水泥穩定碎石基層施工質量控制措施

朱海華

(廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001)

0 引言

水泥穩定碎石基層施工初期造價低，整體結構好。然而，由于脆性材料的水泥穩定碎石基料對濕度和溫度的變化敏感，在施工或負荷作用時，濕度或溫度變化容易造成裂縫等損壞。雖然小裂縫對基層和交通量的影響很小，但是重型荷載在路面結構上反復出現，會導致基層強度下降，促進路面裂縫發育。如果不及時采取措施來控制這些變化，路面耐久性將大幅度降低，進而影響水泥穩定碎石基層性能。針對這種現象，文章分析了影響水泥穩定碎石基層質量的各種因素，研究其主要影響因素及影響規律。依托廣西馬山至平果高速公路現場施工，加強監督力度和技術指導，及時對水泥穩定碎石混合料的級配設計進行完善；從源頭上加強對水泥用量、集料等原材料的質量把控，做好前場、后場試驗檢測工作。

1 水泥穩定碎石基層失效破壞的癥狀

水泥穩定碎石基層失效破壞一般都是因為施工質量措施不到位造成的，常見癥狀包括不正確的施工縫的處理措施、收縮造成的裂縫、基層推移和發生不均勻沉降等。

1.1 裂縫

水泥穩定碎石基層固結后相對容易破裂，一般沿著路面中心線呈有規律的橫向裂縫，縱向間隔為5～10 m左右，裂縫自身寬度為1～3 mm左右。產生原因有：

(1)不合格的原料，如物料品質，雜質含量、粒徑等。

(2)不正確的配合比，水泥含量過大，砂率過高等造成的小裂縫。

(3)混合不均勻，水泥料在骨料表面不均勻分散，經過雨水浸染后，碾壓路面引起路面不均勻濕潤。

(4)不正確的施工方法，碾壓不密實、不及時。

(5)溫度收縮裂縫，即隨著水泥穩定碎石基層溫度下降，收縮應力減小，水泥穩定碎石基層的拉伸強度不夠；為了抵抗收縮應力，發生裂紋，產生溫度收縮裂紋。

(6)干縮裂縫，基層施工后，水分蒸發造成干縮應力，引起干縮裂縫。

(7)施工冷縫，由于未按施工工藝要求處理施工縫而形成。

(8)提前通行，路面基層的抗拉強度很低，形成一些小裂紋，隨著時間的推移，路基產生反射裂縫和出現裂縫加大現象。

1.2 不均勻沉降

不均勻沉降常常在高填方區段發生。主要原因包括：(1)施工方面未嚴格按照分層填料壓實工藝，路基欠壓實；(2)對原地面未進行完善處理，在動態載荷中造成路面變形沉降；(3)由于缺乏對混合料含水量的控制，造成壓實不充分而發生變形沉降等。

1.3 推移

由于基層與基層之間粘接不夠牢固，再加上公路提前通行，例如重型卡車等超重動荷載引起路面荷載及其剪力過大，繼而導致推移。

2 水泥穩定碎石基層強度影響因素研究

2.1 馬平高速公路工程概況及施工質量控制要求

馬山至平果高速公路路線(以下簡稱馬平高速)起于馬山縣喬利鄉那料村附近，與在建的來賓至馬山高速公路相接，經周鹿鎮蓮塘、武鳴縣靈馬、平果縣四塘、坡造、馬頭鎮同仁、新安鎮雅龍，止于果化鎮玻利村附近，與南寧至百色高速公路相接，路線全長82.463 km，同步建設大化連接線23.14 km，周鹿連接線0.664 km。雙向四車道，設計速度100 km/h，路基寬度26 m；連接線采用二級公路標準建設，設計速度80 km/h，路基寬12 m。全線設置周鹿、四塘、坡造、平果東、玻利(樞紐)5處互通式立交，預留靈馬互通1處。

在馬平高速施工過程中，主要從四個方面來控制水泥穩定碎石基層的強度：(1)水泥穩定碎石基層施工是高速公路施工的最關鍵部分，因此需要加強施工管理；(2)加強監督力度和技術指導，及時對水泥穩定碎石混合料的級配設計進行完善；(3)從源頭上加強對水泥用量、集料等原材料的質量把控，做好前場、后場試驗檢測工作；(4)加強對相關施工人員的培訓，提高施工規范性。

2.2 正交化試驗

為了研究多影響因素水平，一般常用正交化試驗作為研究方法。在水泥穩定碎石混合料的級配設計中，多種因素會影響水泥穩定碎石基層的干縮率和強度。在維持水泥穩定碎石基層的強度不變的前提下，與實驗結果和測試部分的結果進行了比較。

2.3 設計過程及結果分析方法

2.3.1 擊實試驗

根據公路工程相關試驗規范的規定，進行擊實試驗，試驗方法共分為三類，主要參數見表1。

表1 擊實試驗及擊實標準表

根據實驗室條件，選用丙法。然后繪制含水率-干密度曲線圖，如表2和圖1所示。

表2 水泥穩定碎石混合料擊實結果表

圖1 含水率-干密度曲線圖

經過測試如表3。室內壓實試驗和現場壓實試驗結果基本一致。為了嘗試模擬水泥穩定碎石生產性能參數的變化，現場施工工藝實驗中，將以現場壓實試驗作為下一步試驗基準，并制作成型試塊模件，做材料因素性能的混合效應分析試驗。

