水泥穩定碎石基層壓實度影響因素分析

張強

（中鐵十八局集團第五工程有限公司 天津 300222）

1 引言

隨著我國道路建設的蓬勃發展，新時代下工程建設提倡的“繡花針精神”對道路建設提出了更高的要求。道路隨建成通車使用一定年限后往往出現不同程度的裂縫、網裂、唧漿等病害，部分路面病害是由基層病害引起的反射裂縫導致[1]。因此，現階段“強基薄面”的設計理念下，如何提升道路基層的施工質量，是減少道路路面病害的一個有效途徑。

水泥穩定碎石基層具有良好的板體性、水穩定性及高強度等特點，被廣泛地應用高等級及城市道路建設，其施工控制因素較多，差異性的施工條件及工藝影響基層施工壓實度質量，進而導致基層在強度、抗裂等方面產生了深遠影響[2,3,4]。

針對水泥穩定碎石基層的施工質量，目前主要是控制基層材料本身的質量，即通過控制水泥穩定碎石礦料質量、水泥摻量、混合料的拌和與運輸及摻配添加劑等提高基層質量，減少基層開裂病害的發生[5,6]。本文從水泥穩定碎石基層的施工因素考慮，以基層施工的壓實度為出發點，通過礦料級配、松鋪系數、碾壓工藝等對基層施工質量的影響進行分析，為控制和保證水泥穩定碎石基層的施工質量提供指導與幫助。

2 工程試驗段概況

渝黔高速公路擴能項目，重慶至貴陽全線約367 km，其中重慶段全長99.95 km，設計時速100 km里。本文以渝黔高速擴能項目某標段水泥穩定碎石基層試驗段鋪筑為例，結合本工程對基層施工中壓實度影響因素進行分析。

水泥穩定碎石基層試驗段選擇在K55+910-K56+290右幅，長度380 m。施工采用廠拌法生產水泥穩定碎石基層混合料，其由水穩拌和站提供，運距約80 0m。

3 施工壓實度因素分析

3.1 礦料級配

礦料級配類型影響道路基層混合料的壓實質量，在相同壓實功的條件下，礦料顆粒間的空間排布在一定程度上會影響壓實效果，因此選擇一種較好的礦料級配有利于提升基層混合料的壓實度。本文依據《公路路面基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）中高速公路與一級公路水泥穩定碎石推薦級配范圍，在室內選取了3種基層混合料級配進行了試驗檢測，參數如表1所示。

表1 試驗段水泥穩定碎石基層級配參數

從圖1可以看出，級配B中4.75～19mm范圍的集料較少，而0～4.75mm范圍內的集料較多，屬于懸浮型級配；而級配C和級配A相比，級配C中粗集料過多，而細集料較少，因此級配A的骨架性較好。為進一步驗證三種級配對水泥穩定碎石基層壓實度的影響，選取級配中值作為設計級配，采用4%水泥劑量通過擊實試驗確定最佳含水量和最大干密度，室內成型φ150mm的圓柱形試件，測試試件的壓實度和7d無側限抗壓強度值，如表2所示。

圖1 三種級配通過率

從表2可以看出，在壓實度方面級配A＞級配B＞級配C，主要是由于在相同的壓實功下，骨架密實級配中集料的空間更易得到合理壓縮，懸浮密實級配中缺少粗骨料形成的嵌擠空間，壓實度次之，而骨架空隙級配中粗骨料較多，細集料較少，導致粗骨料之間的壓實效果不佳，密實度最低。在相同的水泥劑量下，7d無側限抗壓強度值骨架密實和骨架空隙級配均大于懸浮密實級配。因此，在保證抗壓強度的前提下，骨架密實型級配A有利于提高基層混合料的壓實度。

表2 不同級配壓實度和7d無側限抗壓指標表

結合骨架密實型級配，為便于拌和站快速拌和施工，采用分檔摻配的方式進行級配設計。通過規劃求解的方式[7]，滿足上述級配范圍下的集料的摻配比例為：19～26.5 mm碎石∶9.5～19 mm碎石∶4.75～9.5 mm碎石：0～4.75 mm機制砂=21 %：28 %：17 %：34 %。采用P.O42.5硅酸鹽（緩凝）水泥，4 %的水泥劑量成型標準試件并進行擊實試驗，得到最大干密度為2.403 g/cm3，最佳含水率為4.5 %。

