高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)分析

李建學(xué)

新疆北新路橋集團(tuán)股份有限公司

高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)分析

李建學(xué)

新疆北新路橋集團(tuán)股份有限公司

作為直接承受面層所傳遞的車輪垂直力并將其擴(kuò)散至墊層或土基的路面結(jié)構(gòu)，公路基層不僅要有良好的強(qiáng)度、剛度、耐久性以及擴(kuò)散應(yīng)力的能力，同時(shí)還可承受地下水與路面滲水的侵蝕，表現(xiàn)出足夠的水穩(wěn)性。水泥穩(wěn)定碎石基層作為我國(guó)高速公路現(xiàn)階段最主要的結(jié)構(gòu)形式，其綜合性能良好，不僅具有良好的水穩(wěn)性、抗凍性、整體性以承載性，同時(shí)還表現(xiàn)出施工簡(jiǎn)單、成本低廉、早期強(qiáng)度形成快等特點(diǎn)。基于此，本文以高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層為研究對(duì)象，以規(guī)范施工工藝、提高施工質(zhì)量為研究目的，以實(shí)現(xiàn)高速公路可持續(xù)發(fā)展為研究意義，就此展開(kāi)技術(shù)性論述。

高速公路；路面基層；水泥穩(wěn)定碎石；施工技術(shù)

1 引言

隨著行車數(shù)量與交通荷載的日益增加，對(duì)我國(guó)高速公路路面基層的施工技術(shù)與施工質(zhì)量提出了更高的要求，水泥穩(wěn)定碎石基層作為一種半剛性路面結(jié)構(gòu)，它的應(yīng)用對(duì)我國(guó)高速公路的整體質(zhì)量得到了本質(zhì)的改善，進(jìn)而提高了服務(wù)水平與使用壽命。然而受其自身屬性與客觀因素的影響，水泥穩(wěn)定碎石基層往往會(huì)因溫縮與干縮現(xiàn)象導(dǎo)致裂縫發(fā)生，對(duì)行車質(zhì)量與行車安全造成不利影響。因此，加強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)的研究，對(duì)于我國(guó)高速公路的健康發(fā)展具有重要的推動(dòng)意義。

2 水泥穩(wěn)定碎石收縮機(jī)理分析

2.1 干縮機(jī)理

水泥穩(wěn)定碎石混合料的干燥收縮是由于其內(nèi)部含水量的變化而引起整體宏觀體積收縮的現(xiàn)象。混合料之所以隨含水量的減少而發(fā)生干縮現(xiàn)象，是因?yàn)殡S著含水量的減少，水泥穩(wěn)定碎石混合料依次經(jīng)受了毛細(xì)管張力作用、吸附水和分子間力作用及層間水作用。由于水泥穩(wěn)定碎石混合料均為多孔結(jié)構(gòu)的材料，水以各種形式存在于其內(nèi)部：有結(jié)構(gòu)水（結(jié)晶水與層間水等）、表面吸附水（結(jié)合水）、毛細(xì)管水（材料內(nèi)部顆粒之間孔隙、膠結(jié)物與各種礦物團(tuán)粒內(nèi)部的孔隙間的毛細(xì)管水）。這些水的蒸發(fā)會(huì)引起材料宏觀上的干燥收縮，故此影響其內(nèi)部水蒸發(fā)的因素?zé)o疑也是影響整體材料干燥收縮的主要因素。

2.2 溫縮機(jī)理

水泥穩(wěn)定類材料均是混合物。它們的基本組成是固相、孔隙水（嚴(yán)格地說(shuō)，為某種濃度的電解質(zhì)溶液）、孔隙以及氣體。其中，固相部分是由組成空間骨架結(jié)構(gòu)的各種礦料和水泥水化形成的膠結(jié)物組成；液相部分則包括固相表面的各類吸附水和結(jié)晶層間水、內(nèi)部的結(jié)構(gòu)水與孔隙水三個(gè)方面；氣相部分存在于各類孔隙的空間。這三相必然具有不同的熱脹冷縮性，且其中組成固相的不同礦物，結(jié)晶和非結(jié)晶體也應(yīng)該具有相異的熱脹冷縮性。因此，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，不同熱脹冷縮性的固相顆粒由于相互嵌擠膠結(jié)而必然產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，具體體現(xiàn)為固相顆粒之間的相互牽制和相互約束。所以材料的熱脹冷縮性應(yīng)該是有液相、氣相影響的固相的綜合效應(yīng)。由于混合料中的大部分孔隙貫通，因此可忽略不計(jì)氣相在綜合效應(yīng)中的影響。

