淺談水泥穩(wěn)定碎石層施工工藝與質(zhì)量控制

徐建紅

廈門市交通建設(shè)工程檢測有限公司，福建 廈門 361000

1 工程概況

某工程位于泉州市惠安縣，其基層為厚度20cm 的5%水泥穩(wěn)定碎石層（以下簡稱水穩(wěn)層）。水穩(wěn)層的下承層為設(shè)計(jì)厚度50cm、粒徑不大于10cm 的碎石層，上層為厚度22cm 的C35 路面混凝土。設(shè)計(jì)要求水穩(wěn)層的壓實(shí)度不得小于97%。

2 施工工藝

本工程采用的是強(qiáng)制式水泥穩(wěn)定粒料拌和機(jī)拌和，自卸式汽車運(yùn)輸，人工攤鋪，碾壓采用了12t 振動壓路機(jī)。整個施工工藝可以概括為“一重點(diǎn)、二環(huán)節(jié)、三區(qū)段、八流程”，抓住“配合比”這一個重點(diǎn)，對“拌和場和施工現(xiàn)場”二個環(huán)節(jié)、施工現(xiàn)場的“攤鋪區(qū)、壓實(shí)區(qū)和整形區(qū)”三個區(qū)段和對“施工的準(zhǔn)備→放樣→拌和→運(yùn)輸→攤鋪整平→碾壓→整形封面→灑水養(yǎng)生與交通管制”這八個流程進(jìn)行全面有效的控制。

2.1 配合比設(shè)計(jì)

首先是材料選擇。本工程選用蕪湖海螺P.O 42.5 水泥，經(jīng)檢測初凝時間4 h左右，終凝時間6.5h 左右，安定性、膠砂強(qiáng)度、化學(xué)指標(biāo)均符合GB175-2007 標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過對本工程附近的石料加工場的調(diào)查和原材料試驗(yàn)，選定使用本工程附近的大型碎石廠生產(chǎn)的集料，采用（10～20）mm、（5～10）mm 和石屑（0～5）mm 三種級配組成。

為配置合理的水穩(wěn)層配合比，工地試驗(yàn)室對本工程使用的這三種集料進(jìn)行了篩分試驗(yàn)，并根據(jù)這三種集料的顆粒級配，將各檔集料按照不同的比例進(jìn)行了摻配，得出（10～20）mm：（5～10）mm ：（0～5）mm 的4 個比例，見表1。

表1 摻配比例

組成后的級配曲線符合JTG/T F20-2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》表4.5.4 中C-C-3 的規(guī)定要求。級配曲線見圖1。

對以上4 種級配分別用同一水泥劑量和含水率進(jìn)行擊實(shí)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，選取其中力學(xué)性能最優(yōu)的一組比例作為目標(biāo)級配。

在選定了目標(biāo)級配曲線后，按要求對使用的各檔材料進(jìn)行取樣、篩分試驗(yàn)，得到平均篩分曲線與相應(yīng)的變異系數(shù)，再按2倍標(biāo)準(zhǔn)差算出各檔材料的級配波動范圍；按之前確定的目標(biāo)級配和各檔集料的平均篩分曲線，以及確定好的使用比例，得出該水穩(wěn)混合料的合成級配；然后計(jì)算出我們實(shí)際生產(chǎn)中該水穩(wěn)料的級配波動的范圍，對這個波動范圍的上限、下限進(jìn)行驗(yàn)證性能。目標(biāo)級配平均值及波動上、下限曲線見圖2 所示。

圖1 集料組成設(shè)計(jì)后級配曲線

圖2 目標(biāo)級配曲線

表2 水穩(wěn)層配合比

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)目標(biāo)級配平均值和上、下限值曲線的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求，由此確定各檔材料摻配比例即為目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)摻配比例。再選取不少于5 個水泥劑量分別用最佳含水率拌制混合料進(jìn)行水泥劑量滴定試驗(yàn)，檢驗(yàn)各劑量條件下EDTA 消耗量，并繪制水泥劑量標(biāo)定曲線。最后在混合料選定的級配、水泥劑量和最佳含水率的條件下，選取不同的幾個成型的時間，對該混合料進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，繪制出相對應(yīng)的延遲時間曲線，并根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，確定容許延遲時間。

根據(jù)設(shè)計(jì)給定的水泥劑量，可計(jì)算出水泥和三種集料的重量比，得出試驗(yàn)配合比。本工程中，5%水穩(wěn)層的試驗(yàn)配合比數(shù)據(jù)見表2。

