山區高速公路寬幅厚層水泥穩定碎石基層施工技術

彭 韜，萬正華，葉 華，何文華，宗 煒

（1.湖北省谷竹高速公路建設指揮部，湖北 十堰442100；2.湖北省交通規劃設計院，湖北 武漢430051；3.中交二公局萌興工程有限公司，陜西 西安710119）

0 引言

水泥穩定碎石基層是目前高等級公路建設中采用的最主要的半剛性基層之一，傳統的水泥穩定碎石基層具有以下特點：

（1）基層設計總厚度為54～60cm，分三層施工；

（2）基層每層壓實厚度不超過20cm[1]；

（3）采用18～22t振動壓路機與25 ～30t 膠輪壓路機組合方式對其進行碾壓。

盡管如此，基層三層施工容易造成層間污染、影響層間結合、影響施工進度等一系列問題。

寬幅厚層水泥穩定碎石基層相較于傳統的多層施工具有減少層間結合不連續、提高結構層穩定性、施工效率更高、節約施工成本等優點，同時其也對機械設備和施工工藝提出了更高的要求。隨著大功率寬幅厚層攤鋪機的出現及振動碾壓機械的普及，厚層水泥穩定碎石結構的應用成為可能。但將單層碾壓厚度增加，使基層三層減為二層之后，施工仍存在如下問題：

（1）寬幅攤鋪機的攤鋪是否存在嚴重的縱向搭接離析；

（2）碾壓工藝能否滿足全厚基層壓實的要求；

（3）厚層縱向各層次壓實度能否滿足規范要求；

（4）在基層滿足壓實度規范要求的情況下，碎石是否破碎。

本文通過采用大功率抗離析寬幅攤鋪機攤鋪寬幅厚層水泥穩定碎石基層，以及不同的壓路機碾壓組合方式對寬幅厚層水泥穩定碎石基層進行碾壓，通過研究兩級攪拌缸的拌和均勻性、寬幅攤鋪機的攤鋪均勻性及大噸位壓路機壓實工藝，探討了適合寬幅厚層水泥穩定碎石基層的碾壓工藝。

1 施工準備

1.1 粗集料與配合比

相關資料通過石料的壓碎值試驗[2]研究不同試驗壓力條件下石料壓碎值的變化規律，提出以32t壓路機在不同振動作用力下石料的壓碎值為標準，其認為在32t壓路機碾壓作用下，為保證水泥穩定碎石混合料的粗集料不被壓碎，應將《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034—2000）中所規定的碎石壓碎值標準提高。

某高速公路半剛性基層設計厚度為28cm+28cm，為確保粗集料不被大噸位壓路機壓碎，設計中要求粗集料的壓碎值標準不大于24%，實際的粗集料壓碎值為18.1%，滿足設計要求。根據對集料的篩分結果和對各種水泥劑量混合料的試驗檢測，確定了水泥穩定碎石基層的配合比為：材料比例為1#（19～31.5）∶2#（9.5～19）∶3#（4.75～9.5）∶4#（0∶4.75）=18∶33∶21∶28，水泥劑量為4.5%，最大干密度為2.352g/cm3，最佳含水量為5.0%，7d強度結果為4.5MPa。

1.2 施工機械

主要機械設備為：

（1）WCB600 型水泥穩定土拌和站，并配置5個料倉；

（2）DT1600 型攤鋪機，屬大功率、半幅全寬、抗離析攤鋪機單機攤鋪；

（3）2臺單鋼輪壓路機：YZ25和YZ32；

（4）1 臺膠輪壓路機XP302；1 臺雙鋼輪壓路機DD130。

1.3 其他

為保證水泥穩定碎石混合料在壓實過程中吸收壓路機碾壓所產生的壓實功，設置縱向鋼模板，以盡可能減少基層壓實能量散失。模板采用高為25cm 的鋼模，每1m 采用角鋼對模板進行固定，每塊模板采用6根鋼釬加固，如圖1所示。

