興泰高速水穩(wěn)碎石基層冬季施工技術(shù)研究

侯 爵

（江蘇省交通工程建設(shè)局，江蘇 南京 210004）

1 研究背景

阜興泰高速公路興化至泰州段（以下簡(jiǎn)稱興泰高速）位于泰州境內(nèi)，是江蘇省“五縱九橫五聯(lián)”高速公路網(wǎng)規(guī)劃中“聯(lián)三”的重要組成部分，其建設(shè)對(duì)完善高速公路網(wǎng)絡(luò)、改善興化對(duì)外快速交通條件、加強(qiáng)蘇中與蘇南地區(qū)交通經(jīng)濟(jì)聯(lián)系、促進(jìn)沿線區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要意義。項(xiàng)目路線全長35.662 km，全線按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路基設(shè)計(jì)寬度為28 m。路面工程共分為兩個(gè)標(biāo)段（XHT-21、XHT-22）實(shí)施，水穩(wěn)碎石基層工程量主要有水泥穩(wěn)定碎石底基層 79.79×104 m2、水泥穩(wěn)定碎石基層71.48×104 m2。

我國現(xiàn)行《公路路面施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定在反復(fù)凍融地區(qū), 當(dāng)環(huán)境晝夜平均氣溫連續(xù)五天低于5℃或最低氣溫低于-3℃時(shí),需采取冬季施工措施；當(dāng)室外平均氣溫連續(xù)5天高于5℃時(shí)解除冬季施工。根據(jù)近年氣象資料統(tǒng)計(jì)，泰州地區(qū)在冬季期間最低溫度為-11℃（極端天氣），12月上旬至來年2月上旬平均氣溫會(huì)出現(xiàn)低于5℃的情況并出現(xiàn)零度以下氣溫，自3月起溫度全部為零度以上。為有效利用冬季低溫施工時(shí)間，減少冬季低溫環(huán)境對(duì)施工質(zhì)量的不利影響，科學(xué)縮短工期，為瀝青混凝土路面施工爭(zhēng)取較好氣候條件，按照相關(guān)規(guī)范、規(guī)定和技術(shù)要求，開展本文研究。

2 研究?jī)?nèi)容及討論

水穩(wěn)碎石強(qiáng)度形成的機(jī)理與水泥混凝土相同，主要是由水泥水化作用的結(jié)果，因而,水穩(wěn)碎石基層對(duì)環(huán)境溫度和濕度條件敏感。冬季施工條件下，由于低溫、干燥等因素的影響，水穩(wěn)碎石混合料中水泥水化反應(yīng)速度受到抑制，強(qiáng)度形成較慢，易出現(xiàn)溫縮和干縮應(yīng)變,導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。特別是當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，混合料中的自由水凝結(jié)成冰，體積膨脹8%～10%，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力約為2500kg/cm2，極易導(dǎo)致水穩(wěn)碎石混合料早期冰凍破壞。因此，保證水穩(wěn)碎石養(yǎng)生溫度滿足混合料初期水化反應(yīng)需要，確?；旌狭虾笃趶?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求是水穩(wěn)碎石冬季施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

2.1 養(yǎng)護(hù)溫度條件對(duì)水穩(wěn)碎石強(qiáng)度的影響

2.1.1 試驗(yàn)方案

表1 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件養(yǎng)護(hù)溫度條件（單位℃）

為試驗(yàn)不同低溫條件對(duì)水泥穩(wěn)定碎石成型質(zhì)量的影響，分別按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件、施工現(xiàn)場(chǎng)同環(huán)境養(yǎng)護(hù)條件和不同凍融期條件制備水穩(wěn)碎石試件，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。其中水穩(wěn)碎石試件按配合比設(shè)計(jì)采用振動(dòng)壓實(shí)法成型5組，每組分別為5個(gè)φ150 mm×150 mm共計(jì)25個(gè)試件。試件從試模內(nèi)脫出稱量的質(zhì)量后，裝入塑料袋并將袋內(nèi)的空氣排除干凈，扎緊袋口進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)方式分為5種，具體如表1所示。各組試塊養(yǎng)護(hù)齡期均為7 d±2 h，最后一天均為浸水養(yǎng)護(hù)，保持水面在試件頂上約2.5 cm，浸水一晝夜的試件從水中取出，用軟的舊布吸去試件表面的可見自由水，稱量試件的質(zhì)量后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)（同一組試件試驗(yàn)中，按照3倍均方差方法剔除異常值）。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)試驗(yàn)，按基層水穩(wěn)碎石配合比（水泥摻量為4.5%）制備的5組25個(gè)試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果如表2所示?？梢?，在模擬-5℃冷凍3天的情況下，試件的強(qiáng)度代表值仍可滿足設(shè)計(jì)的要求。

