公路工程水泥穩定砂礫基層施工技術優化分析

石體偉SHI Ti-wei

（新疆北方建設集團有限公司，奎屯 833200）

0 引言

在我國社會經濟的迅猛發展過程中，對于公路工程施工也越來越高度關注，在公路工程的具體施工過程中，要充分做好水泥穩定沙礫基層的施工質量把控工作，進一步落實相關施工技術要點，以此確保基層施工質量能夠得到顯著提升，為該層的施工質量提升和整體公路工程綜合效能的增強提供必要的保障。據此，有必要針對公路工程水泥穩定砂礫基層施工技術要點以及優化措施等內容進行剖析。

1 水泥穩定砂礫基層的特性

水泥穩定砂礫基層是指采用無機結合料（水泥）、水和級配（天然）砂礫充分拌和，通過機械或人工攤鋪形成的具有一定抗彎強度的半剛性基層。其不僅具備一定的板體性、剛度、擴散荷載能力，而且還兼有一定的抗拉強度、抗疲勞強度及良好的水穩定特性。這些都符合路面基層的規范要求，使得路面基層受力性能良好，并且保證了基層的穩定性。水泥穩定砂礫基層由于其結構材料分布廣泛、易于開采，并具有較好的強度、剛度及水泥穩定性，很好地適應了新疆干旱少雨的氣候特點，新疆地區90%以上的干線公路均采用了這種半剛性路面基層結構。較高的剛度是水泥穩定砂礫的主要力學特性，從而使其具備較強的荷載擴散能力。在整個路面結構中瀝青面層僅作為功能層，承載力主要由半剛性基層承擔，因此防止水泥穩定砂礫基層的拱脹破壞是保證路面整體使用性能的必要條件，也是本文研究工作的主要出發點。

2 公路工程水泥穩定砂礫基層施工拱脹病害調查

本研究以南疆戈壁區某公路工程為例，沿道路縱向方向開挖“G3012墨和高速”和田段的拱脹病害位置處，從土路肩開挖至水泥穩定砂礫下基層，分別呈現出路面的瀝青面層、水泥穩定砂礫上基層、水泥穩定砂礫下基層，如圖1所示。

圖1 水泥穩定砂礫基層的錯位移動

觀察到拱脹處道路結構層的縱斷面情況，可以發現水泥穩定砂礫上基層與瀝青混凝土面層均發生了拱起現象，能夠發現水泥穩定砂礫上基層拱起處發生了嚴重的結構層破壞和錯移，上基層結構由于擠壓，導致應力集中區內薄弱處出現破損、破碎、松散，形成15cm～40cm 寬破碎帶，拱脹高度在2cm～5cm 之間，并有錯位滑動趨勢，以及破碎帶內上、下基層結合面的分離。基層較大縱向位移導致了這一現象的發生。

沿道路橫向方向切割并開挖道路的拱脹病害處（如圖2、圖3 所示），對拱脹病害位置的橫向破壞情況進行觀察分析。

圖2 拱脹病害處進行橫向切割

圖3 拱脹病害處開挖瀝青面層至基層

從圖中可以發現，水泥穩定砂礫基層發生了向上的拱脹，進而引發了瀝青面層的拱脹。在長段落路段，基層容易由于膨脹而產生向上拱起，隨著上基層膨脹變形量的增大，上基層容易在基層薄弱處發生破壞和錯移。因此拱脹現象是由于水泥穩定砂礫上基層的拱脹向上反射至瀝青路面的拱脹，從而引起了結構層的整體橫向拱起。

