標準98%)。制備混合料試件，在標準條件養護6天，浸水一天后取出，做無側限抗壓強度。

第五，水泥穩定碎石7d浸水無側限抗壓強度代表值應滿足基層為3.5—4.0MPa、底基層為2.5—3.0MPa的試驗要求，這樣既保證足夠的強度，也避免因強度過高產生較多反射裂縫。基層與底基層強度差異小，有利于減小接觸界面上的剪應力。

第六，取符合強度要求的最佳配合比作為水泥穩定碎石的生產配合比，使用重型擊實法求得最佳含水量和最大干密度。

2.施工控制

(1)原材料選取

水泥穩定碎石基層材料主要由粗集料、細集料、水泥等拌和而成，防止不合格材料進場是質量控制的關鍵。集料是水泥穩定碎石基層的主體，對強度的影響取決于集料本身的性質。集料應堅硬、耐久并具有足夠的強度。粗集料應符合規范要求，當大石料較多時，在拌和、運輸、攤鋪過程中易產生大小料分離現象，碾壓成型后易形成“粗集料窩”，對品質不利。因此，在施工過程中，粗集料的最大粒徑應控制在31.5mm之內。水泥質量更是關鍵。施工時應選取初凝時間3h以上，終凝時間較長 (大于6h)、標號較低的水泥，為保證其具有足夠的強度，水泥穩定碎石要有足夠的時間進行拌和、運輸、攤鋪和碾壓。

(2)水泥劑量控制

在施工過程中，要嚴格控制好水泥穩定碎石的水泥劑量。水泥劑量太小，水泥穩定碎石強度則不能滿足承載力要求;水泥劑量太大時既浪費材料，又會使基層產生裂縫，對面層構成局部破壞。所以在施工過程中，要把水泥用量控制在經濟、合理的目標上。這個試驗對于控制混合料中結合料的含量是十分重要的，也是控制施工質量的重要指標之一。

(3)含水量控制

我們在施工過程中，采用廠拌法生產水泥穩定碎石混合料。試驗檢測室配備一名專職試驗人員，隨時檢測混合料的含水量。根據施工組成設計確定的最佳含水量并結合當日的溫度、濕度及運距確定混合料的含水量。這樣既可以保證混合料的質量，又能保證施工的進度，避免了不必要的返工處理等問題。在炎熱的夏季施工，考慮到拌和、運輸、攤鋪過程中水分的蒸發，可以在拌和時加大水量，水量加大值應由拌和出料時含水量和攤鋪碾壓含水量進行對比，損失多少補多少。根據施工經驗，在夏季上午9點以前和下午5點以后，加水量比最佳含水量增加0.5%—1%左右，在上午9點到下午5點之間，加水量比最佳含水量可增加0.8%—1.5%.在雨季施工期間，由于下雨的影響，砂石料中占有一定水分，因此，在每天拌和前應對砂石料進行含水量測定，加水量應按最佳含水量減去砂石含水量進行控制，在其他季節施工可以不考慮，增加量控制在0.5%以內。

(4)攤鋪控制

攤鋪時攤鋪機保持勻速行駛，速度為3.5m/min。當拌和或運輸環節方面出現問題時，攤鋪機速度調整為2.5—3.0m/min，以保證不間斷作業。安排專人在攤鋪機后面進行檢查，當局部產生粗集料窩時，輔以人工進行清除并換填。具體應注意以下六點:

第一，在攤鋪機就位前必須是下承層清掃干凈并且灑水保持濕潤，橫向接頭必須灑水泥漿。

第二，當拌和好的混合料運至現場，應馬上按松鋪厚度均勻攤鋪。開始攤鋪前，應將兩側分料器接頭處 (約50—60cm寬)離析混合料清除。攤鋪中如有離析現象 (尤其兩側邊緣)，應用人工進行找補，同時注意含水量大小，及時反饋拌和場進行適當調整。

第三，開始攤鋪3—6米長時，應立即檢測攤鋪面的標高和橫坡，不符合設計要求時，應適當調整熨平板高度和橫坡直到合格，再進行攤鋪。正常施工時，攤鋪機每前進10米，檢測人員應檢測一次攤鋪機的標高、橫坡。并做好虛鋪厚度記錄。攤鋪面上的泥塊及大顆粒的石塊應人工揀除。

