抗裂型水穩(wěn)基層配合比設(shè)計(jì)及施工技術(shù)應(yīng)用探討

周渭華

（江蘇中基工程技術(shù)研究有限公司，江蘇 南通 226003）

0 引言

水穩(wěn)基層作為路面結(jié)構(gòu)的承重層，擔(dān)負(fù)著承上啟下的作用，但水穩(wěn)極易產(chǎn)生裂縫，不僅降低了路面的整體強(qiáng)度，同時(shí)還會(huì)形成反射裂縫，進(jìn)而對(duì)路面結(jié)構(gòu)層的使用質(zhì)量產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)裂縫形成機(jī)理的分析并以此為基點(diǎn)，對(duì)配合比設(shè)計(jì)中的原材料，級(jí)配優(yōu)化進(jìn)行有效調(diào)整，同時(shí)對(duì)施工過(guò)程中的質(zhì)量控制重點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述，在此過(guò)程中將極大減少水穩(wěn)基層中裂縫的產(chǎn)生。

1 水穩(wěn)碎石基層結(jié)構(gòu)裂縫形成機(jī)理及成因分析

1.1 裂縫形成機(jī)理概述

水穩(wěn)基層裂縫普遍分為兩大類型：荷載型裂縫、非荷載型裂縫，現(xiàn)就裂縫形成的機(jī)理進(jìn)行論述分析。

（1）荷載型裂縫的成因分析。荷載型裂縫的主要特點(diǎn)在于，由于外部受力情況和承載面積通常是不固定的，因此裂縫的形態(tài)特征和擴(kuò)散范圍大小也沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)格。部分荷載型裂縫會(huì)表現(xiàn)為縱向或橫向的結(jié)構(gòu)斷裂或?qū)捒p隙現(xiàn)象，同時(shí)還有一些會(huì)表現(xiàn)為局部的密集裂縫和寬度較小的龜裂現(xiàn)象。

（2）非荷載型裂縫的成因分析。非荷載型裂縫大多受到自然環(huán)境和氣候變化的影響而產(chǎn)生，可將非荷載型裂縫進(jìn)一步劃分為干縮裂縫和溫縮裂縫兩種常見(jiàn)類型。干縮裂縫的產(chǎn)生大多源自環(huán)境溫度升高或陽(yáng)光的長(zhǎng)時(shí)間照射，導(dǎo)致部分水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的含水量在短時(shí)間內(nèi)大幅度降低。而在含水量降低的同時(shí)水泥材料分子間所發(fā)生的吸附作用和毛細(xì)管作用，在宏觀層面上便會(huì)表現(xiàn)為局部結(jié)構(gòu)之間發(fā)生異向劇烈收縮，最終便會(huì)發(fā)展為嚴(yán)重的裂縫和大尺度的結(jié)構(gòu)斷裂現(xiàn)象；而溫縮裂縫的產(chǎn)生原因則相對(duì)較為單一，其主導(dǎo)因素便在于環(huán)境的溫度變化引發(fā)的水泥材料內(nèi)部出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象，而當(dāng)水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)的表面收縮程度超過(guò)了其抗拉強(qiáng)度所能承受的極限范圍，那么便會(huì)產(chǎn)生斷面結(jié)構(gòu)不均勻和不規(guī)則的非等間距結(jié)構(gòu)斷裂現(xiàn)象[1]。

2 抗裂型水穩(wěn)碎石基層配合比設(shè)計(jì)研究

本文以某高速公路工程項(xiàng)目為例，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目中水穩(wěn)碎石基層結(jié)構(gòu)施工的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對(duì)，從而進(jìn)一步深入探究材料配合比設(shè)計(jì)方案，對(duì)于水穩(wěn)碎石基層結(jié)構(gòu)的抗裂性能以及綜合質(zhì)量所產(chǎn)生的不同程度的影響效果。其中本工程中水穩(wěn)碎石基層的厚度為36cm，瀝青下面層和中面層厚度為8cm，瀝青上面層厚度為4cm，水泥碎石穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)控制在4.5MPa以上[2]。