在夏季溫度較高時，隨著水泥穩定砂礫基層溫度的升高，基層材料由于熱脹冷縮原理導致了內部存在較大的溫度應力，溫度升高導致了基層的膨脹變形，而溫度應力在延道路走向方向無法全部釋放，隨著溫度的進一步升高，溫度應力進一步增大，當溫度應力大于基層材料的臨界應力時，基層便會產生拱脹，進而導致瀝青混凝土面層的拱脹。在高溫條件下，水泥穩定砂礫基層產生巨大的溫度應力，當基層的溫度應力大于軸向抗壓強度或者基層產生的拱起位移較大時，就會產生傾斜的裂縫。在高溫天氣的繼續作用下，基層就會因失去約束而沿著裂縫自由的膨脹，將瀝青面層拱起，從而造成瀝青路面的拱起開裂。

3 公路工程水泥穩定砂礫基層拱脹影響因素

3.1 級料的影響

為了確保公路工程當中的水穩基層能夠符合施工建設標準，需要對水穩選擇作業予以高度的重視，選取針片狀的顆粒作為基礎材料，并確保其能夠符合相應的施工標準，在適宜的級配料厚度數據指導作用下，實現對內部粗料整體含量的有效檢測，使含量能夠符合工程的建設標準。在選擇集料的過程中，還需要對其質量予以嚴格的管控，避免出現缺乏連續性或者斷檔等方面的問題，從而為后續的使用階段造成不良影響。

道路自身材料的屬性也會對拱脹產生影響，當基層材料的膨脹系數較大時，其溫度敏感性便會越強，在相同的溫差下產生的膨脹變形也會越大，由于基層沿縱向承受變形的空間有限，變形較大時結構層便不能承受，從而對路面結構層產生的破壞。

材料如果空隙率較大，在材料發生膨脹時就可以形成內部壓縮，便會有一定的空間承受其變形，但如果空隙率過大又會導致材料強度不足，達不到用料要求。因此需要改變水泥用量、級配等參數，找到水泥穩定砂礫在符合規范要求下時，其膨脹系數最小的材料參數；找到有一定空隙率的材料級配參數，同時材料的強度必須滿足使用要求。

3.2 溫度的影響

溫度變化是導致水泥穩定砂礫基層產生拱脹的主要原因，在夏季溫度較高時，隨著水泥穩定砂礫基層溫度的升高，基層材料由于熱脹冷縮原理導致了內部存在較大的溫度應力以及形成了較大的膨脹變形。基層縱向膨脹產生的位移會直接導致基層向上拱起，而溫度應力在延道路走向方向無法釋放，隨著溫度的進一步升高，溫度應力進一步增大，當溫度應力大于基層材料的臨界應力時，基層便會在結構層薄弱處發生破壞，產生錯位移動，結構錯位累積便會向上產生拱脹，進而導致瀝青混凝土面層的拱脹，并且這種結構層的破壞無法隨溫度的降低而收縮，因此拱脹病害無法自行消減，只會隨著年限的增加變得隔年嚴重。

3.3 基層位移的影響

水泥穩定砂礫基層的位移變化是產生拱脹的直接原因，基層產生縱向位移越大，越容易產生向上的起拱，在結構層薄弱處的錯位移動也會越大，導致基層的錯位重疊部分增大，路面拱脹病害也會更加嚴重。

3.4 泥的用量標準

在施工的時候，如果水泥的用量較大，可能會造成基層產生干縮裂縫，導致基層強度大幅度下降。通常條件下，以8 天無側限抗壓強度檢測以及現場試驗適配的結果為準，通常而言水泥的使用量需要保證在2.9%~5%左右。如果在實際應用的過程中，水泥的使用量超過5%，然而水穩強度依然無法達到要求，就說明集料級配無法達到設計的需要，需要調整集配料。分析其具體原因，主要有以下幾點：①水泥在使用的過程中量過低，沒有較高的安定性；②集料級配無法達到相關標準；③如果混合料在運輸的過程中時間比較長，可能會造成混合料出現初凝的情況；④碾壓的次數無法達到要求，或者在操作的過程中使用的機械設備不符，噸位不達標；⑤沒有及時進行保養。