第四，攤鋪過程中要保持攤鋪機的速度恒定，應考慮拌和場的生產能力與攤鋪速度相匹配，避免中途不必要的停機，攤鋪速度在1.0—3.0米/分鐘。另外，也要保證攤鋪機的夯錘或夯板的震搗頻率均勻一致，這些數據均可通過試驗段總結出來，一旦得到可靠數據，就要恒定使用，不得隨意調整。

第五，攤鋪機攤鋪混合料時，因故中斷然2小時或一天的工作段結束時必須設置橫縫，攤鋪機應駛離混合料未端。

第六，橫接縫的處理方式是將已壓密實且高程、平整度符合要求的未端拉成一橫向 (與路中心垂直)垂直向下的斷面，所有不滿足壓實度高程和平整度的端部混合料應予以鏟除。

(5)壓實控制

混合料的壓實是一個關鍵工序，也是保證施工質量的重要手段之一。當含水量大于或略大于最佳含水量時，就可以開始碾壓。

第一，采用的壓實機具應先輕后重。

第二，碾壓速度應先慢后快，一般速度控制在1.5—2.4km/h。

第三，組織壓實機具合理的工作路線，直線段一般應先兩側后中間，以便保持路拱;在彎道部分，由低的一側開始逐漸向高的一側碾壓。相鄰兩次的輪跡應重迭輪寬的1/3，保證均勻壓實而不漏壓，對于壓不到的邊角，應輔以人工或小型機具進行夯實處理。

第四，應經常檢查混合料的含水量和密實度，并視需要采取相應調整措施，以達到符合規定壓實度的要求。

應特別注意的是，任何機械均不得在已完成的或正在被碾壓的路段上調頭或急剎車，以免對結構層造成破壞。當局部混合料過干時，可補充部分水分;如局部發生“軟彈”現象，應及時人工挖開，換填新的混合料，以保證質量。

(6)養生

水泥穩定碎石的養生是十分重要的一個環節，養生期間的濕度及齡期對水泥穩定碎石的強度影響相當大，在混合料形成初期應進行保濕養生，以保證水泥進行水化反應所需水分。養生期間還應采取封鎖交通的處理措施，除灑水車外其它車輛禁止通行，特別嚴禁重型車輛通行。

基層作為道路結構的主要承重層，在道路各個結構層中具有非常重要的地位，所以基層質量的好壞，對整個道路工程的質量和使用壽命的影響是非常大的，水泥穩定碎石基層施工過程中，離析現象的發生，會降低基層的強度以及整體性，這就要求我們道路施工技術人員增強質量意識，一定要嚴格控制每一個能夠引起混合料離析的環節，嚴格按照公路基層施工技術規范和設計文件的要求進行施工，避免離析問題的發生，確保基層的施工質量，從而保證道路工程的施工質量。

［1］ 交通部公路科學研究所.公路路面基層施工技術規范(JTJ034-2000)［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］ 交通部公路科學研究所.公路無機結合料穩定材料試驗規程(JTJ057-1994)［S］.北京:人民交通出版社，1994.

［3］ 張麗宏，廖福星，劉巨偉.水泥穩定碎石基層裂縫的控制［J］.筑路機械與施工機械化，2010，(7).

［4］ 薛煥東，劉浩潁，張云飛.水泥穩定碎石基層離析問題的原因及防治［J］.吉林交通科技，2006，(2).

［5］ 唐啟中.水泥穩定碎石配合比設計及施工控制［J］.工程科技，2006，(1).

［6］ 鄭文仿.水泥穩定碎石基層質量通病及預防措施［J］.安徽建筑，2010，(5).

［7］ 冉明，張華.水泥穩定碎石基層離析原因及防治措施［J］.筑路機械與施工機械化，2010，(7).

［8］ 李芳.淺析水泥穩定碎石底基層離析現象的防治［J］.湖南交通科技，2013，(3).

［9］ 金向陽，王啟光.水穩基層集料離析的探討［J］.科技之窗，2012，(21).

［10］ 張新峰.水泥穩定碎石基層離析現象施工控制探討［J］.黑龍江科技信息，2013，(8).