高海拔高寒區路面底基層施工技術分析

周家文

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

1 引 言

基層作為路面結構的主要承重層，其施工質量對道路結構的使用壽命有至關重要的影響，青藏高寒區海拔高、氣候寒冷、日溫差大、凍融循環頻繁等特殊的氣候與環境條件對路面材料及施工工藝都提出了更嚴苛的要求，國內外不少學者已經對高海拔高寒地區道路建設問題進行了不同的研究，但對高海拔高寒區高速公路施工工藝研究甚少。就路面底基層而言，如果將普通地區路面底基層的施工工藝照搬到青藏高寒區，不可避免地會出現各種各樣的問題，造成路面整體承載能力和抗變形能力的降低，影響路面的使用性能。為了提出適于該地區的路面底基層施工工藝，在共玉高速公路建設過程中修筑了4.4 km瀝青路面試驗段，通過試驗段的修筑探索各種底基層的施工工藝及適于該地區的最佳底基層類型。

共玉高速公路沿線平均海拔4 100 m，地理和水文地質條件復雜，是在青藏高原凍土地區修建的第一條高速公路。試驗路位于B3合同段，起始樁號K629+800～K634+200，共玉高速公路路面結構為：墊層(20 cm級配砂礫)+底基層(18 cm 4%水泥穩定砂礫)+基層(18 cm 5%水泥穩定碎石)+中面層(5 cm AC-16)+上面層(4 cm AC-13)。擬定瀝青路面工程試驗段方案一為水泥穩定碎石底基層結構，起訖樁號為K629+800～K630+800，長度為1 000 m；方案二為低劑量水泥穩定碎石(2%水泥)底基層結構，起訖樁號為K630+800～K632+000，長度為1 200 m；方案三為級配碎石柔性底基層，起訖樁號為K632+000～K633+200，長度為1 200 m；方案四為土工格室加固級配碎石底基層柔性結構，起訖樁號為K633+200～K634+200，長度為1 000 m，試驗路統一采用ATB-25瀝青穩定碎石作為基層材料。

2 原材料

2.1 水泥

針對高海拔高寒區的氣候特點，水泥選用325#普通硅酸鹽水泥，主要技術指標見表1。

表1 水泥的物理性質及力學性質

2.2 集料

試驗路所用石料采用共玉高速公路B3標段K623+000碎石場生產的石灰巖石料，碎石的壓碎值為15.6%，小于26%，磨耗值為13.6%，小于28%，符合規范要求。

水泥穩定碎石與低劑量水泥穩定碎石底基層集料級配見表2，級配碎石與土工格室加固級配碎石底基層集料級配見表3。

表2 水穩碎石集料級配

表3 級配碎石集料級配

2.3 土工格室

試驗路所用土工格室采用由高密度聚乙烯(HPDE)經超聲波焊接而成的土工格室，物理力學參數如表4所示。試驗路使用土工格室焊點間距為80 cm，完全張開后單個格室呈菱形，面積為40 cm×40 cm，土工格室高度為15 cm。

表4 土工格室相關參數

3 施工工藝

3.1 水穩碎石施工(常規劑量與低劑量)

施工工藝流程：整理下承層→測量放樣→集中拌和→運輸→攤鋪→碾壓成型→養生。

采用600 t/H穩定土拌和設備集中拌和，由25 t以上自卸汽車運至施工現場，攤鋪前用1臺灑水車灑水濕潤下承層，采用兩臺DTU90 d攤鋪機成梯隊作業進行聯合攤鋪，兩臺攤鋪機前后相距10～15 m，相鄰兩幅有8 cm寬度的攤鋪重疊。水穩碎石松鋪系數采取1.25，即松鋪厚度為30 cm；低劑量水穩碎石松鋪系數采取1.33，即松鋪厚度為23.9 cm。

水穩碎石底基層(4%水泥)碾壓：13 t雙鋼輪壓路機穩壓兩遍；25 t單鋼輪振動壓路機弱振兩遍、強振四遍；26 t膠輪壓路機穩壓二遍。

低劑量水穩碎石底基層(2%水泥)碾壓：13 t雙鋼輪壓路機穩壓一遍，25 t單鋼輪振動壓路機弱振一遍、強振三遍，26 t膠輪壓路機穩壓二遍。

施工碾壓完成后，用灑水車灑水，保持上層濕潤，然后覆蓋不透水塑料薄膜進行養生。

3.2 級配碎石底基層施工

施工工藝流程：整理下承層→測量放樣→集中拌和→運輸→攤鋪→碾壓成型→封層。

采用兩臺DTU90 d攤鋪機成梯隊作業進行聯合攤鋪，相鄰兩幅有8 cm寬度的攤鋪重疊，兩臺攤鋪機前后距離有10 m，攤鋪機的螺旋布料有1/3埋入混合料中。

碾壓：12 t雙鋼輪振動壓路機靜壓一遍，振壓一遍；兩臺25 t單鋼輪振動壓路機左右幅平行作業，先邊緣后中間，靜壓一遍，振壓四遍(先小振一遍，后大振三遍)；12 t雙鋼輪壓路機靜壓兩遍。