3.2 碾壓工藝

道路基層壓實過程中不同的壓實機具與壓實方法的選擇，直接影響水泥穩定碎石基層集料間的空間排布與混合料中氣體的壓縮量，因此合理選用壓實機具與壓實方法至關重要[8]。

本試驗段碾壓工藝為：攤鋪達到碾壓長度后盡快碾壓，碾壓分初壓、復壓和終壓三個階段。碾壓段落須層次分明，設置明顯的分界標志。碾壓次序選用“先低后高，先輕后重，先靜后動，先慢后快”的原則。設計了3種不同的碾壓方案，如表3，靜壓時壓路機重疊1/3～1/2輪寬，振壓時壓路機重疊30～50cm。后輪壓完全寬即為一遍，碾壓至要求的密實度為止，以8～10遍為宜。

表3 碾壓工藝組合表

不同碾壓設備與碾壓方式的選擇對水泥穩定碎石基層會產生不同的壓實效果，為更直接地評價壓實效果，采用灌砂法對試驗段3種不同的碾壓方案進行壓實度檢測，并計算了變異系數，如表4。

表4 碾壓方法與壓實度指標表

由表4可知，3種碾壓設備和碾壓工藝的組合對水泥穩定碎石基層的壓實度及變異系數產生不同的效果。其中碾壓方案1的變異系數最小，表明混合料壓實較勻質，但是壓實度低于其它兩種方案；方案2的壓實度較方案1提升了1.13%，但是變異系數比方案1增加了69.6%；方案3的壓實度較方案1和方案2相比為最佳，變異系數與方案2相比降低了23.1%，表明在方案3在能保證足夠的壓實度的同時，基層材料壓實的均質性能夠得到一定的保證。因此，方案3在水泥穩定碎石基層碾壓過程中，在保證基層一定勻質性的前提下，壓實度也能保證滿足施工的技術要求。

此外，在碾壓過程中應注意機械壓實速度，初壓時應保持速度在1.5～1.7 m/s范圍內，復壓時應保持速度在2～2.5m/s范圍內，終壓時應保持速度在1.5～1.7 m/s范圍內。

3.3 松鋪系數

水泥穩定碎石基層壓實厚度由壓實方式和虛鋪厚度決定，在壓實功一定的條件下，虛鋪厚度越小越容易壓實，但厚度過薄則會引起基層材料的過度壓實，適得其反；且基層厚度過薄導致結構層位數量增加，加大因層間處理不當而引起路面病害的風險。基層過厚則會引起內部的部分區域壓實密度不佳，深層部位壓實度不夠，進行影響基層整體的壓實效果[9,10]。

虛鋪系數的選取一般結合現行規范中推薦的范圍，在現場實際鋪筑后，一般通過虛鋪厚度和實際壓實厚度來最終確定基層的虛鋪系數。依據施工經驗及現行規范要求，本試驗段采用的松鋪系數為1.35，水泥穩定碎石基層厚度20cm。施工過程中在斷面上分別選取距離中線3 m、6 m、9 m、12 m等4點處，每隔10m進行觀測，并對基層不同深度壓實度進行檢測，并計算變異系數，結果如下表5。

表5 基層混合料深度與壓實度檢測表

由表5可知，隨著基層深度的增加，其壓實效果呈下降的趨勢。基層深度為15 cm與18 cm處，水泥穩定碎石混合料壓實度分別為99.%和96.54%，均大于95%，表明壓實效果較好；當檢測深度為20cm時發現壓實度為90.47%，壓實度不足，表明在本次壓實工藝與虛鋪系數下，基層層厚20 cm 過高，導致壓實后的基層底部壓實效果不佳。因此在保證壓實功與虛鋪系數不變的情況下，壓實后的基層厚度保持在18 cm較為適宜。

4 結論

結合室內試驗及工程試驗段的鋪筑與實踐，本文從礦料級配、碾壓工藝及松鋪系數等方面進行了水泥穩定碎石基層壓實度施工要點分析，利用現行規范提出了易于壓實的骨架密實性配合比設計，結合現場施工影響要素，提出了壓實效果更佳的碾壓工藝及適宜的基層厚度，為本項目內的水泥穩定碎石基層的大范圍施工提供了指導與幫助，主要結論如下：

（1）相同壓實功下，骨架密實型級配中集料的空間更易得到合理壓縮，同時在保證抗壓強度的前提下，有利于提高水泥穩定碎石基層的壓實度。

（2）水泥穩定碎石基層碾壓過程中，采用13t雙鋼輪壓路機靜壓2遍、22t單鋼輪振動壓路機振動碾壓4～6遍、30t輪胎壓路機2遍，在保證基層一定勻質性的前提下，壓實度也能滿足施工技術要求。

（3）隨著基層深度的增加，其壓實效果呈下降趨勢，在保證壓實功與虛鋪系數不變的情況下，壓實后的基層厚度保持在18cm較為適宜。