2.2 拌和、運(yùn)輸和攤鋪

拌和前先調(diào)試設(shè)備，拌和過程中根據(jù)集料和混合料的情況，及時調(diào)整加水量，使拌和的混合料的含水率比最佳的含水率稍微高一些，好彌補(bǔ)混合料在運(yùn)輸、攤鋪以及碾壓的過程中的水分損失。根據(jù)氣溫、運(yùn)距和機(jī)械碾壓性能等情況可比最佳含水率略高0.5～1.0%。

拌和好的混合料在裝車時車輛要前后移動，并分成三次裝料，以避免造成混合料的離析。運(yùn)輸混合料我們采用自卸式運(yùn)輸車，裝料前先把車廂清洗干凈，在卸料及運(yùn)輸?shù)倪^程中，盡量不要中途停車、顛簸，確保水穩(wěn)混合料的延遲時間，以及不產(chǎn)生離析。

在水穩(wěn)料的攤鋪過程中應(yīng)控制拌和機(jī)的出料速度，有利的控制攤鋪速度，盡量避免停機(jī)待料的情況。在現(xiàn)場設(shè)置專人，以消除集料的離析等現(xiàn)象，鏟除任何出現(xiàn)離析、濕度過大等的不合格混合料，并且在碾壓前采用合格的拌和料來修補(bǔ)。

2.3 碾壓和接縫處理

碾壓遵循的原則是由低到高、由邊到中，碾壓的時候應(yīng)控制混合料的含水率處在最佳含水率的±0.5%之間，當(dāng)實(shí)際含水率接近最佳含水率時，壓實(shí)度才有保證。

本工程的水穩(wěn)層采用半幅施工，其縱縫垂直相接，前半幅施工時，在路中心一側(cè)設(shè)方木做支撐，養(yǎng)生結(jié)束后，在后半幅施工開始前拆除支撐木。本工程在靠近西通道處的圓弧段出現(xiàn)同時施工的兩工作段需要銜接，此時應(yīng)在施工中前一段整形后留5～8m 不碾壓，后一段施工時，前一段未壓部分應(yīng)再加部分水泥重新拌和，并與后一段一起碾壓。

2.4 養(yǎng)生

每一路段在碾壓完成以及檢測壓實(shí)度的同時，立即開始養(yǎng)生，本工程中我們水穩(wěn)層的養(yǎng)生用的是保水性能良好的土工布覆蓋，覆蓋2h 之后，再用灑水車灑水來保濕養(yǎng)生。灑水的時候不能用高壓式噴管，以免破壞了基層的結(jié)構(gòu)，每天灑水的次數(shù)應(yīng)根據(jù)氣候來定，整個養(yǎng)生期間（7～28d 以及下一層施工前）應(yīng)始終保持水穩(wěn)層的表面濕潤。養(yǎng)生期間要交通封閉，在這期間內(nèi)灑水車須行駛在另外的一側(cè)車道上。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)段的質(zhì)量問題及原因調(diào)查

3.1 現(xiàn)場試驗(yàn)段的施工

為了提供準(zhǔn)確、合理的施工方案，以及驗(yàn)證試驗(yàn)配合比、確定混合料的松鋪系數(shù)，我項(xiàng)目部進(jìn)行了50m 的試驗(yàn)路段的鋪筑。水泥劑量較室內(nèi)試驗(yàn)配合比提高0.5%，按5.5%控制，含水量較試驗(yàn)配合比提高1%。鋪筑過程中，我作為工地試驗(yàn)室主管，組織試驗(yàn)室人員對試驗(yàn)段的施工質(zhì)量進(jìn)行了試驗(yàn)跟蹤，對壓實(shí)度、無側(cè)限強(qiáng)度進(jìn)行了試驗(yàn)檢測。

3.2 試驗(yàn)段的質(zhì)量問題

經(jīng)過對試驗(yàn)段的現(xiàn)場跟蹤和試驗(yàn)檢測，發(fā)現(xiàn)了幾種質(zhì)量問題：部分位置表面松散（約2m×3m 區(qū)域）、出現(xiàn)擁包、所測6點(diǎn)壓實(shí)度中的1 點(diǎn)偏低（最大干密度2.220g/cm3，實(shí)測2.142 g/cm3，壓實(shí)度96.5%）、試驗(yàn)段鋪設(shè)一個星期后部分表層出現(xiàn)非貫通收縮裂紋。

3.3 原因調(diào)查

針對試驗(yàn)段出現(xiàn)的質(zhì)量問題，我組織工地試驗(yàn)人員協(xié)同現(xiàn)場負(fù)責(zé)人以及現(xiàn)場施工員對問題的產(chǎn)生原因進(jìn)行了調(diào)查。