圖1 縱向模板

2 施工工藝

2.1 拌和

按生產配合比調試好拌和機后即可生產。拌和料由自卸車運至施工現場進行鋪筑。攤鋪時，采用帶自動調平裝置的攤鋪機對基層進行攤鋪，采用基準鋼絲進行標高、平整度及橫坡度控制。

一般拌和機在生產過程中易出現混合料拌和不均勻，離析比較嚴重。WCB600型主機為雙臥軸連續式攪拌機，排列方式為串聯的兩級攪拌缸，如圖2所示。

為檢測雙缸串聯拌和混合料的均勻性，分別對同批拌和的混合料從一級攪拌缸和二級攪拌缸出料口的進皮帶處取樣，共10 組試樣，用于比較兩處取樣的級配和水泥劑量。級配檢驗采用水洗法篩分，水泥劑量檢測采用EDTA滴定法。

圖2 串聯的兩級攪拌缸

2.1.1 級配檢驗

試驗結果分別見表1和表2。

表1 一級攪拌缸混合料各篩孔通過率的變異系數

表2 二級攪拌缸混合料各篩孔通過率的變異系數

由表1 和表2 可知，二級攪拌缸的變異系數比一級攪拌缸的大，一、二級攪拌缸細集料的變異系數比粗集料的變異系數大。由此說明，一次攪拌之后混合料的級配較二次攪拌之后的混合料級配波動顯著，二次攪拌使混合料得到充分拌和，級配更加穩定。影響攪拌缸混合料級配變異性的因素主要有以下幾點。

（1）原材料集料生產的變異性

基層石料重視不足，如石料場采用顎式破碎機，使得粗集料針片狀顆粒含量較大，導致級配波動也較大。

（2）混合料的含水量

含水量較大時，細集料從攪拌缸進入皮帶之后，由于吸水較多的細集料粘附皮帶，傳輸過程中阻滯在出料口處，導致細集料含量變少。

（3）上料時串倉

由于裝載機操作手上料過程不規范，使得部分料倉混有不同規格的集料，影響了混合料的級配。

2.1.2 水泥劑量檢驗

試驗結果分別見表3和表4。

表3 兩級攪拌缸水泥劑量（%）

表4 兩級攪拌缸水泥劑量統計

為便于分析，將表3繪制成圖，如圖3所示。

圖3 兩級攪拌缸水泥劑量變化對比圖

由表3、表4 和圖3 可以看出，一級攪拌缸和二級攪拌缸水泥劑量變化均較為穩定，但二級攪拌缸的水泥劑量較一級攪拌缸的水泥劑量變化平穩、幅度更小。通過表4的計算分析對比，二級攪拌缸的水泥劑量變異系數明顯小于一級攪拌缸的水泥劑量。由此可知，改裝后的WCB600采用雙缸串聯拌和工藝改變了傳統的單缸連續拌和工藝，使生產的混合料進一步均質化，有效改善了水泥穩定碎石混合料的拌和均勻性。

影響混合料水泥劑量變異性的因素主要有以下幾點。

（1）采用EDTA滴定法檢測水泥劑量，其結果受級配變化的影響較大[3]。當細集料較多時，水泥與集料的接觸面積大，拌和過程中細集料顆粒表面的水泥含量較大，實測水泥劑量也偏大。

（2）由于傳統穩定土拌和機的攪拌缸長度較短，相對較短的拌和時間導致拌和均勻性差?；旌狭系陌韬途鶆蛐允芷湓跀嚢韪變鹊姆D次數較大影響。而當攪拌缸的結構參數一定時，攪拌時間很難大范圍調整。