3 水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)分析

3.1 材料選擇

（1）水泥。基于水泥穩(wěn)定碎石抗溫縮與抗干縮性能的考慮，水泥宜選用p.032.5普通硅酸鹽水泥，其初凝時(shí)間應(yīng)≥3h，終凝時(shí)間應(yīng)≥6h（一般6～10h），且用量控制在5～6%之間，嚴(yán)禁使用早強(qiáng)、變質(zhì)、快硬水泥。以7d浸水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度3～5MPa為控制，當(dāng)32.5水泥采用設(shè)計(jì)計(jì)量無(wú)法達(dá)到強(qiáng)度要求時(shí)，可考慮采用42.5水泥。

（2）集料。高速或一級(jí)公路采用水泥穩(wěn)定碎石施工路面基層時(shí)，其集料最大粒徑應(yīng)≤31.5mm，具體顆粒組成見(jiàn)下表1：

表1 水泥穩(wěn)定碎石集料顆粒組成范圍

a.粗集料。粗集料應(yīng)干燥潔凈，強(qiáng)度滿足要求，最大粒徑不應(yīng)超過(guò)31.5mm，壓碎值≤28%，針片狀含量≤18%，粒徑小于0.075mm的含量≤2.0%，堅(jiān)固性≤20%。實(shí)踐證明，粗集料粒徑過(guò)大會(huì)表現(xiàn)出：①拌合、運(yùn)輸、攤鋪過(guò)程容易出現(xiàn)大小粒料分離現(xiàn)象，難以保證混合料均勻性；②因大粒料失水過(guò)快而導(dǎo)致混合料含水量降低，對(duì)水解與水化作用造成影響；③混合料整體穩(wěn)定性較差，粗、細(xì)集料間難以板結(jié)成為整體，致使基層局部松散、滲水以及強(qiáng)度較低。

b.細(xì)集料。最大公稱粒徑≤4.75mm的細(xì)集料砂當(dāng)量（SE）應(yīng)≥50%，且粒徑不宜過(guò)細(xì)。由于粒徑＜0.5mm的細(xì)集料在施工過(guò)程中會(huì)表現(xiàn)出一定的塑性指數(shù)，因此0.075mm以下細(xì)集料與黏土過(guò)多時(shí)會(huì)因水泥穩(wěn)定碎石基層半剛性體干縮應(yīng)變系數(shù)增大而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的機(jī)率提升，進(jìn)而對(duì)基層整體強(qiáng)度造成影響。實(shí)踐證明，水泥穩(wěn)定碎石基層配料過(guò)程中粒徑小于0.075mm的細(xì)集料含量應(yīng)≤5%。

（3）水。一般飲用水皆可直接使用，若為可疑或不明水源時(shí)，則需通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)驗(yàn)證其合格性。

3.2 混合料拌合

水泥穩(wěn)定碎石混合料拌合宜采用集中、連續(xù)廠拌的方式，確保配合比、均勻性與穩(wěn)定性滿足要求。拌合過(guò)程中各材料在嚴(yán)格遵循試驗(yàn)配比的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加水泥計(jì)量，但為減少收縮裂縫最多不得超過(guò)設(shè)計(jì)用量的0.5%；為彌補(bǔ)運(yùn)輸、攤鋪以及碾壓過(guò)程中水分的損失，混合料實(shí)際拌合含水量應(yīng)高出最佳含水量0.5～1.0%，且在拌合過(guò)程中根據(jù)集料實(shí)測(cè)含水量及時(shí)調(diào)整實(shí)際用水量。拌合完成的混合料應(yīng)確保色澤一致、攪拌均勻，無(wú)花面、灰團(tuán)或灰條現(xiàn)象。

3.3 混合料攤鋪

為確保基層與底基層結(jié)合緊密，提高路面基層整體質(zhì)量，水泥穩(wěn)定碎石攤鋪前應(yīng)在底基層清掃干凈并灑水濕潤(rùn)后均勻撒布一層水泥用量不低于1.0～1.2kg/m2的水泥漿。混合料攤鋪宜采用2臺(tái)攤鋪機(jī)交叉連續(xù)作業(yè)，攤鋪過(guò)程應(yīng)連續(xù)勻速（一般為1.5m/min）前進(jìn)，無(wú)特殊原因中間不得停機(jī)，實(shí)踐證明：混合料離析現(xiàn)象除因集料級(jí)配不符合上表1要求外，攤鋪機(jī)不能平穩(wěn)、連續(xù)作業(yè)也是重要原因之一。除此之外，攤鋪過(guò)程還應(yīng)控制松鋪系數(shù)、攤鋪厚度以及路拱坡度滿足實(shí)際要求。