3.3.1 表面松散

在試驗(yàn)段施工中，發(fā)現(xiàn)有約2m×3m 的區(qū)域出現(xiàn)表面松散問題，大骨料裸露在外，表面粗糙，不易碾壓成型。檢查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域水穩(wěn)層混合料的集料最大粒徑偏大、混合料攤鋪離析。調(diào)查發(fā)現(xiàn)集料粒徑偏大系因原材料進(jìn)場時司機(jī)失誤將一車用于混凝土的20～30mm 碎石倒入基層用10～20mm 碎石料場中，雖然在現(xiàn)場施工員及時制止后得到糾正，但是依然有少部分混入。混合料離析系因混合料裝車時運(yùn)輸車輛沒有前后移動，致使粗集料流向堆底造成離析。

3.3.2 擁包

試驗(yàn)段中部一處區(qū)域出現(xiàn)擁包現(xiàn)象。經(jīng)分析，是因?yàn)槿斯備仌r攤鋪不均，部分區(qū)域攤鋪厚度過大，在碾壓時形成隆起，現(xiàn)場施工也未及時對隆起進(jìn)行處理，從而造成了擁包。

3.3.3 壓實(shí)度不足

試驗(yàn)段施工后工地試驗(yàn)室抽取了6 個測點(diǎn)進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示有1 個測點(diǎn)壓實(shí)度為96.5%，低于97%的的設(shè)計(jì)要求。施工過程中該處并不存在漏壓情況，混合料也并未離析，因此可以排除碾壓遍數(shù)不夠、局部漏壓和混合料不均勻的原因。同時，調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的混合料人工攤鋪用時較長，且存在壓路機(jī)停機(jī)待料的情況，致使該區(qū)域混合料的延遲時間較長，考慮到施工時氣溫較高，我們確認(rèn)該處壓實(shí)度不符合要求是由水量損失導(dǎo)致含水量偏離最佳含水量和混合料延遲時間長而引起。

3.3.4 收縮裂縫

鋪設(shè)后一個星期內(nèi)，表面出現(xiàn)些許不貫通的表層收縮裂縫。現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果認(rèn)為，施工后養(yǎng)護(hù)不足、現(xiàn)場晝夜溫差大和現(xiàn)場海風(fēng)較大是引起收縮裂縫的主要原因。

4 預(yù)控措施

通過對試驗(yàn)段的試驗(yàn)跟蹤、質(zhì)量調(diào)查和原因分析，工地試驗(yàn)室對可能影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)有了較為明確的認(rèn)識。為保證后續(xù)的水穩(wěn)層正式施工能在質(zhì)量保證的前提下順利進(jìn)行，我提出了以下施工預(yù)控措施，并在試驗(yàn)段施工總結(jié)會議上得到項(xiàng)目部的采納。

4.1 原材料的質(zhì)量控制

4.1.1 碎石

碎石粒徑偏大是造成試驗(yàn)段施工時出現(xiàn)表面松散現(xiàn)象的主因，因此，項(xiàng)目部必須加強(qiáng)對碎石的質(zhì)量監(jiān)控，確保各級配碎石質(zhì)量的穩(wěn)定。除按規(guī)范要求對每批原材料委托外檢外，試驗(yàn)室也將加強(qiáng)對碎石的日常檢測，主要是碎石級配。在材料進(jìn)場時安排人員進(jìn)行監(jiān)控，對不符合要求的碎石進(jìn)行拒收，同時避免因石料運(yùn)輸車司機(jī)失誤造成不同級配碎石的混摻。

4.1.2 水泥

本工程水穩(wěn)層施工使用的是蕪湖海螺P.O 42.5 水泥，由于袋裝水泥易潮、易結(jié)塊，工地試驗(yàn)室將加強(qiáng)對進(jìn)場水泥的檢測和防潮保護(hù)。考慮到現(xiàn)場施工溫度較高、人工攤鋪時間較長，為避免因水泥凝結(jié)過快導(dǎo)致無側(cè)限強(qiáng)度不足、壓實(shí)度達(dá)不到要求等質(zhì)量問題，必須保證水泥有比較長的凝結(jié)時間，因此試驗(yàn)室將加強(qiáng)進(jìn)場水泥的凝結(jié)時間控制，確保使用的水泥初凝時間大于3h，終凝時間大于6h，小于10h。

4.2 根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇含水率

含水率偏小是試驗(yàn)段出現(xiàn)壓實(shí)度不滿足設(shè)計(jì)要求的重要原因，因此，選擇合理的施工含水率是施工質(zhì)量的重要保證。在試驗(yàn)段施工中我們采用比室內(nèi)試驗(yàn)配合比高0.5%的含水率，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在攤鋪時間長、氣溫高的情況下，提高0.5%的含水率并不能夠彌補(bǔ)混合料在運(yùn)輸、攤鋪與碾壓過程中水分的損失。因此，在后續(xù)的正式施工中，試驗(yàn)室將根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況加強(qiáng)對含水率的調(diào)整，在溫度高、施工進(jìn)展慢時適當(dāng)提高混合料的含水率。