（3）含水量對水泥劑量滴定結果的影響。當含水量大于最佳含水量時，拌和時水沖刷集料，減弱了其與水泥的粘附；若含水量小于最佳含水量，則二者粘附不完全。

2.2 攤鋪

運料車用篷布覆蓋以減少水分蒸發，在車廂后門加裝車載式防止混合料卸料離析裝置（防離析擋板），有效避免混合料喂料過程的離析。

攤鋪時，開啟攤鋪機夯錘振搗功能，攤鋪速度一般為1 ～1.5m/min。由于攤鋪機料倉中的混合料為運料車直卸，經過深埋的螺旋布料器的再次拌和，在運料車及松鋪后的橫斷面左部、中部、右部全厚度取樣，然后利用水洗法篩分檢驗級配，以評定攤鋪后的水泥穩定碎石混合料的級配情況。

取樣試驗結果見表5。

表5 水泥穩定碎石各部位取樣

對比表5 中運料車及松鋪后的橫斷面左、中、右部取樣篩分后各篩孔的通過率，可以發現混合料主要篩孔通過率都較接近，這說明通過螺旋布料器攪拌后，混合料的縱向離析得到了改善。其原因是DT1600 攤鋪機通過均勻輸料、布料綜合功能的抗離析和大生產率螺旋裝置設計改善了水泥穩定碎石混合料的離析[4]，實現了單機寬幅厚層抗離析一次成型攤鋪作業，彌補了雙機并幅攤鋪產生的縱向接縫離析的弊端。

2.3 碾壓

經過大功率寬幅厚層攤鋪機DT1600 攤鋪之后，水泥穩定碎石基層本身具有較大的初始壓實度。在碾壓過程中，水泥穩定碎石的性能與其在振動壓實作用下所表現出的特性有關，在振動壓路機對被壓實層進行碾壓時，對被壓實層施加的是動態作用力，其大小與壓路機振動輪的振頻、振幅、靜重、激振力等機械參數有關，而激振力的大小對密度影響較大。為了保證寬幅厚層水泥穩定碎石基層的壓實度滿足設計和規范要求（不低于98%），需選擇不同的碾壓組合?，F有的振動壓路機為YZ25和YZ32，相關參數見表6。

表6 壓路機參數

從表6 可以看出，YZ32 壓路機的激振力比YZ25 壓路機的要大，其實際最大激振力達到了800kN[5]。

寬幅厚層水泥穩定碎石基層的碾壓原則為：穩壓充分，振壓不起浪、不推移、無彈簧。寬幅厚層水泥穩定碎石基層攤鋪完之后，先用DD130雙鋼輪振動壓路機稍微靜碾一次，然后再用大型壓路機重壓，在上層板體形成之前讓下層受激振力。按照穩壓-強振-弱振-穩壓的工序進行壓實，直至表面基本無輪跡。初壓，采用DD130 雙鋼輪振動壓路機穩壓一遍，前靜后振（弱振）；復壓，采用YZ32 大噸位振動壓路機和YZ25 振動壓路機組合碾壓；終壓，采用XP302 膠輪壓路機碾壓兩遍。

寬幅厚層水泥穩定碎石基層的碾壓關鍵是對復壓的控制，為此選用如下三種復壓碾壓方案：

方案一：利用YZ25振動壓路機振壓3遍；

方案二：利用YZ32 大噸位振動壓路機振壓1遍，再用YZ25振動壓路機振壓2遍；

方案三：利用YZ32 大噸位振動壓路機振壓2遍再用YZ25振動壓路機振壓1遍。

以灌砂法檢測壓實度時，先從基層的頂面向下挖14cm，灌砂檢測上層14cm的壓實度；再沿豎向擴大坑體深挖14cm 使之能放下金屬基板，清理表面混合料使之平整，然后從該表面下挖14cm，測定下層14cm 壓實度；對于全厚水泥穩定碎石基層壓實度，選取相同樁號與其距離為0.75cm 的點進行檢測，檢測過程如圖4所示。

圖4 分層和全厚壓實度檢測

檢測結果如表7所示。

表7 各檢測點分層和全厚檢測壓實度

從表7各檢測點分層和全厚壓實度檢測結果可以得知，方案一僅能使厚層水泥穩定碎石基層的上層部分滿足設計和規范的要求，無法保證下部及整體的壓實度；方案二，只部分路段的基層壓實度滿足要求；方案三則能保證分層和整體的壓實度均滿足要求。