表2 不同養(yǎng)護(hù)溫度條件下基層水穩(wěn)碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

鑒于底基層水穩(wěn)碎石配合比設(shè)計(jì)中水泥摻量?jī)H有3%，為驗(yàn)證在冬季低溫條件對(duì)底基層水穩(wěn)碎石成型質(zhì)量的影響，同樣以規(guī)范規(guī)格制備了5組底基層水穩(wěn)碎石試件。其中3組低溫養(yǎng)護(hù)試件養(yǎng)護(hù)條件放寬至-3℃冷凍1、3、5天，除標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)外其余試件組第7天養(yǎng)護(hù)均不浸水以模擬實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)條件。經(jīng)試驗(yàn)，各組試件無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表3所示，可見低溫養(yǎng)護(hù)條件下水泥摻量3%的水穩(wěn)底基層試件強(qiáng)度無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表3 不同養(yǎng)護(hù)溫度條件下底基層水穩(wěn)碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.2 低溫養(yǎng)護(hù)條件下水泥摻量對(duì)水穩(wěn)碎石強(qiáng)度的影響

2.2.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)上述試驗(yàn)研究，低溫養(yǎng)護(hù)條件下水泥摻量較低的水穩(wěn)碎石強(qiáng)度無法滿足要求。為驗(yàn)證低溫養(yǎng)護(hù)條件下不同水泥摻量對(duì)水穩(wěn)碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的影響，本文制備了5組、每組5個(gè)水穩(wěn)碎石試件。其中3組均按底基層配合比設(shè)計(jì)制作，調(diào)整水泥摻量分別為3.0%、3.5%和4%，另外2組按基層配合比設(shè)計(jì)制作，調(diào)整水泥摻量分別為4.5%和4.8%。養(yǎng)護(hù)條件均采取較為嚴(yán)苛的-5℃冷凍3天后現(xiàn)場(chǎng)同條件養(yǎng)護(hù)7天，最后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)（同一組試件試驗(yàn)中，按照3倍均方差方法剔除異常值）。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，水泥摻量的提高對(duì)水穩(wěn)碎石的強(qiáng)度提高有明顯效果，在嚴(yán)苛的低溫養(yǎng)護(hù)條件下，水泥摻量3.5%以上的底基層水穩(wěn)碎石和水泥摻量4.8%的基層水穩(wěn)碎石后期形成的強(qiáng)度都能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

表4 低溫養(yǎng)護(hù)條件下不同水泥摻量水穩(wěn)碎石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.3 不同覆蓋條件對(duì)水穩(wěn)碎石養(yǎng)生溫度的影響

正常施工季節(jié)路面水穩(wěn)碎石基層攤鋪完成后，一般先用塑料薄膜覆蓋，減少空氣對(duì)流，之后再覆蓋一層土工布（一布一膜）的方式覆蓋養(yǎng)生。在冬季低溫施工條件下，一布一膜的覆蓋條件無法滿足水穩(wěn)碎石的養(yǎng)生需要。本文以興泰高速地理位置靠北的XHT-21標(biāo)K13+850-K15+132左幅下基層作為試驗(yàn)段，分別以一布一膜、一布兩膜、兩布一膜、兩布兩膜、三布三膜五種方式對(duì)已完工水穩(wěn)基層進(jìn)行覆蓋，連續(xù)8日每日晚10點(diǎn)至次日6點(diǎn)間隔2小時(shí)測(cè)試一次地表溫度和水穩(wěn)頂面溫度。實(shí)測(cè)最低溫度出現(xiàn)在12月7日夜晚2:00，當(dāng)時(shí)預(yù)報(bào)氣溫為-2℃，地表測(cè)溫最低-3℃，不同覆蓋條件下水穩(wěn)基層頂面溫度處于5℃～7.1℃之間。水穩(wěn)基層頂面實(shí)測(cè)溫度變化曲線詳見圖1。