4.3 加強(qiáng)對混合料攪拌、出料和運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量控制

為保證混合料不產(chǎn)生離析，避免出現(xiàn)表面松散等質(zhì)量問題，現(xiàn)場還需要對攪拌、出料和運(yùn)輸過程加強(qiáng)質(zhì)量控制。保證混合料的攪拌時間、落實(shí)混合料裝車時前后移動分三次裝料的要求，同時盡量避免運(yùn)輸途中的中途停車和顛簸。

由于施工中的停機(jī)待料增加了混合料的延遲時間，對水穩(wěn)層的壓實(shí)度和強(qiáng)度有很大的負(fù)面影響，同時停機(jī)待料也會加大混合料的含水率損失，因此施工中還要盡量避免因攪拌機(jī)和運(yùn)輸車出現(xiàn)故障而導(dǎo)致停機(jī)待料的情況發(fā)生。為此，項(xiàng)目部應(yīng)安排機(jī)修人員加強(qiáng)設(shè)備的檢修。

4.4 提高混合料的攤鋪質(zhì)量和碾壓質(zhì)量

為避免再次出現(xiàn)擁包這類質(zhì)量問題，施工中還必須加強(qiáng)攤鋪質(zhì)量和碾壓質(zhì)量的控制。在施工過程中派人用三米直尺進(jìn)行實(shí)時自檢，可以及時發(fā)現(xiàn)攤鋪和碾壓上的問題，有利于此類質(zhì)量問題在碾壓過程中得到避免和糾正。

同時，在試驗(yàn)段施工中發(fā)現(xiàn)，按現(xiàn)場現(xiàn)有的人員配置，工人的勞動強(qiáng)度較大，人工攤鋪速度和攤鋪質(zhì)量的波動比較大。在人力上面安排適當(dāng)?shù)母挥嗫梢愿玫谋ＷC穩(wěn)定的攤鋪速度和攤鋪質(zhì)量。因此，在水穩(wěn)層正式施工前項(xiàng)目部應(yīng)適當(dāng)增加攤鋪工人。

4.5 堅(jiān)持現(xiàn)場試驗(yàn)跟蹤

工地試驗(yàn)室安排人員在現(xiàn)場及時跟蹤，對碾壓成型的水穩(wěn)層及時進(jìn)行檢測，如需對寬度、厚度、平整度、壓實(shí)度、含水率和集料的級配等進(jìn)行調(diào)整時，及時通知工地上的負(fù)責(zé)人進(jìn)行調(diào)整。現(xiàn)場及時的試驗(yàn)跟蹤，是將質(zhì)量問題解決在初始階段的重要手段。

4.6 加強(qiáng)養(yǎng)生

合理的養(yǎng)生不僅能保證水穩(wěn)層的強(qiáng)度，還能減少和避免干縮裂縫。特別是本工程所處位置海風(fēng)較大、晝夜溫差大，水穩(wěn)層的養(yǎng)生尤其重要。針對試驗(yàn)段養(yǎng)生不足的情況，項(xiàng)目部應(yīng)制定詳細(xì)的養(yǎng)生記錄表格，要求現(xiàn)場施工員切實(shí)落實(shí)水穩(wěn)層的養(yǎng)生工作，并形成記錄。

5 效果檢查

在試驗(yàn)段施工總結(jié)會議后，項(xiàng)目部開始了水穩(wěn)層的正式施工，并依據(jù)以上預(yù)控措施加強(qiáng)了質(zhì)量管理。從現(xiàn)場監(jiān)控情況和試驗(yàn)檢測的結(jié)果看，施工質(zhì)量得到了很好的控制，現(xiàn)場未出現(xiàn)表面松散現(xiàn)象和明顯的擁包，外委單位對壓實(shí)度的檢測結(jié)果顯示最低值為97.4%，所有檢測點(diǎn)均滿足設(shè)計(jì)要求，也未發(fā)現(xiàn)明顯的收縮裂縫。在最終驗(yàn)收中，該分項(xiàng)工程被評定為合格。

6 結(jié)語

實(shí)踐證明現(xiàn)場施工質(zhì)量的好壞是以試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)為判斷依據(jù)的，現(xiàn)場施工不僅要嚴(yán)格遵循規(guī)范的技術(shù)要求，控制好原材料的質(zhì)量和混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等環(huán)節(jié)，還要及時對試驗(yàn)進(jìn)行跟蹤，以確保各項(xiàng)指標(biāo)能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。脫離了試驗(yàn)檢測，工程質(zhì)量也就無從談起，所以試驗(yàn)檢測是工程質(zhì)量控制過程中的一個重要環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)引起所有工程人員的高度重視。