基于基層大厚度和雙層面層一體攤鋪的基面連鋪技術(shù)*

安平， 高俊啟， 盛余祥， 李昊

(1.日照公路建設(shè)有限公司， 山東 日照 276800；2.南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院， 江蘇 南京 210016)

1 研究背景

目前中國國道、省道路面結(jié)構(gòu)層主要形式為水泥穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)層+瀝青混合料結(jié)構(gòu)層。水泥穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)層總厚度大多為54 cm，采用傳統(tǒng)施工工藝進(jìn)行分層攤鋪及碾壓(即18 cm底基層+18 cm下基層+18 cm上基層)，要求水穩(wěn)基層的施工厚度不超過20 cm，且每層施工完成養(yǎng)生7 d后才可進(jìn)行上一結(jié)構(gòu)層施工。水泥穩(wěn)定粒料基層分層攤鋪技術(shù)存在以下主要問題：1) 由于分層施工的結(jié)構(gòu)層強度不能同周期形成，上層水穩(wěn)層在施工中易損壞已鋪筑完成的下層水穩(wěn)層；2) 上下層之間易出現(xiàn)層間受力，降低結(jié)構(gòu)層承載能力；3) 上下層之間易相互脫離，導(dǎo)致與設(shè)計有所偏差，難以保證結(jié)構(gòu)整體受力滿足設(shè)計要求；4) 上下層水穩(wěn)層分層施工，會延長工期，影響施工進(jìn)度，提高工程造價。瀝青混合料結(jié)構(gòu)層總厚度大多為10 cm，也采用分層攤鋪及碾壓施工工藝(即4 cm上面層+6 cm下面層)，且面層施工在基層養(yǎng)生7 d后方能實施。瀝青混合料分層攤鋪技術(shù)雖然對瀝青混合料這種柔性結(jié)構(gòu)層的施工質(zhì)量具有一定積極效應(yīng)，但施工周期大大延長，對工程進(jìn)度有很大影響。

為此，在攤鋪、壓實、施工技術(shù)和工藝上開拓創(chuàng)新，針對水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層施工提出分2層連續(xù)攤鋪碾壓工藝，即將水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層分成2層結(jié)構(gòu)進(jìn)行攤鋪；針對瀝青路面則采用雙層一體攤鋪技術(shù)對上下面層進(jìn)行施工，即把配比不同的2種瀝青混合料分別運送進(jìn)雙層攤鋪機的2個料倉里，將2層混合料通過一次攤鋪、一次碾壓成型。目前對這2種技術(shù)分別開展了一些研究，如：朱夢良、邱麗鵬等介紹了瀝青砼路面雙層連鋪施工技術(shù)，分析了在瀝青路面使用這種攤鋪技術(shù)時各層黏結(jié)性能、路基夯實度和路面抗?jié)B系數(shù)等路面使用性能；王選倉等通過西商(西安—商州)高速公路項目，比較了基于雙層連鋪的瀝青路面層間黏結(jié)、平整度等性能與傳統(tǒng)分層攤鋪技術(shù)的優(yōu)劣，認(rèn)為采用雙層連鋪技術(shù)，路面抗剪強度、平整度及壓實度等性能都得到顯著增強；李剛等依托實際工程，論述了大厚度基層的施工工藝及質(zhì)量控制措施；楊武闡述了水穩(wěn)基層雙層連鋪施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施；何紀(jì)國結(jié)合遂西(遂寧—西充)高速公路路面工程，分析了水穩(wěn)基層和底基層施工大厚度、大寬度一次攤鋪技術(shù)的特點。以上都是單獨討論這2種技術(shù)，而基面連鋪施工技術(shù)將這2種技術(shù)相結(jié)合。該文結(jié)合G204日照繞城段改建工程，研究水穩(wěn)基層大厚度和雙層面層一體攤鋪的基面連鋪技術(shù)。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層施工

2.1 配合比設(shè)計

水泥采用32.5普通硅酸鹽水泥，摻量4.3%。集料為石灰?guī)r粗、細(xì)集料。經(jīng)檢測，各種材料的技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。對水泥穩(wěn)定碎石材料的礦料各規(guī)格組成進(jìn)行篩分試驗，確定各集料的通過百分率。G204日照繞城段改建工程試驗段采用的礦料級配見表1。為進(jìn)行比較，同期施工道路S613采用傳統(tǒng)施工工藝，即54 cm基層分3層攤鋪，10 cm面層分2層攤鋪，水泥摻量4.5%。

表1 水泥穩(wěn)定碎石材料的集料級配組成

2.2 施工設(shè)備配置

大厚度施工拌合站配置：1#水穩(wěn)站配置1臺WCB1000型、1臺WCB800型穩(wěn)定土拌合機，產(chǎn)能1 400 t/h；2#水穩(wěn)站配置1臺WCB800型穩(wěn)定土拌合機(備用1臺WCB1000型)。

攤鋪機：水泥穩(wěn)定碎石基層第一層施工采用2臺福格勒攤鋪機(梯隊形式)，第二層采用大寬度抗離析1800型攤鋪機。

2.3 模板支立

基層攤鋪時，攤鋪機兩側(cè)以導(dǎo)線為基準(zhǔn)標(biāo)高進(jìn)行攤鋪作業(yè)。由于大厚度攤鋪時使用的超大噸位振動壓力機激振力達(dá)90 t左右，在進(jìn)行邊部碾壓時會產(chǎn)生較大側(cè)向力，易導(dǎo)致模具變形甚至上下跳動。因此，建議采用剛度大、變形小的鋼模，并進(jìn)行充分固定(見圖1)。

圖1 模板支立示意圖(單位：cm)

