免振壓水泥穩定碎石基層配合比設計與施工方法

李 喆，張洪偉

(內蒙古自治區交通建設工程質量監督局，內蒙古呼和浩特 010020)

0 引言

在水泥穩定碎石基層的施工過程中，為了提高壓實度，通常需要大噸位的振動壓路機反復強振，才能密實成型，達到規定的強度要求。對于街道化程度較高的路段，特別是村鎮過境路段，道路兩側房屋建筑質量較差，振動壓路機的反復強振會使周邊房屋受到不同程度的損壞，給居民的生活帶來嚴重影響。

張慧明［1］認為自密實混凝土指流動性高、不離析、均勻、穩定，澆注時依靠自重流動，無需振搗即可達到密實的混凝土，而減少粗集料含量、增大細集料含量是實現混凝土自密實的方法之一。因此可以借鑒自密實混凝土的級配來設計免振壓水泥穩定碎石的級配，但必須考慮由于細集料的增多導致的水泥穩定碎石收縮的問題。

東南大學劉林松［2］采用摻加減水劑和膨脹劑的方法改善免振壓水泥穩定碎石基層的性能，通過室內試驗和試驗段的鋪筑驗證了免振壓水泥穩定碎石基層的可行性。

本文從振動壓路機的振動原理入手，通過現場監測得出壓路機振動對周邊建筑物的影響，在現有研究成果和已有經驗的基礎上提出新的免振壓水泥穩定碎石基層配合比設計方法，并通過反復現場試驗總結出拌合、碾壓、養生的全過程施工工藝。

1 振動壓路機對建筑物的影響

振動壓路機引起的振動是以波動的形式傳播和衰減的，建筑物所在地面的振動速度與建筑結構的損害程度關系密切［3］。振動壓路機在某一特定振動頻率工作時，地面振動速度與振幅成正比關系［4］。

式中:V為地面振動速度(mm·s－1);f為振動頻率(Hz);Ar為建筑物所在地面振動幅度(mm)。

工程試驗采用CLG622振動壓路機，在其正常工作狀態下，監測地面不同位置的振動速度，結果如圖1所示，振動壓路機的主要技術參數見表1。試驗結果表明:在12 m范圍內，地面振動速度大于5 mm·s－1，振動壓路機工作時會對該范圍內的磚瓦房產生損壞;在21 m范圍內，地面振動速度大于3 mm·s－1，該范圍內的土坯房及毛石房將會產生損壞。

圖1 地面振動速度隨距離的變化

表1 振動壓路機主要技術參數

可以看出，振動壓路機在正常工作時將對周邊建筑產生較大破壞，本文采用免振壓水泥碎石基層，免除振壓工藝，大大減輕對周邊建筑物的影響。

2 免振壓水泥穩定碎石基層級配設計

如何通過級配的優化設計和特殊的施工工藝，在保證水泥穩定碎石基層密實成型的同時，避免施工機具振動對周圍建筑的影響，是免振壓水泥穩定碎石基層級配設計的關鍵。本文以免振壓水泥穩定碎石基層在北京110國道連接線的應用為例，對其應用效果進行室內外試驗研究。

2.1 級配的擬定

根據《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20—2015)規定，不同道路等級的碎石基層的級配范圍，如表2所示，其中C-B-1和C-C-1級配分別適用于高速公路和一級公路的基層、底基層以及二級和二級以下公路的基層和底基層。參考力學效應分析和經驗，經過多重試驗認為:調低集料中粗集料含量、增加細集料含量、控制集料的最大粒徑配制而成的水泥穩定碎石基層，可以明顯降低地面振動速度［5-9］。試驗最后確定的集料級配范圍及規范推薦范圍對比見表2，水泥劑量控制在6%～9%時，配制出的不同級配的水泥穩定碎石材料可以達到理想的效果。

表2 免振壓水泥穩定碎石基層參考級配與規范推薦的范圍對比

試驗所用集料分別提取了石灰巖各檔石料進行混合料試驗，水泥采用普通硅酸鹽42.5#水泥。試驗按照免振壓參考級配中值進行控制，如表3所示。水泥穩定碎石試驗級配曲線，如圖2所示。

2.2 最佳含水量與最佳水泥劑量的確定

擬定6%、7%、8%三個水泥劑量，按照推薦級配的中值摻配。通過重型擊實試驗得到不同水泥劑量下的最佳含水量和最大干密度。再按照98%的

表3 免振壓水泥穩定碎石基層級配設計

圖2 水泥穩定碎石試驗級配曲線

壓實度標準以靜壓法成型15 cm×15 cm的圓柱形試件，在20℃±2℃的條件下保濕養生6 d，再浸水24 h，測量試件的無側限抗壓強度。抗壓強度結果的平均值應滿足下式的要求［10-11］。

R≥Rd/(1－ZaCv)

式中:R為抗壓強度均值;Rd為設計抗壓強度(MPa);Cv為試驗結果的偏差系數;Za為標準正態分布表中隨保證率變化的系數，一級公路保證率取95%，則Za=1.645。擊實試驗及無側限抗壓強度試驗結果見表4。

表4 擊實試驗及無側限抗壓強度試驗結果

考慮到免振壓水泥穩定碎石材料具有水泥劑量較高、小粒徑集料占比較多、濕度變化易產生干縮裂縫的特點，干縮試驗分別采用3種水泥劑量靜壓成型10 cm×10 cm×40 cm的中梁試件。試件脫模后用塑料袋密封，置于25℃±2℃的標準養護室保濕養生7 d，再在室內自然濕度下風干，直至含水量不再減小、干縮應變趨于穩定為止。在不同時間點測定不同失水率的收縮情況。試驗結果見圖3、4。