碾壓結束檢測合格后進行封層施工。

3.3 土工格室加固級配碎石底基層施工

施工工藝流程：試拌、試鋪→運輸→土工格室鋪設與固定→撒鋪級配碎石→平地機整平→碾壓→封層→成型后管理。

(1)試拌與試鋪

用土工格室加固級配碎石是一種新做法，還沒有成熟的施工工藝，因而正式施工前，必須根據情況選擇一定長度試鋪，以確定松鋪厚度、碾壓工藝、含水量等，為大面積施工提供技術指導。

(2)運輸

在集中拌合廠拌和的級配碎石必須采用自卸車運輸，根據運距、道路狀況、攤鋪能力等因素綜合確定自卸車數量，以滿足攤鋪要求為準。為防止運輸過程中水分損失過大，可采用蓬布覆蓋，到達現場后應隨機抽檢級配組成與含水量。

(3)土工格室鋪設與固定

土工格室能否發揮作用重點取決于施工質量，首先在鋪設土工格室前一定要確保下承層平整，不存在大的坑槽。根據土工格室規格尺寸和鋪筑寬度，合理安排土工格室鋪設方向，宜將土工格室疊放時的焊距方向置于路堤橫斷面方向，便于土工格室橫向與縱向的搭接。

將土工格室充分拉伸張開，保證格室處于張力狀態，不能有松弛現象，整體寬度與行車道寬度相同。用鋼釬或人工填埋級配碎石混合料將兩側邊緣處土工格室固定，人工將土工格室拉開，保證土工格室每個小格子完全展成正菱形，按照此方法沿行車方向從一端向另一端依次展開并錨固土工格室，兩段土工格室縱向使用螺栓連接。

級配碎石撒鋪前，對土工格室展開與錨固情況進行再次檢查，保證土工格室完全張開達到展開面積，并且固定牢固，沒有出現松弛。

(4)撒鋪級配碎石

由于鋪設土工格室后無法采用攤鋪機進行攤鋪作業，土工格室加固級配碎石底基層采用人工配合裝載機、平地機等進行混合料攤鋪。

①級配碎石運輸到達施工現場后，自卸運輸車從施工路段起點位置沿路線縱向向終點位置緩慢倒向行駛，同時傾倒撒鋪級配碎石混合料。級配碎石撒鋪厚度根據路側指示樁高程控制，虛鋪頂面高度必須高于土工格室頂面，宜高出10 cm以上，避免運輸車輛和壓路機損壞土工格室。

②自卸車將級配碎石卸下后，人工配合裝載機將混合料慢慢撒鋪到土工格室內，撒鋪要均勻，裝載機移料過程中要注意不要將前斗壓的過低，以免損壞土工格室。

③撒鋪作業過程中重點控制虛鋪厚度和每個土工格室內級配碎石的均勻填充，保證每個土工格室內級配碎石的填充程度相近，避免施工過程中對土工格室造成任何損壞。

(5)平地機整平

施工路段撒鋪作業結束后，利用平地機對全路段全幅進行再次整平，保證大面平整，且滿足橫坡要求。整平過程中，安排專人對局部位置進行補料，并對明顯離析位置采取鏟除換填措施處理。

(6)碾壓成型

當混合料攤鋪完畢，含水量大于最佳含水量1%左右時，可開始碾壓。碾壓施工應遵循“先輕后重，先弱后強，先慢后快，先邊緣后中間”的原則，具體碾壓施工分為初壓(靜壓)、復壓(振壓)和終壓(靜壓)三道工序。

初壓采用振動壓路機關閉振動裝置靜壓1～2遍，使混合料初步穩定；復壓采用振動壓路機振動碾壓4～5遍，至壓實面穩定、無明顯輪跡為止；終壓采用壓路機靜壓1～2遍整平即可，具體碾壓遍數根據試鋪結果確定。

對于邊緣部位級配碎石碾壓應予以重視，如果壓路機無法保證充分壓實，應采用小型壓路機進行補充壓實。

(7)封層

級配碎石底基層施工結束后，應及時鋪設封層。

試驗路封層采用“單油雙料”的瀝青貫入式路面施工方法，嵌縫料和瀝青的規格和用量參照《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)瀝青貫入式路面施工表7.2.1-1的要求，嵌縫料選用規格為S12的5～10 mm碎石，用量為5 m3/1 000 m2；瀝青選用道路石油瀝青，用量為1.5 kg/m2。