為確保碾壓邊部時不損壞模板，模板高度比設(shè)計高程低2 cm。模板加固采用1 m長鋼管和螺桿頂托，一邊通過鋼管前面直接頂在鋼模支撐點上，另一邊固定在中線位置的固定樁上，然后根據(jù)距離調(diào)試螺桿，保證模板既固定牢靠又保持順直。為保證模板下端的側(cè)壓力，在鋼模外側(cè)下承層上打入鋼釬進(jìn)行支撐。每塊模板固定3個點。寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石施工中掛設(shè)鋼絲繩控制高程和平整度。

2.4 攤鋪

水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連續(xù)攤鋪一次全厚成型的控制要點如下：

(1) 采用單臺大功率攤鋪機全幅攤鋪，攤鋪前對熨平板下墊木進(jìn)行調(diào)整，使其高度達(dá)到松鋪層表面標(biāo)高。

(2) 物料輸送至熨平板全寬度上且料位高度均勻一致后才能進(jìn)行攤鋪，攤鋪1 m左右即檢測攤鋪厚度。如厚度有偏差，調(diào)整自動調(diào)平設(shè)施，使攤鋪厚度達(dá)到理想厚度。

(3) 大厚度水泥穩(wěn)定碎石施工時，松鋪厚度較大，大粒徑石料極易滑落至底部，造成底部爛根。為此，攤鋪機采取抗離析措施，如增設(shè)反向葉片、半葉片及橡膠擋板等。

2.5 碾壓

碾壓程序為14 t雙鋼輪壓路機往返靜壓1遍→2臺26 t單鋼輪壓路機采用高頻低幅分別弱震2遍(小噸位壓路機在前)→2臺26 t單鋼輪壓路機采用低頻高幅強震2遍(小噸位壓路機在前，期間采用25 t膠輪壓路機交叉揉搓)→2臺26 t單鋼輪壓路機采用高頻低幅分別弱震2遍→14 t雙鋼輪壓路機收光(見表2)。

表2 推薦的碾壓組合方式

對于不同壓實厚度或不同級配類型基層，根據(jù)試驗段情況酌情加減壓實遍數(shù)。每臺攤鋪機攤鋪過程中，壓路機緊隨其后進(jìn)行碾壓，一次碾壓長度控制在40～60 m，碾壓中做到重疊一半的輪胎寬度。要求在水泥初凝前和室內(nèi)試驗延遲時間內(nèi)完成碾壓，達(dá)到設(shè)計壓實度，并且不出現(xiàn)明顯痕跡。

3 瀝青面層施工

瀝青面層施工采用DYNAPAC雙層攤鋪機，該設(shè)備在1臺攤鋪機的平臺上增加1套熨平板實現(xiàn)雙層攤鋪。其優(yōu)勢在于不需要過多的設(shè)備，僅1臺設(shè)備即可運作，可減少施工失誤和混合料離析概率，壓實和普通瀝青混合料一樣。將54 cm水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層分2層結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)攤鋪碾壓后，對瀝青上下面層采用雙層一體攤鋪技術(shù)進(jìn)行施工，一體完成碾壓(見圖2)。壓實機械配備見表3。該技術(shù)是“熱對熱”的攤鋪，不僅可提高瀝青路面施工質(zhì)量，還可降低施工工期，減少施工人員。

圖2 基面連鋪技術(shù)示意圖(單位：m)

表3 面層碾壓組合

4 質(zhì)量檢測

施工完成后，G204基層7 d無側(cè)限抗壓強度平均值為4.5 MPa，S613基層7 d無側(cè)限抗壓強度平均值為4.0 MPa，G204大厚度基層的無側(cè)限抗壓強度稍高。

2018年12月，利用傳感光纖對G204基面連鋪路段和S613傳統(tǒng)施工路段基層裂縫情況進(jìn)行測量，測量結(jié)果分別見圖3、圖4。由圖3、圖4可知：基面連鋪路段基層有3條裂縫A、B和C，其中C處裂縫寬度較小，A、B裂縫間距12.6 m，B、C裂縫間距32.6 m，平均裂縫間距22.6 m；傳統(tǒng)施工路段平均裂縫間距約25 m。54 cm基層采用2層結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)攤鋪施工，基層裂縫間距在合理范圍內(nèi)，并沒有因大厚度施工導(dǎo)致基層裂縫數(shù)量增多。

圖3 基面連鋪路段基層裂縫

圖4 傳統(tǒng)施工路段基層裂縫

圖5為G204試驗段基面連鋪施工后的取芯芯樣。由圖5可知：面層和基層芯樣整體完好，基于基層大厚度施工和雙層面層一體攤鋪的基面連鋪技術(shù)獲得成功。

圖5 基面連鋪芯樣

5 結(jié)語

針對國、省道路面結(jié)構(gòu)層形式，提出基于基層大厚度和雙層面層一體攤鋪的基面連鋪技術(shù)。在這2種技術(shù)本就大幅節(jié)省施工工期的基礎(chǔ)上，基面連鋪技術(shù)可再節(jié)省7 d養(yǎng)生期，共節(jié)省28 d養(yǎng)生期，具有重要的經(jīng)濟效益。采用傳感光纖對G204基層裂縫情況進(jìn)行測量，平均裂縫間距22.6 m，基層裂縫間距在合理范圍內(nèi)，并沒有因大厚度施工導(dǎo)致基層裂縫數(shù)量增多；面層和基層芯樣整體完好，基于基層大厚度施工和雙層面層一體攤鋪的基面連鋪技術(shù)可行。采用該技術(shù)可增強半剛性基層瀝青路面基層、面層的一體性，提高路面平整度；提升生產(chǎn)效率，縮短工期，降低工程費用。