2.1 水穩(wěn)基層原材料性能研究

高速公路水穩(wěn)基層結(jié)構(gòu)的原材料中，最主要的部分便是水泥材料，水泥在混合料中對(duì)于強(qiáng)度的貢獻(xiàn)較為突出，也顯得較為重要。綜合兼顧統(tǒng)籌考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，水穩(wěn)混合料即拌和、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓一般情況需要3-4小時(shí)施工完成，所以在選擇水泥初凝時(shí)間上應(yīng)該要綜合考慮，一般混合料的延遲實(shí)際應(yīng)控制在4小時(shí)較為穩(wěn)妥，本項(xiàng)目采用P.0 42.5（緩凝型），在選擇水泥廠家時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮生產(chǎn)量較大、信譽(yù)較高的大廠生產(chǎn)的旋窖水泥，水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)

遵照規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求，粗集料的最大粒徑一般控制在≤31.5mm，如果粗集料粒徑過(guò)大，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)則極容易發(fā)生離析現(xiàn)象，同時(shí)會(huì)影響拌合樓的生產(chǎn)和攤鋪機(jī)性能及施工質(zhì)量。原材料的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)應(yīng)滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20- 2015）中的要求。細(xì)集料控制中值得關(guān)注的是石屑的0.075mm通過(guò)率的控制，應(yīng)合理控制在15%以內(nèi)，同時(shí)石屑中小于0.6mm的顆粒必須檢測(cè)液塑限，要求液限＜28%，塑性指數(shù)＜9，建議結(jié)合砂當(dāng)量試驗(yàn)進(jìn)行雙控（砂當(dāng)量控制宜為50%左右）。當(dāng)含黏土或0.075mm以下雜質(zhì)含量偏多時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致水穩(wěn)基層干縮應(yīng)變系數(shù)偏大，產(chǎn)生裂縫的幾率偏大，另外也會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。

原材料堆放場(chǎng)地為了避免到場(chǎng)材料二次污染應(yīng)集中硬化場(chǎng)地，同時(shí)由于雨天會(huì)造成石屑遇水出現(xiàn)團(tuán)、黏結(jié)等現(xiàn)象，使其在拌合樓下料過(guò)程中出現(xiàn)堵塞，影響配合比數(shù)據(jù)，要求對(duì)原材料存放的地點(diǎn)進(jìn)行搭棚、墊高、覆蓋等措施進(jìn)行保護(hù)。

2.2 配合比設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

在原材料相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)本工程水穩(wěn)混合料配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，同時(shí)借助試算法進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整各級(jí)礦料間的比例。在礦料比例設(shè)計(jì)中對(duì)照正“S”形調(diào)節(jié)級(jí)配曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，必須嚴(yán)格控制26.5mm、4.75mm、0.075mm篩孔的通過(guò)率，26.5mm篩孔的控制應(yīng)為上限，可以減少現(xiàn)場(chǎng)施工的離析。4.75mm篩孔應(yīng)控制在中值范圍左右，4.75mm篩孔作為抗裂型水穩(wěn)級(jí)配成敗的關(guān)鍵來(lái)控制，因?yàn)樵谒€(wěn)混合料級(jí)配中，4.75mm以上的粗骨料是形成石-石嵌擠結(jié)構(gòu)的重要部分。4.75mm通過(guò)率與礦料間隙率有著較為密切的關(guān)聯(lián)，隨著4.75mm通過(guò)率的增大，礦料間隙率將逐步趨于常數(shù)，只有當(dāng)4.75mm通過(guò)率小于30%，礦料間隙率才開(kāi)始增加。0.075mm篩孔的通過(guò)率越大，粉料含量即偏多，對(duì)裂縫產(chǎn)生的幾率也就越大，并且對(duì)混合料的耐久性也有很大的影響，所以0.075mm通過(guò)率應(yīng)控制在2.5%左右較為合適。水穩(wěn)級(jí)配的好壞，直接關(guān)系著裂縫出現(xiàn)幾率的多少，只要控制好這三個(gè)關(guān)鍵性篩孔，混合料將形成有效的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，裂縫出現(xiàn)的幾率將會(huì)大大減少[3]。本工程中所使用的細(xì)集料及合成級(jí)配數(shù)據(jù)見(jiàn)如表2和表3所示。