圖3 失水率與時間的關系曲線

圖4 干縮應變與時間的關系曲線

由圖3、4可以看出:失水率隨時間逐漸增加，在前1周內變化較快，20 d后趨于穩定;試件的干縮應變隨時間不斷增大，也隨水泥劑量的增大而增大，當采用較大水泥劑量時，干縮應變對水泥劑量的敏感性顯著［12-13］。因此，在保證基層強度的前提下，應盡量使用較小的水泥劑量，不能為了保證強度而過分提高水泥劑量。

由以上試驗可知:當水泥劑量達到7%時，水泥穩定碎石的7 d無側限飽水抗壓強度能夠達到5 MPa的要求;且水泥劑量在7%時，失水率和干縮系數在20 d后趨于穩定。故本段道路基層設計采用免振壓基層水穩基層級配中值，水泥劑量為7%，最佳含水量為6.61%。

3 免振壓水泥穩定碎石基層的施工方法與質量檢驗

由于免振壓水穩碎石基層采用特殊的級配，用普通壓路機代替振動壓路機即可達到預期的壓實強度。

3.1 拌合與攤鋪

拌合時拌缸長度宜大于5 m，不足5 m時，宜減緩進料速度和生產量，保證拌合時間大于20 s，實際拌合用水量宜大于最佳含水量0.5%～1.0%。

攤鋪機行走速率控制在1～2 m·min－1，2臺攤鋪機相距5～8 m，搭接10～20 cm，振搗頻率和振幅要經試驗段驗證后保持一致并鎖定，不允許隨意調整。一般以不振碎混合料碎石且攤鋪機不產生共振為最佳。

建議預夯錘設定振動頻率為40 Hz左右，振幅為20 mm以上;熨平板振動頻率小于6 Hz，振幅大于8 mm。嚴禁施工過程中收斗，每天允許收斗1次。攤鋪機兩側及外側增設橡膠圍裙，防止集料豎向離析。

3.2 碾壓

每個作業面宜配備至少5臺壓路機，其中包括2臺重膠輪壓路機、2臺單鋼輪壓路機和1臺雙鋼輪壓路機。

(1)初壓。由2臺重型膠輪壓路機(26 t以上)緊跟攤鋪機進行碾壓，碾壓遍數為每臺3遍，共6遍。初壓時緊跟攤鋪機，并保持較短的初壓區長度，盡快使表面壓實，防止水分散失。

(2)復壓。由2臺單鋼輪壓路機(18 t)碾壓，碾壓遍數為每臺1遍，共2遍。復壓緊跟初壓進行，碾壓段的長度為40 m，每臺壓路機都要全幅碾壓，防止幅面壓實度不均勻。

(3)終壓。由1臺雙鋼輪壓路機消除輪跡印并配合缺陷處理組對混合料離析現象、局部水分過大現象進行處理。

當重膠輪初壓輪跡較深時，宜采用雙鋼輪壓路機初壓1～2遍。

3.3 養生與切縫

養生按照現行施工技術規范要求進行。在上基層施工3～5 d時施工預鋸縫，間距一般為8～15 m，深度為層厚的1/3左右，寬度為3～5 mm。

3.4 路面結構及層間處理措施

水穩底基層和基層的厚度一般為56～60 cm，過街路段修補作業時，受到路段及通行時間的要求，碾壓完成后可直接鋪筑上承層，省去底基層和下基層的養生時間，但建議層間噴灑水泥凈漿或干水泥粉作為聯結措施［14］。

水穩基層和面層間的聯結措施推薦采用瀝青碎石封層，熱瀝青灑布量宜在1.5 kg·m－2以上，碎石撒布粒徑宜為11～22 mm或11～18 mm。

3.5 現場檢測

為了驗證免振壓水泥穩定碎石基層設計與施工工藝是否滿足質量控制指標的要求，對連接線500 m試驗路段水泥穩定穩碎石基層的施工質量進行檢測。現場采用灌砂法檢測試驗段基層的壓實度，采用鉆芯法取出的芯樣完整無散落且厚度滿足設計要求，將其切割成標準試件后檢測無側限抗壓強度，結果如表 5 所示［15］。

由表5可知:試驗路段的壓實度代表值和平均抗壓強度均滿足規范要求。

表5 試驗段施工質量現場檢測結果

4 結 語

(1)振動壓路機正常工作時對周圍建筑物的影響與距建筑物距離和壓路機間的距離有關。在距振動壓路機約15 m范圍內，地面振動速度隨距離增大衰減較快;距振動壓路機25 m以外時地面振動速度隨距離增大衰減并趨于平緩，振動壓路機對建筑物影響較小。

(2)試驗表明，采用減少粗集料含量、增大細集料含量、適當增大水泥劑量的配合比設計方法和免振壓的施工工藝，水泥穩定碎石基層的壓實度、無側限抗壓強度和芯樣完整性均能夠滿足設計要求。

(3)通過試驗可以看出，水泥穩定碎石在前期失水較快，且隨著水泥劑量的增大結合料失水率變化速度也在加快，因此建議在施工過程中根據水泥劑量嚴格控制含水量，做好養生工作，并適當延長養生時間。

(4)考慮到免振壓水泥穩定碎石基層施工的不均勻性，建議實際工程摻配的水泥劑量應比實驗室配合比確定的水泥劑量高0.5%，用水量宜大于最佳含水量0.5%～1.0%。

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