表7中方案一檢測的壓實度極差最大，這是因為YZ32 的噸位和激振力都比YZ25 的大，YZ32 至少碾壓兩遍才能滿足分層及整體的壓實度。此外，YZ32的最大振幅比YZ25的最大振幅要小，而同一臺振動壓路機在不同被壓材料下的振幅是不同的，被壓材料剛度越大，其工作振幅越大。壓實過程中被壓材料的剛度是隨著壓實遍數的增加而變化的，工作過程中振動壓路機的工作振幅也不斷變化[6]。在一定名義振幅之下，增大名義振幅可提高壓實效果，但當增加到一定程度時被壓實的表面會出現表面疏松，材料級配失調等過壓實現象。根據文獻[7]研究結果，振幅在1.3～1.7mm 時水泥穩定碎石混合料的干密度變化波動較小，YZ32 的最大振幅與該范圍最為接近，從而達到的壓實效果也最好。

2.4 接縫處理與養生

攤鋪結束后設置橫向接縫，將已碾壓密實且高程和平整度符合要求的末端挖成橫向（與路面中心線垂直）垂直向下的豎向平面斷面。

基層施工完畢應立即用覆蓋土工布，灑水養護，養生期不少于7d。

3 檢測

3.1 平整度

平整度檢測結果如8所示。由表8可知，上述檢測段落的平整度都能滿足規范和標準的要求（不大于8mm）。

表8 平整度檢測結果

3.2 鉆芯取樣

養生7d之后鉆芯取樣，試驗結果見表9。

表9 基層鉆芯取樣試驗結果

厚層水泥穩定碎石芯樣如圖5所示。

圖5 水泥穩定碎石芯樣及徑向切割表面

由表9 可知，取芯的厚度都能達到設計的28cm 要求，抗壓強度也能滿足設計要求。通過徑向切割所取的芯樣，觀察表面集料的完整性，以此判斷石料是否被壓碎。切割截面如圖5（b）所示。從圖5（b）可以看出，粗集料顆粒飽滿，在大噸位壓路機作用之下并沒有發生明顯破損的現象，表明按照方案三復壓的壓實工藝可行。

4 結論

本文主要研究了山區高速公路寬幅厚層水泥穩定碎石基層施工技術，檢測結果合格，施工工藝可行，同時得出如下結論。

（1）采用雙缸串聯的拌和機拌和，水泥穩定碎石混合料的級配和水泥劑量較為穩定，混合料的均勻性得到改善。

（2）寬幅厚層攤鋪機DT1600 改善了水泥穩定碎石混合料的縱向離析等問題。

（3）通過對比采用不同碾壓方案基層的壓實度，YZ32 壓路機碾壓2 遍能夠使寬幅厚層水泥穩定碎石基層壓實度滿足規范和設計要求。

（4）經檢測，平整度及抗壓強度滿足要求，水泥穩定碎石的粗集料顆粒完整。

[1] JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術規范[S].

[2] 方曉睿，宗煒，張紅艷，等.基于材料和力學性能的半剛性基層厚層路面壓實技術[J].公路交通科技，2013，30（10）：23-27.

[3] 劉洪海.水穩碎石級配變化對EDTA滴定結果的影響試驗研究[J]. 公路交通科技：應用技術版，2008，5（41）：44-50.

[4] 林桂朋. 全厚式公路基層施工技術探討[J]. 交通標準化，2013（6）：135-137.

[5] 肖世品.厚層水泥穩定碎石基層壓實機理及路用性能研究[D]. 西安：長安大學，2009.

[6] 馮忠緒，朱偉敏，姚運仕，等.振動壓路機名義振幅的探討[J].筑路機械與施工機械化，2005，10（10）：49-51.

[7] 李偉雄.骨架密實結構水泥穩定碎石級配穩定性研究[D].廣州：華南理工大學，2011.