3.4 混合料碾壓

混合料碾壓應(yīng)遵循“先慢后快、先輕后重”的基本原則，一般由路段碾壓由兩側(cè)路肩向中心，超高路段則由內(nèi)向外碾壓，且需重疊輪跡寬度1/2。水泥穩(wěn)定碎石自拌合自碾壓結(jié)束，其延遲時(shí)間不宜超過(guò)2～3h，為避免攤鋪完成的混合料因失水過(guò)多影響壓實(shí)效果，上機(jī)碾壓以20～50m作業(yè)長(zhǎng)度為宜。一般情況下，初壓以膠輪壓路機(jī)或鋼輪壓路機(jī)碾壓1～2遍，控制車速為1.5～1.7m/h；復(fù)壓以振動(dòng)壓路機(jī)碾壓2～3遍，控制車速為2.0～2.5m/h；終壓則以鋼輪壓路機(jī)碾壓至路面不存在明顯輪跡為止（一般不少于2遍），控制車速為1.5～1.7m/h，碾壓過(guò)程中采用核子密度儀快速、實(shí)時(shí)檢測(cè)壓實(shí)度，確保終壓完成后壓實(shí)度不小于98%。需要注意的是：壓實(shí)過(guò)程中壓路機(jī)不得在碾壓面進(jìn)行掉頭與急剎操作。

3.5 混合料養(yǎng)護(hù)

為保證水泥穩(wěn)定碎石水化反應(yīng)正常進(jìn)行，碾壓完成后應(yīng)立即實(shí)施養(yǎng)護(hù)工作（一般不少于7d），常用的養(yǎng)護(hù)方法有土工布覆蓋灑水法、濕砂養(yǎng)生法與噴灑乳化瀝青法，相比之下工布覆蓋灑水法具有操作便捷、效率高、成本低、效果較好等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)實(shí)施交通管制，只允許施工車輛（如灑水車）以均勻分布的方式及小于30km/h的車速行駛。若基層完成后10d內(nèi)不能及時(shí)鋪筑面層，則應(yīng)鋪灑瀝青封層進(jìn)行保護(hù)。

為防止水泥穩(wěn)定碎石基層因濕度與溫度變化而形成裂縫，需在養(yǎng)護(hù)4～5d后沿線縱向切割寬5mm、深50mm的伸縮縫，縫與縫間距20m，切縫完成后利用空壓機(jī)吹洗干凈并用熱瀝青實(shí)施灌縫處理。

4 結(jié)語(yǔ)（水泥穩(wěn)定碎石基層抗壓強(qiáng)度分析）

基于以上論述，筆者結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用與專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，就水泥穩(wěn)定碎石基層的抗壓強(qiáng)度予以定性分析。

在混合料組成設(shè)計(jì)、（施工過(guò)程）日常監(jiān)測(cè)以及基層驗(yàn)收過(guò)程中，各試件的無(wú)側(cè)線抗壓強(qiáng)度平均值R平按下式進(jìn)行控制：

式中：Rd→設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度（MPa）；Za→標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表中隨置信度a（或保證率）而變的系數(shù)；Cv→試驗(yàn)結(jié)果的偏差系數(shù)，以小數(shù)計(jì)。

由上式可知，施工過(guò)程的強(qiáng)度控制除應(yīng)考慮達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度值外，還需對(duì)實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到的保證率與各實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度值間的偏差程度進(jìn)行綜合性考慮，而這些因素是對(duì)施工單位施工技術(shù)與施工水平等綜合能力的本質(zhì)反映。偏差系數(shù)越小，說(shuō)明施工質(zhì)量波動(dòng)越小，質(zhì)量穩(wěn)定且強(qiáng)度均勻；反之說(shuō)明施工質(zhì)量波動(dòng)越大，質(zhì)量控制穩(wěn)定性越差。

[1] JTJ034-2000.公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 賀雋.水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量控制[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2013(16):120～122.

[3] 沈輝,杜銀飛,楊興中,瞿永生.基于水泥穩(wěn)定碎石混合料的配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].北方交通,2010(10).

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.069