圖1 不同覆蓋條件下水穩(wěn)基層頂面實(shí)測(cè)溫度變化曲線圖

3 興泰高速水穩(wěn)碎石冬季施工技術(shù)措施

為確保水穩(wěn)碎石混合料養(yǎng)生溫度高于其強(qiáng)度增長的臨界溫度，利于水穩(wěn)后期形成強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，鑒于冬季低溫條件下，水穩(wěn)碎石施工一般采用的提高水泥用量、控制混合料含水量和強(qiáng)化覆蓋養(yǎng)生措施，結(jié)合本文的試驗(yàn)研究成果和項(xiàng)目所在地歷史氣象特點(diǎn)，興泰高速路面水穩(wěn)碎石基層冬季施工過程中細(xì)化了控制標(biāo)準(zhǔn)，采用了以下技術(shù)措施保證低溫條件下水穩(wěn)碎石基層的工程質(zhì)量。

（1）當(dāng)室外氣溫低于5℃以下時(shí)水穩(wěn)碎石（底）基層進(jìn)入冬期施工狀態(tài)，當(dāng)天室外最低氣溫低于-7℃或施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫低于-3℃，停止水穩(wěn)碎石施工。

（2）當(dāng)天室外氣溫低于5℃、高于-1℃時(shí)，增加水穩(wěn)碎石的攤鋪碾壓功率，確保水穩(wěn)碎石壓實(shí)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（3）當(dāng)天室外氣溫低于-1℃、高于-3℃時(shí)，采取增加水穩(wěn)碎石混合料中水泥摻量的措施，同時(shí)，為避免水穩(wěn)基層裂縫病害，抑制路面反射裂縫，底基層水泥摻量以不超過3.5%，基層水泥劑量以不超過4.8%控制。

（4）進(jìn)入冬期施工階段，嚴(yán)格把控原材料質(zhì)量，水穩(wěn)混合料拌合采用地下井水拌合，加強(qiáng)原材料覆蓋，控制原材料含水量，加強(qiáng)施工級(jí)配檢測(cè)，混合料拌和盡量靠近最佳含水量，混合料運(yùn)輸采取覆蓋保溫措施并控制運(yùn)輸時(shí)間，保證混合料入模、碾壓溫度控制在0℃以上。

（5）進(jìn)入冬期施工階段，為保證現(xiàn)場(chǎng)水穩(wěn)養(yǎng)生溫度有較大富余，采用兩布兩膜措施對(duì)水穩(wěn)碎石進(jìn)行覆蓋，布、膜縱橫向搭接20cm以上，邊部完全包裹，側(cè)面培土覆蓋，保證混合料養(yǎng)生溫度。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，社會(huì)對(duì)交通建設(shè)的效率要求越來越高，公路交通建設(shè)經(jīng)常面臨工期壓力。興泰高速公路在水穩(wěn)碎石基層冬季施工方面，通過對(duì)水穩(wěn)碎石混合料抗凍性能、低溫養(yǎng)生條件下不同水泥摻量對(duì)水穩(wěn)碎石強(qiáng)度的影響、多種覆蓋養(yǎng)生措施的比較優(yōu)選等方面進(jìn)行試驗(yàn)研究，并結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)合理選擇了一系列冬季低溫條件下水穩(wěn)碎石施工技術(shù)措施，在確保水穩(wěn)碎石施工質(zhì)量的同時(shí)最大限度地有效利用了冬季低溫不利施工時(shí)間，為爭(zhēng)取良好的路面面層施工季節(jié)和縮短項(xiàng)目總體工期取得了較好的成果，為類似工程實(shí)施提供了成功的經(jīng)驗(yàn)借鑒。