表3 測試結果表

2.3.2 影響水泥穩定碎石基層性能因素的選擇

材料因素性能的混合效應是影響強度的主要因素，包括級配、含水量、水泥用量和壓實度。因此，針對正交化試驗設計，選取級配、含水量、水泥用量和壓實度四種因素的三個層次作為試驗工況，對4.75 mm孔隙通過量為39%為基準作調整，無側限抗壓強度和劈裂強度特性正交化試驗因素水平的選擇結果見表4。

表4 強度正交化試驗因素水平表

根據各參數之間的相互作用，將級配、含水量、水泥用量和壓實度作為正交化試驗設計因素。水泥穩定碎石混合料強度的正交化試驗設計和試驗方案分別如表5和表6所示。

表5 水泥穩定碎石混合料強度正交設計表

表6 強度正交化試驗安排表

2.4 方差分析

方差反映了試驗數據的離散程度，是衡量試驗條件穩定性的重要工具，離散程度對方差有重要影響。如果來自影響因素的測試條件和測試因素是總方差，方差和測試因子將屬于實驗誤差類別的范圍，它們與方差的相互作用被分離，并且在一定條件下比較兩個類方差，可以影響每個測試的相互影響因素，對測試指標大小進行測試，從而控制了各種客觀或主觀因素，改良試驗條件的可靠性。方差分析的常用處理手段為分解數據的總偏差，然后將由因子引起的偏差和平方誤差和進行匯總計算，結果就是總偏差的平方和。

方差分析主要是解決以下問題：(1)確定主要和次要參考因素及其相互作用；(2)對由因子引起的偏差和和平方誤差和的分析；(3)確定結論的置信度；(4)確定最優組合并表示置信區間。

通過方差分析，分析正交試驗的結果，表明計算量大為減少，可以確定影響試驗的主要因素和次要影響因素，以及代表的置信區間或置信水平。

3 水泥穩定碎石基層施工質量控制

3.1 拌合過程中的質量控制

在實際施工過程中，一般采用特殊攪拌機進行混合，可確保水泥穩定碎石的穩定性，保證基料的整體質量。雖然該機的使用和混合生產以確保基層質量，但水泥穩定碎石混合料的一些技術指標會發生變化，在整個生產過程中的水含量和其他參數也不能做到與設計值完全相同。在這方面，從混合料級配、水泥含量、水含量、拌合設備的選擇等角度對水泥穩定砂礫基層材料進行離析，分析其變化的原因，并提出相應的質量控制措施。

依據庫倫定律可確定水泥穩定碎石基層的強度，其公式為：

τ=c+σ×tanφ

各符號含義如下：

τ——由加載產生的剪切應力；

c——自身凝聚力；

σ——正常負載所產生的正應力；

φ——內摩擦角。

水泥穩定碎石材料的內摩擦角φ主要由級配碎石的摩擦力和水泥硬化后的強度產生。從以上公式可以看出，水泥穩定碎石基層強度的形成主要有兩個組成部分：級配碎石夾層和水泥膠結力。綜上所述，為了使水泥穩定碎石基層達到高強度，原材料必須嚴格檢驗和控制。

3.2 運輸與攤鋪過程中的質量控制

采用廠拌法將混合料與水泥穩定碎石混合，將混合料運至施工現場進行運輸壓實，以維持材料性能穩定性。在水泥穩定碎石基層混合料輸送過程中，由于室外溫度和車輛運輸的影響，混合料性質被改變，如顆粒分離、失水等。因此，在混合運輸和分離過程中確保混合物的質量是重要的一環。

3.3 壓實養護過程中的質量控制

在施工過程中，水泥穩定碎石基層混合料中不可避免會混入氣體形成空腔，因此需要對水泥穩定碎石基層進行壓實，水泥穩定碎石基層的壓實過程是最關鍵的施工質量控制措施之一。在壓實過程中，骨料聚集形成更緊湊有效的排列形式。足夠的壓實力讓基層滿足一定的強度和耐久性要求。此外，基礎平整度為瀝青路面施工提供了較好的平整度保證。

4 結語

通過正交試驗研究了水泥含量、含水量和級配對水泥穩定碎石混合料強度和收縮率的影響。在保障基層強度的前提上，將試驗路段驗收結果(馬平高速公路K157+950～K158+350右幅)與實驗室試件試驗成果進行對比分析，得到收縮性能較佳的水泥穩定碎石基層的混合料配合比方案。最后，通過正交化試驗分析并驗證了各種影響因素對基層性能的影響。同時，結合現場施工從水泥穩定碎石的拌合、運輸、攤鋪和碾壓成型等方面控制質量，保障了基層的施工和使用質量。主要結論和建議為：

(1)影響基層施工和使用質量的主要因素為級配和水泥劑量及含水量等，且影響大小不同。

(2)正交化試驗時，采用7 d無側限抗壓強度和90 d劈裂強度為試驗考核指標。結果表明，四個正交因素在影響因素的變化區間水平內，對水泥穩定碎石混合料強度和收縮率存在影響，影響基層強度的大小次序為：含水量<壓實度<級配<水泥劑量。

(3)通過方差分析，其檢驗統計量F的檢驗結果顯示，試驗選定的正交因素影響基層強度的顯著性程度次序也是：含水量<壓實度<級配<水泥劑量。

(4)水泥用量是影響水泥穩定碎石基層強度的主要因素。

(5)級配變異性對高速公路的運維質量和抗裂性存在顯著影響，因此針對骨料級配的變異性，在生產和施工過程中應加強監督力度和技術指導，及時對水泥穩定碎石混合料的級配設計進行完善，加強對相關施工人員的培訓，提高施工規范性。