4 公路工程水泥穩定砂礫基層施工技術優化分析

4.1 做好施工前期準備工作

4.1.1 確保沙礫質量達標

在開展水泥穩定砂礫基礎施工作業的前期階段，需要針對相關材料的質量予以充分的檢驗，確保材料規格、質量能夠滿足施工的級配標準。需要注意的是，若公路工程尚未針對水泥穩定砂礫等基礎材料提出相應的標準時，也需要根據公路路面基層施工作業技術、規模等相關標準要求，從而選擇合適的基層材料（表1）。

表1 基層材料表

4.1.2 對原有路面進行修整

對于戈壁料來說，可以采取就地取材的方法，但對于水泥穩定砂礫基層施工作業當中所使用的墊層原材料來說，在取材的過程中，需要對其材料質量予以全面檢查和仔細勘察，結合公路工程的實際情況，對路面墊層施工作業予以全面了解，在對項目內容予以充分核實之后，實現對路基情況的全方位檢查，將路基的墊層、壓實度、標號、寬度以及完成等方面的情況予以詳細的了解，確保公路工程施工作業的平整程度能夠達到規定標準。為了切實的滿足公路工程的質量規定標準，需要在開展水泥砂礫基礎施工作業的過程中，針對尚未達到完成度和壓實度標準的路段來說，還需要采取灑水碾壓等方面的操作方法，嚴格的遵循路面基層施工設計標準，確保在施工環節中所使用的技術、材料能夠符合質量要求。墊層表面的路拱度、寬度以及平整度等方面的內容，對公路施工作業的平整程度具有直接影響，為了實現對此類因素的嚴格管控，需要根據公路工程的實際情況進行全面檢查，并將檢查作業當中所收集到的數據信息作為后續施工作業的基礎依據，為后續施工工序的順利開展提供便利性保障，從而在對公路的平整程度進行修整，保障修整作業的有效性。需要注意的是，在實施路面碾壓操作的過程中，還可以借助相關機械設備，確保路面輔料被完全排除，并以此為基礎標準為后續施工作業的順利開展提供有力支持。

4.2 結合具體的施工要求做好拌和設備的選型

要想確保水泥穩定砂礫基層施工質量得到顯著提升，要充分做好相關設備的選型工作，要選擇高質量的設備，使其具備一定的良好性能，同時在更大程度上提升拌合質量，使其配合比得到有效優化和完善。在實踐的過程中要盡可能有效應用WCB-600 型設備，同時匹配相對應的電子計量裝置，這樣可以為該基層施工質量的提升提供必要保障。

4.3 從根本上做好原材料的質量把控

在該類工程的施工建設過程中，要想確保穩定沙礫基層的施工質量得到提升，在施工材料方面進行嚴格的檢測和把控，這是必要前提。在選擇沙礫的過程中要確保其指標、參數、性能等相關方面都要符合既定要求，同時要進行嚴格細致的篩選，按照規定的尺寸進行過篩。可將天然砂礫按規定篩孔尺寸過篩，同時應用破碎機來有效破碎超大粒徑礫石，然后結合具體的要求，采用規格適宜的分料摻配成混合料。水泥采用硅酸鹽32.5 級散裝緩凝水泥，初凝時間要維持在三小時以上，終凝時間要超過6 小時。在對其辦核之前，要針對性的調整和完善，使其滿足相對應的級配要求，同時每天在拌合之前也要著重做好實驗和完善工作。相關施工人員要進一步實現篩分和試驗，對相關問題進行及時有效的調整和完善，全天的拌和料，要充分結合攤鋪的面積和部分要求，對于檢測頻率要有效控制，及時有效的進行抽檢工作，以此為工程材料質量的提升提供必要的支持。

