某高速公路抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層技術(shù)研究及應(yīng)用

鎮(zhèn)江市交通工程建設(shè)管理處，江蘇 鎮(zhèn)江 212000

水泥穩(wěn)定碎石基層作為承重層，在路面結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用，具備優(yōu)異的強(qiáng)度、剛度、水穩(wěn)定性，在高等級(jí)公路基層中廣泛使用。但水泥穩(wěn)定碎石基層容易產(chǎn)生裂縫，不僅降低了整體強(qiáng)度，還會(huì)形成反射裂縫，從而影響路面使用質(zhì)量，是歷來困擾工程建設(shè)者的問題。鎮(zhèn)丹高速公路為交通部綠色循環(huán)低碳公路主題性項(xiàng)目，設(shè)計(jì)采用低劑量抗裂型水泥穩(wěn)定碎石，通過優(yōu)化級(jí)配骨架結(jié)構(gòu)，降低水泥含量，從而保證整體強(qiáng)度，減少收縮、增強(qiáng)抗裂性，延長路面使用壽命。

1 技術(shù)要求

為更好地指導(dǎo)施工，結(jié)合部頒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提出的新要求，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，形成該項(xiàng)目抗裂型水穩(wěn)基層施工指導(dǎo)意見。

1.1 水泥要求的變化

為獲得強(qiáng)度保證，明確由“宜采用32.5或42.5級(jí)緩凝水泥”改為“宜采用42.5級(jí)或以上緩凝水泥”。

1.2 碎石要求的變化

（1）提高粗集料壓碎值要求，提高到“應(yīng)不大于26%”；（2）增加粗集料粉塵含量應(yīng)小于2%、軟石顆粒含量應(yīng)小于5%的要求；（3）要求3～5mm細(xì)集料嚴(yán)格控制小于2.36mm的顆粒含量；（4）將0～3mm細(xì)集料滿足0.075mm通過率要求，提高到“宜小于等于15%”，如表1所示。

表1 細(xì)集料規(guī)格要求

1.3 設(shè)計(jì)要求的變化

（1）基于抗裂水穩(wěn)需要更好的骨架結(jié)構(gòu)，對(duì)合成級(jí)配關(guān)鍵篩孔范圍進(jìn)行調(diào)整，如表2所示。

表2 項(xiàng)目混合料級(jí)配范圍

（2）要求三個(gè)限制，在滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度基礎(chǔ)上限制水泥用量；在減少含泥量的同時(shí)，限制細(xì)集料、粉料用量；根據(jù)氣候條件限制含水量。要求水泥劑量不應(yīng)大于4.5%、集料級(jí)配中0.075mm以下顆粒含量不宜大于5%、含水量不宜超過最佳含水量的1%。

（3）提高無側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求，將靜壓強(qiáng)度代表值不應(yīng)小于3.0MPa提高到3.8MPa，并要求采用振動(dòng)壓實(shí)法成型的試件7d浸水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值應(yīng)滿足5.0MPa。

（4）明確混合料設(shè)計(jì)分目標(biāo)、生產(chǎn)配合比兩個(gè)階段。

（5）要求配合比設(shè)計(jì)同時(shí)使用振動(dòng)壓實(shí)法和重型擊實(shí)法確定最佳含水量和最大干密度，通過最大干密度取值確定兩者的轉(zhuǎn)換系數(shù)。生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段可通過重型擊實(shí)法所驗(yàn)證的最大干密度乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)確定振動(dòng)壓實(shí)法最大干密度。

1.4 施工要求的變化

（1）采用雙拌缸拌和樓，具備二次拌和能力，拌和時(shí)間不短于15s，提高均勻性，如圖1所示。

圖1 雙拌缸拌和工藝

（2）明確單鋼輪初、復(fù)壓，膠輪壓路機(jī)和雙鋼輪壓路機(jī)終壓，單鋼輪壓路機(jī)噸位不小于20t，膠輪壓路機(jī)噸位不小于30t。

2 原材料準(zhǔn)備

原材料質(zhì)量直接決定抗裂型水穩(wěn)的成功與否，該項(xiàng)目原材料選擇技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高于以往，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 集料試驗(yàn)結(jié)果

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)理念

注重抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度的平衡設(shè)計(jì)。嚴(yán)格限制水泥用量，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度即可，減少水泥過多帶來溫縮裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。合成級(jí)配4.75mm通過率控制在30%左右，追求抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度及最大干密度的平衡。最大限度地降低石粉使用量，推薦合成級(jí)配2.36mm通過率控制在20%以下，生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果為1#料∶2#料∶3#料∶4#料=37%∶35%∶6%∶22%，如表4所示。

表4 生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

3.2 采用振動(dòng)成型設(shè)計(jì)

（1）規(guī)范振動(dòng)成型壓實(shí)機(jī)振動(dòng)參數(shù)，靜面壓力為140kPa，頻率為35Hz；振幅為1.4mm，激振力為7612N，振動(dòng)總時(shí)間為2min。