表2 細(xì)集料檢測(cè)數(shù)據(jù)

表3 合成級(jí)配結(jié)果

通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)獲得混合料最佳含水率和最大干密度，其結(jié)果分別為5.2%和2.39g/cm3，即混合料各項(xiàng)指標(biāo)接近于經(jīng)驗(yàn)值，均滿足施工質(zhì)量控制要求。

3 抗裂型水穩(wěn)碎石基層施工技術(shù)應(yīng)用及質(zhì)量控制

3.1 加強(qiáng)混合料拌和質(zhì)量控制

保持良好的水穩(wěn)混合料的拌和質(zhì)量，是進(jìn)行科學(xué)合理的水穩(wěn)基層施工配合比設(shè)計(jì)方案制定的重要基礎(chǔ)。在拌和混合料時(shí)應(yīng)選擇具有合適功率和工藝參數(shù)要求的拌和設(shè)備。水穩(wěn)混合料實(shí)際生產(chǎn)前應(yīng)安排檢測(cè)人員對(duì)原材料的含水率，集料的級(jí)配情況進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)，并下達(dá)生產(chǎn)配合比通知單，并且要根據(jù)當(dāng)天的氣候情況、早中晚溫差變化適時(shí)調(diào)整用水量。磅房設(shè)專人填寫出料單，明確每車料的出廠時(shí)間，目的在于嚴(yán)格控制水穩(wěn)混合料的“延遲時(shí)間”，出料單作為前場(chǎng)收料攤鋪的依據(jù)，一旦水穩(wěn)混合料的延遲時(shí)間超過(guò)設(shè)定的時(shí)間范圍，一律當(dāng)廢料處理[4]。

3.2 水泥混合料的運(yùn)輸、攤鋪及碾壓技術(shù)管理

在混合材料的運(yùn)輸過(guò)程中由于管理不科學(xué)，很容易造成混合料水分大量流失、綜合性能明顯降低等問(wèn)題，施工單位應(yīng)采用專業(yè)的運(yùn)輸設(shè)備并采取相應(yīng)的覆蓋措施減少混合料的水分流失，進(jìn)而保障混合料運(yùn)輸過(guò)程的性能穩(wěn)定。運(yùn)輸車輛到場(chǎng)后專人收取出料單查看出廠時(shí)間，混合料的“延遲時(shí)間”在設(shè)定范圍之內(nèi)的正常使用，超過(guò)“延遲時(shí)間”的混合料應(yīng)廢棄，不允攤鋪。

兩臺(tái)攤鋪機(jī)應(yīng)勻速協(xié)調(diào)施工，即攤鋪速度、攤鋪厚度、振動(dòng)頻率、松鋪厚度保持協(xié)調(diào)一致。合理控制攤鋪速度，禁止出現(xiàn)“車機(jī)互等”的現(xiàn)象；既不能因?yàn)閿備仚C(jī)等運(yùn)輸車而影響鋪好斷面的壓實(shí)，也不能讓運(yùn)輸車長(zhǎng)時(shí)間的等待攤鋪，進(jìn)而增加延遲時(shí)間，前后場(chǎng)應(yīng)及時(shí)溝通、步調(diào)一致。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)局部產(chǎn)生的“蜂窩”及時(shí)處理。

碾壓應(yīng)在水泥終凝前完成，并滿足壓實(shí)度要求，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有明顯的輪跡印。為保證水穩(wěn)基層邊緣強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)施工寬度應(yīng)有超寬。對(duì)于當(dāng)天臨近收工結(jié)束時(shí)的質(zhì)量控制，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理人員的責(zé)任心。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，抗裂型水穩(wěn)基層施工技術(shù)在高速公路建設(shè)工程中的應(yīng)用，可以有效改善傳統(tǒng)基層施工過(guò)程中裂縫出現(xiàn)的幾率。因此，施工單位及檢測(cè)人員要重點(diǎn)把握抗裂水穩(wěn)碎石基層的配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化，并通過(guò)加強(qiáng)材料管理和施工技術(shù)管理來(lái)有效提高我國(guó)公路建設(shè)的整體質(zhì)量。