4.4 對于水泥的劑量要有效控制

在該類工程的施工過程中，要充分考慮到水泥劑量和離散性影響等相關內容，要盡可能比設計值增加1%左右，同時，在具體的拌合過程中，要針對拌合之后的顏色進行全面細致的分析和觀察，避免其出現堵塞不流動等方面的問題。除此之外，也要充分結合具體的頻率，對于水泥的計量進行有效抽檢，每天的工作量要充分結合水泥的要求和劑量的具體情況，進一步明確總需要，以此充分滿足相對應的標準和要求。

4.5 科學攤鋪

在具體的操作過程中，要用兩臺同型號攤鋪機攤鋪，兩臺攤鋪機前后間距5~10m，有針對性的結合放樣情況進行相對應的鋼絲行走，對于攤鋪的速度要有效控制，使其充分維持在1.5~2 米/分鐘，結合拌和站的生產能力和運輸車輛等相關情況進行相對應的運輸管理，確保攤鋪速度得以維持，使其足夠的持續均衡勻速，有效規避停機次數過多導致攤鋪的平整度受到負面影響。攤鋪機就位之前，要針對基層進行清掃工作，使其得到濕潤處理。

4.6 進行科學合理的碾壓

在針對沙礫基層進行碾壓的過程中，所采用的碾壓機械要應用噸位比較大的振動壓路機兩臺，同時匹配一臺膠輪壓路機，兩者進行有效組合，合力碾壓，在具體操作過程中，首先應用振動壓路機，并不開振動進行穩壓一遍，對其速度要充分控制，維持在1.5km/h；然后再振動碾壓二遍，對其速度也要有效控制，維持在2km/h，最后由膠輪壓路機碾壓趕光成活，速度控制在2.5km/h。碾壓長度控制在40~60m 為宜，避免水分散失或者水泥超過終凝時間等相關問題。在碾壓的過程中要貫徹落實先外后內的基本原則，結合先慢后快先輕后重的要求。在縱向碾壓的過程中不能在同一條線上進行壓齊，壓路機要在已經壓實的路面上開啟振動碾壓模式。穩壓和微振前后錯一米，微震和重震錯一半，光面和重震錯一米，水穩砂礫兩側多壓2～3 遍。碾壓工作完畢之后，要嚴格細致的檢測具體的壓實度，如果發現壓實度不能滿足具體要求，要在第一時間進行碾壓補充，以此確保水泥出凝之前完成各項碾壓工作。

4.7 選擇適宜的施工時間

經過系列研究，可以發現溫度是水泥穩定砂礫基層脹縮變形的主要影響因素，隨著溫度的上升，水泥穩定砂礫基層板塊會產生膨脹變形，同時產生溫度應力以及相應的縱向位移，當溫度與基層施工時的溫度差異越大時，產生的應力以及位移就會越大。因此基層施工時需要選擇合適的施工時間，當基層施工溫度較高時，產生的膨脹變形便會較小。對于沙漠戈壁地區的新建道路，應盡量避免在冬季對基層進行施工，由于沙漠戈壁地區日溫差以及年溫差均較大，會導致在夏季基層的溫度與施工時基層的溫度差異較大，在夏季溫度升高時導致路面基層產生較大膨脹變形，容易產生拱脹。在夏季施工的基層，由于其本身溫度高，體積大，可不設置基層脹縫，其余時間進行基層施工時需要根據施工時溫度、基層材料膨脹性能等確定是否設置基層脹縫。

5 結語

從上文的分析中，我們能夠充分看出，在當前的時代背景下，注重做好公路工程的質量管控工作，是關鍵所在，在實踐的過程中要進一步有效落實相對應的公路工程水泥穩定砂礫的施工管理策略進一步明確相關技術要點，并且在實踐的過程中有效落實，在最大程度上有效規避各類干縮或者溫差裂縫等相關方面的問題。在具體的操作過程中，也要充分做好施工材料，施工方法，施工人員的管控工作，有效規避各類問題或者風險因素出現，進而充分確保整體工作工程的質量和性能得到更顯著的增強，進而為我國交通事業的良性發展提供必要的條件。