（2）相對(duì)重型擊實(shí)法，振動(dòng)成型法與現(xiàn)場環(huán)境契合度高，有助于控制水泥劑量與含水量，在目標(biāo)及生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段均使用，對(duì)最大干密度的確認(rèn)意義重大，目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表5所示。

表5 項(xiàng)目目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

4 施工過程控制

4.1 拌和質(zhì)量控制

石料分為四檔粒徑，封閉保存；配置雙缸強(qiáng)制式連續(xù)拌和機(jī)，全自動(dòng)電腦稱重，經(jīng)2次拌和，確保各檔石料按設(shè)計(jì)比例準(zhǔn)確投料及攪拌均勻，減少攤鋪離析。

4.2 運(yùn)輸環(huán)節(jié)控制

運(yùn)輸車安裝自動(dòng)伸縮覆蓋裝置，既加快覆蓋速度，減少混合料水分散失；又避免人工覆蓋的安全隱患，值得推廣運(yùn)用，如圖3所示。

4.3 攤鋪環(huán)節(jié)控制

采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)全斷面梯隊(duì)一次性攤鋪，采用鋼絞線控制高程和平整度。

4.4 碾壓環(huán)節(jié)控制

現(xiàn)場控制碾壓的干密度堅(jiān)持使用振動(dòng)成型的最大干密度，最大程度提高碾壓效果，使混合料中粗集料相互嵌擠和咬合，達(dá)到骨架作用；細(xì)集料起到對(duì)粗集料間隙的填充和黏合作用，最大程度上增加內(nèi)部摩阻系數(shù)和抗裂作用，是減少基層裂縫的力學(xué)依據(jù)。

4.5 養(yǎng)生

養(yǎng)生采用覆蓋一層土工布灑水養(yǎng)生。低溫施工不便采用灑水養(yǎng)生時(shí)段，先蓋一層塑料薄膜，以起到保濕作用，薄膜上面再蓋土工布，氣溫在5℃以上時(shí)，蓋1層土工布，在5℃以下時(shí)，蓋2層土工布。

5 質(zhì)量驗(yàn)收

5.1 混合料

為確?；旌狭腺|(zhì)量穩(wěn)定，要求每生產(chǎn)班不少于上、下午各一次級(jí)配篩分，確保水泥劑量準(zhǔn)確應(yīng)用，保證級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。混合料關(guān)鍵篩孔變異系數(shù)基本控制在5%左右，波動(dòng)性較小，級(jí)配始終控制在一個(gè)合理范圍，如表6、圖4～圖6所示。

表6 項(xiàng)目混合料關(guān)鍵篩孔統(tǒng)計(jì)表

圖4 混合料4.75mm篩孔通過率波動(dòng)圖

圖5 混合料2.36mm篩孔通過率波動(dòng)圖

圖6 混合料0.075篩孔通過率波動(dòng)圖

5.2 壓實(shí)度

根據(jù)要求頻率，現(xiàn)場攤鋪同步檢測，及時(shí)指導(dǎo)碾壓。

5.3 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

每天上、下午各一次成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6d，浸水1d，壓力機(jī)檢測。

5.4 鉆芯取樣

鉆芯取樣作為檢測重點(diǎn)，養(yǎng)護(hù)7d后鉆芯，檢驗(yàn)芯樣成型、集料分布、芯樣厚度等，如圖7所示。

圖7 項(xiàng)目抗裂水穩(wěn)芯樣

6 結(jié)論

該項(xiàng)目水穩(wěn)施工重視原材料質(zhì)量控制，通過優(yōu)化混合料設(shè)計(jì)及施工控制，為防范裂縫創(chuàng)造堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，全線21.63km基層經(jīng)過冬歇期后，發(fā)現(xiàn)裂縫僅76道，且多為表面微裂縫，與以往工程對(duì)比，裂縫數(shù)量顯著減少，抗裂水穩(wěn)成效顯著，總結(jié)出以下結(jié)論：

（1）該項(xiàng)目粗集料壓碎值為21.6%；粗集料0.075mm通過率低于2%，細(xì)集料0.075mm通過率低于15%，為高品質(zhì)水穩(wěn)提供基礎(chǔ)條件。

（2）集料采用9.5～31.5mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm和0～2.36mm四種規(guī)格，有利于級(jí)配控制及優(yōu)化。

（3）優(yōu)化混合料級(jí)配設(shè)計(jì)，注重抗壓強(qiáng)度，劈裂強(qiáng)度的平衡設(shè)計(jì)，嚴(yán)格限制水泥使用量，減少水泥過多帶來溫縮裂縫的風(fēng)險(xiǎn)，合成級(jí)配4.75mm通過率控制在30%左右，合成級(jí)配2.36mm通過率控制在20%以內(nèi)。

（4）配合比按目標(biāo)及生產(chǎn)配合比兩個(gè)階段設(shè)計(jì)，使用振動(dòng)壓實(shí)法和重型擊實(shí)法確定最佳含水量和最大干密度。

（5）采用雙拌缸拌和樓，混合料拌和時(shí)間不小于15s，提高拌和均勻性。