(8)成型后的管理

施工結束后禁止開放交通，以保護表層不受破壞。

4 檢測評價

4.1 回彈模量檢測

使用K-30型載荷測定儀檢測各種底基層回彈模量，檢測數據處理結果見表5。

表5 試驗路底基層回彈模量檢測結果

4.2 壓實度檢測

使用灌砂法按照規范步驟檢測級配碎石與土工格室加固級配碎石壓實度，結果見表6。

表6 壓實度檢測結果

壓實度實際檢測結果很好，而通過觀察發現松散情況比較嚴重，故對灌砂法挖坑的試樣在試驗室進行了篩分，經過篩分發現級配碎石混合料實際級配與設計級配差別較大，主要體現在2.36 mm篩孔的通過率明顯小于設計級配(見圖1)，即實際級配細料偏少。

圖1 篩分級配曲線

4.3 彎沉檢測

使用貝克曼梁法按照規范步驟對試驗路底基層回彈彎沉進行了檢測，檢測數據處理結果見表7。

表7 底基層彎沉檢測結果

5 問題分析

5.1 松散離析

施工完成后，水泥穩定碎石底基層與級配碎石底基層表面均出現大量松散離析。離析主要由兩個方面引起，一是裝料過程中出現的離析；二是攤鋪機攤鋪過程中螺旋分料器旋轉速度設置不當，最后出現大量離析。

引起表層松散的原因是多方面的：(1)施工后未封閉交通，且封層施工不及時，有載重車通行造成表面揉搓；(2)就水穩底基層而言厚度過大(24 cm)，一次攤鋪，可能壓實不夠充分；(3)未按設計方案進行養生。

5.2 土工格室加固級配碎石施工出現的問題

土工格室用于加固級配碎石還是一種比較新的技術，沒有成熟的施工工藝，施工過程中不可避免的出現了一些問題，如圖2所示。

圖2(a)是由于土工格室展開較多，當天沒有完成撒料、整平、碾壓整套工序，道路也沒有封閉，在施工人員撤出現場后，有車輛經過，將已經展開的土工格室全部壓壞。針對此情況，采取了以下措施：(1)根據當天的施工量，減少土工格室的鋪設；(2)在施工道路兩側封閉道路交通。

圖2(b)是由于裝載機操作員將級配碎石混合料往土工格室內撒料及整平的過程中沒有掌握好裝載機鏟斗的鏟料角度，鏟斗將部分土工格室扯出，經過碾壓后出現圖中所示的情況。針對此情況，現場指揮人員及時向裝載機操作人員說明情況，在接下來的施工中，裝載機操作人員將鏟斗適當抬高，基本上避免了此種情況的出現。

圖2(c)所示情況是因為級配碎石混合料攤鋪厚度不均勻，部分區域虛鋪厚度過小，壓路機碾壓過后土工格室暴露出來，土工格室上邊緣被碾向一邊。針對此情況，在下一步攤鋪過程中注意均勻攤鋪，控制好虛鋪厚度。

圖2(d)所示情況是土工格室加固級配碎石底基層封層施工后出現的松散離析情況。分析原因主要有兩個方面，一是級配碎石攤鋪使用的是裝載機撒料，不像攤鋪機施工，不可避免出現混合料離析情況；二是封層施工后，沒有暫時封閉交通，瀝青嵌縫料還沒穩定，車輛碾壓將瀝青連帶集料一起帶起，隨著車輛繼續通行出現如圖4所示情況。

(a)土工格室被碾壞；(b)土工格室被扯壞；(c)碾壓過后露出的土工格室；(d)離析松散情況圖2 土工格室加固級配碎石施工出現的問題

施工后檢測結果印證了各種底基層的實際施工狀況，4%水泥穩定碎石的施工效果不如2%水泥穩定碎石的施工效果，土工格室加固級配碎石的施工效果沒有級配碎石的施工效果好。就4%水泥穩定碎石與2%水泥穩定級配碎石而言，施工工藝基本相同，壓實機械也相差無異，但是4%水泥穩定碎石厚度較后者大6 cm，采用一次性攤鋪碾壓的方案合理性未得到驗證。對于級配碎石與土工格室加固級配碎石底基層而言，本來希望借助土工格室的束縛圍壓作用改善級配碎石剛度過小的弊端，但第一次將土工格室應用于級配碎石加固，施工工藝有一定的探索性，還遠不完善，土工格室加固級配碎石施工沒有將格室中的級配碎石壓實，致使各種指標的檢測值不如級配碎石底基層的檢測值理想。

6 結 論

本文結合高海拔高寒區一條高速公路4.4 km試驗段就幾種類型的底基層施工工藝及施工過程中出現的問題進行了總結分析，發現部分問題是由于施工時沒有嚴格遵守設計施工工藝，一方面是因為施工人員失誤，另外一方面因為施工工藝存在問題，針對高寒區特定路段的底基層施工，不能完全照搬已有的施工工藝，應該結合當地氣候地質環境、材料級配類型、結構層厚度等進行試驗驗證選擇恰當的施工技術。將土工格室用來加固級配碎石是一種很好的想法，但是要想普及應用，還需要進一步研究其施工工藝及應用效果。