填充式大粒徑水泥穩定碎石基層材料級配及施工工藝的改進優化

張業軒，吳海清，王善亮

1.安徽省滁州市交通工程質監站，安徽 滁州 239000

2.滁州市公路管理服務中心，安徽 滁州 239000

3.滁州市交通工程試驗檢測公司，安徽 滁州 239000

對于瀝青路面而言，基層材料的抗變形能力和耐久性能是十分重要的，因此水泥穩定碎石半剛性基層在20世紀90年代得到了普遍的推廣應用，但常規水泥穩定碎石基層容易在干縮和溫縮共同作用下形成縮裂問題，并且一直沒有找到很好的解決辦法。由于基層結構裂縫能反射到路面面層，特別是在瀝青面層較薄的情況下，反射裂縫具有規律性，容易造成路面水毀損壞，影響公路使用品質和壽命。2019年7月1日實施的《填充式大粒徑水泥穩定碎石基層施工技術規程》主要是為了解決基層裂縫問題。填充式大粒徑水泥穩定碎石基層在滿足強度、回彈模量、收縮和抗沖刷能力等指標的同時，抗裂性能突出，承受荷載能力強，需要投入大量人力，由于攤鋪機不能一次性攤鋪大粒徑混合料，施工管理要求嚴，施工安全隱患大。2020年10月30日，交通運輸部和應急管理部聯合發布的《公路水運工程淘汰微機生產安全施工工藝、設備和材料目錄》第1.1.8條提到：“水泥穩定類基層、墊層拌和料‘路拌法’施工工藝，應予淘汰。”由于《填充式大粒徑水泥穩定碎石基層施工技術規程》采用的是“層鋪路拌法”施工工藝，將被限制使用。基于此，文章就上述問題進行了改進及優化實踐研究。

1 工程概況

滁州市新昌大道工程位于滁州市南譙區和全椒縣域內，起點位于醉翁路與洪武西路交叉處，終點與規劃S324平面交叉，路線全長6.818km。當地氣候特征為冬季寒冷少雨、春季冷暖多變、夏季炎熱多雨、秋季晴朗氣爽，四季分明。全市年平均氣溫為21.4℃，年最低氣溫為11.4℃。項目按一級公路規劃，設計汽車荷載為公路-Ⅰ級，由于土地征遷問題，近期按二級路標準實施。路基寬度為9m，瀝青混凝土路面寬度為7m，路面結構層為20cm水泥穩定碎石+18cm填充式大粒徑水泥穩定碎石+4cm AC-13 SBS改性細粒式瀝青面層。改進優化的填充式大粒徑水泥穩定碎石基層施工時間為2020年8—10月，施工期間最高溫度為37℃。該項目已于2020年12月30日通過交工驗收，經過冬季最低氣溫-10℃和一個冬季的凍融考驗，目前未發現半剛性基層反射結構裂縫。

2 填充式大粒徑水穩基層材料級配改進

2.1 級配范圍比較

為了直觀地比較礦料級配的調整情況，現將填充式大粒徑水泥穩定碎石、常規水泥穩定碎石以及改進后的大粒徑水泥穩定碎石級配范圍進行對照，如表1所示。

從表1中可以看出，改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石最大粒徑采用了填充式大粒徑水泥穩定碎石的最小規格大粒徑，但粒徑比常規級配大。經施工實踐，此級配范圍適合“廠拌機鋪”，大粒徑嵌擠、骨架密實。

表1 三種礦料級配通過百分率對照表

2.2 級配調整結果

改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石由26.5～37.5mm碎石、9.5～19.0mm碎石、2.36～4.75mm碎石、0.075～4.75mm石屑四種集料組成，根據原材料的試驗得出礦料級配如表2所示。

表2 改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石配合比

考慮到改進型水泥穩定碎石骨料偏大，易產生局部離析現象，試驗室采用2.36～4.75mm碎石、0～4.75mm石屑分別按55%、45%的比例拌制嵌縫料，對局部離析處進行撒布嵌縫，嵌縫料的配合比如表3所示。

表3 嵌縫料配合比

3 施工工藝的優化

3.1 混合料拌和

在混合料拌和時，實際采用水泥劑量比試驗確定的劑量增加0.5%。試驗段期間，根據溫度、濕度情況，拌和時的外加水與集料天然含水量之和比最佳含水量高出0.4%～0.8%，以彌補混合料在碾壓前的水分損失，使碾壓時混合料的含水量與最佳含水量的差距在±1%之間。拌和過程中對混合料外觀進行目測，并結合試驗來驗證混合料的含水量及水泥劑量，發現問題應及時進行調整，確保滿足施工質量需求。

3.2 混合料運輸

裝料時運輸車輛排隊等候在貯料倉下，裝料前對車輛車廂進行清洗、晾干，裝料時按前→后→中至少三次移動的方法進行裝料，不得裝料過滿，防止裝料堆高交叉部產生離析現象。車輛到場后分列兩邊，前后相距約10m，車輛倒車時統一在攤鋪機前30cm處停車，掛空擋卸料。

3.3 混合料攤鋪

（1）攤鋪前在攤鋪范圍兩側及中心線位置直線每隔10m（曲線每隔5m）打一導桿，拉出攤鋪基準線，并打好厚度控制線支架，根據松鋪系數算出松鋪厚度，決定控制線高度，掛好控制線。

（2）攤鋪前先檢查攤鋪機各部分運轉情況，在攤鋪機起步位置熨平板下墊厚度為23cm（攤鋪層厚度18cm+虛鋪厚度5cm）的方木。起步時先用較低速度攤鋪，調整攤鋪機自動料位計，使螺旋布料器均勻轉動且有2/3部分埋入混合料中，以減少混合料離析；待路拱橫坡度等指標滿足設計要求后，再按正常速度1.5m/min連續攤鋪，如圖1所示。

圖1 改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石一次性攤鋪

（3）攤鋪機拼裝寬度為5m，攤鋪時右半幅先進行攤鋪，右側走鋼絲，左側以鋁梁進行控制，攤鋪長100m時，退回起點攤鋪左半幅，使之與右半幅及時合攏。

（4）攤鋪過程中加強對攤鋪質量的檢查，對局部離析處進行人工翻拌或直接補嵌縫料（因采用的配合比骨料偏大，容易產生離析現象），如圖2所示。

圖2 局部離析處進行人工補料

3.4 質量控制關鍵點

（1）應采用振動壓實法確定最大干密度和最佳含水量（最大干密度為2.40～2.45g/cm3），候場拌和設備計量需要檢定和校準，使配合比配料準確。另外，試驗室應每天檢查配比執行情況，嚴禁未經允許私自調整。

（2）試驗段開始前需要按照設計配合比進行試拌篩分，滿足設計配比要求后方可生產。

（3）提高檢測含水率，正常施工時比最佳含水率高1個百分點控制。

（4）選擇性能良好的攤鋪機，這樣可以減少離析現象發生，選用大噸位振動壓路機（26J），三輪壓路機噸位為21～25t，如圖3所示。

圖3 采用26J振動壓路機碾壓及碾壓后基層表面狀

（5）離析率應控制在施工面積的5%，若離析率偏大或偏小，應及時調整生產配合比，易產生結構層上下貫通離析的部位為攤鋪機分料器中部、邊部以及雙幅攤鋪時的中縫位置。

（6）處理離析現象時分工要明確，現場技術管理人員負責檢查，勞務工人4～5人負責撒布嵌縫料及進行適度翻拌，分為三個步驟，即攤鋪后檢查處理一遍、穩壓后處理一遍、振動結束后檢查處理一遍。

4 質量檢查驗收標準與結果

（1）施工質量標準與控制按《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20—2015）執行。

（2）實體檢測。改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石基層主要參數如下：壓實度≥98%、回彈彎沉驗收值為36（0.01mm）、無側限抗壓強度≥6MPa、厚度為18cm。經檢測，各項指標均滿足設計要求。改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石主要指標如表4所示。

表4 改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石主要指標

從表4中可以看出，改進后的大粒徑水泥穩定碎石基層的壓實度、回彈彎沉代表值、無側限抗壓強度均滿足設計要求。

（3）新工藝的優點。①機拌機鋪效率明顯提高，日進度達到5000m2，較原來的層鋪路拌法效率提高了1倍。②工人勞動強度降低，現場勞務人員只需15人即可完成攤鋪、平整、處理離析等施工任務。相較于層鋪路拌法，人工找補離析更容易、更輕松。③攤鋪機攤鋪平整度合格率較層鋪路拌法工藝有大幅度提高，經實測平均合格率在90%以上。④基層承載力較常規水泥穩定碎石有所提高，經取芯，完整芯樣占比為60%，抗壓強度達到5.5MPa，松散芯樣占比為40%，既能滿足強度指標要求，又能滿足抗裂要求。

5 結束語

改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石吸收了填充式大粒徑水泥穩定碎石的防裂原理，是用2～4cm大粒徑碎石形成骨架，用小粒徑的水泥穩定碎石填充骨架空隙，經壓實成型的一種路面材料。其優點是和常規水泥穩定碎石基層一樣，采用機拌一次性攤鋪，還具有防裂性。在實際應用中，主要應控制好級配、離析找補、碾壓等關鍵工序，就能保證工程質量，從而延長瀝青路面的使用壽命。

滁州市新昌大道工程是滁州市規劃的重要干線，相關人員將對路面質量及使用情況進行跟蹤監控，并將改進型填充式大粒徑水泥穩定碎石應用在不同厚度的瀝青面層和不同等級公路的實踐中，以期不斷改進完善施工工藝，提高施工質量。