水泥穩定碎石基層施工工藝與質量控制在高等級公路施工中的應用研究
——以國道主干線福州繞城公路西北段飛石互通式立體交叉工程為例

周嘉偉

(江蘇鎮江路橋工程有限公司，江蘇 鎮江 212000)

1 工程概述

國道主干線福州繞城公路西北段飛石互通式立體交叉工程位于G15沈海高速公路主線K43+120～K44+240處，并與G104國道相接。立交采用主線上跨A型單喇叭，新建5條匝道、連接線全長3 703.491 m。其中：主線為雙向四車道，長1 120 m，路基寬24.5 m；A匝道為雙向兩車道，長434.978 m，路基寬16.5 m；B匝道為單向單車道，長182.27 m，路基寬10 m；C、D、E匝道為單向單車道，長976.241 m，路基寬9.0 m；連接線480 m，路基寬度17.5 m。主線路面設計結構為15 cm級配碎石下基層+16 cm水泥穩定碎石基層+5.5 cm中粒式改性瀝青混凝土下面層(AC-20C)+4.5 cm中粒式改性瀝青混凝土抗滑表層(AC-16C)。

2 高等級公路水泥穩定碎石基層的技術特征及要求

2.1 高等級公路水泥穩定碎石基層的技術特征

(1)缺點

①水泥穩定碎石基層是由水、膠凝材料和集料混合而成的半剛性材料，脆性大，在收縮過程中，可能發生開裂，導致路面產生反射性裂縫。極少數情況下，還會出現貫穿性裂縫，導致斷板。基層產生裂縫后，通過雨水的滲透及沖刷，導致路基遭受破壞。

②水泥穩定碎石基層的承載能力較為敏感，一旦受到的承載能力超過設計荷載的允許值后，破壞速度會越來越快。

③水泥穩定碎石基層在通車運營后，一旦產生破壞，維修難度相對較大。

表1 主要技術指標

(2)優點

①水泥穩定碎石基層具有良好的強度和剛度，水泥穩定碎石基層屬于一種典型的半剛性材料基層，這一特點是由水泥水化熱作用決定的，其較好的承載能力能夠滿足極重、特重和重交通等多個交通荷載等級的要求。由于水泥穩定碎石基層是直接設置在瀝青路面下的主要承重層，或直接設置在水泥混凝土面板下的結構層，所以基層的承重能力顯得尤為重要。

②水泥穩定碎石基層具有良好的水穩定性，并且同時具有和水泥混凝土相似的特點。雖然水泥穩定碎石的強度會受多種因素的影響，如使用的水泥劑量、含水量、養護條件及原材料中的粉塵含量等，但一般情況下，幾乎不會受到降雨的影響。

③水泥穩定碎石基層具有良好的平整性，而平整度在施工過程中也是比較容易控制的一個指標，因為攤鋪過程多數都是采用攤鋪機來完成。這就大大提升了行車的舒適性，也提高了行車的安全性。

④水泥穩定碎石基層具有良好的整體性、抗滲性和耐沖刷性能，在國家標準《公路路面基層施工技術細則》中針對交通行業高等級公路的水泥穩定級配碎石作出了明確的級配區間要求，原材料的級配控制以及施工過程的壓實度控制，對水泥穩定碎石基層的整體性和抗滲性起到了“雙保險”作用。

2.2 水泥穩定碎石基層的材料要求

作為路面工程施工過程中的關鍵項目，在進行水泥穩定碎石基層施工作業前，原材料質量必須符合國家相應規范和設計的要求。本工程3%水泥水泥穩定碎石路面基層采用項目當地較為成熟的水泥品牌和具有一定規模的采石場。

2.3 水泥穩定碎石基層施工使用的機械設備

本工程項目部安裝了一座WDB600型水穩拌合樓(稱量設備經過標定)，配備了2臺RP953E型水穩攤鋪機、2臺613T型雙鋼輪壓路機、2臺YZ18T型振動壓路機、2臺YZ25型振動壓路機、1臺YL26輪胎式壓路機、10臺ND3310型自卸車、2臺ZL50C型裝載機、1輛灑水車。

（5）孕育處理 分3次孕育，包括球化時的埋包孕育、球化完畢的倒包孕育、澆注時的隨流孕育，總孕育量控制在鐵液重量的0.6%～0.9%。

3 水泥穩定碎石基層施工質量控制

3.1 水泥穩定碎石基層原材料質量控制

(1)水泥的選取

水泥對水泥穩定碎石基層而言是一個非常重要的組成部分，其直接影響水泥穩定碎石基層的最終強度和承載能力。為了滿足本工程水穩攤鋪過程中水泥的凝結時間要求，本工程所用水泥采用初凝時間大于3 h，終凝時間應超過6 h且小于10 h，強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥。除此以外，水泥在使用前還需要根據同批次質保書提供的相關參數進行生產日期核查，并且進行標準稠度用水量、安定性、比表面積、膠砂強度等指標的試驗檢測，合格后方可使用。

(2)粗、細集料的選取

水泥穩定碎石基層中碎石宜采用硬質巖石或礫石加工制作而成的碎石，也可直接使用天然礫石。粗、細集料都要選擇潔凈、干燥、無風化、不含雜質等顆粒。同時基層中碎石的級配選擇最為關鍵，選擇粒徑過大，則各檔集料間的粘結度較差，選擇的粒徑過小，則會導致基層強度不滿足要求且基層表面較為松散。無論是粒徑過大還是粒徑過小，在級配擬合范圍區間曲線時，都難以達到理想曲線。同時，粗集料還應分別進行壓碎值、針片狀顆粒含量、0.075 mm以下粉塵含量、軟石含量等指標的檢測，細集料應對其塑性指數、有機質含量、硫酸鹽含量等指標進行檢測。本工程最終選定C-B-1型為3%水泥穩定級配碎石基層的級配范圍。

(3)水的選取

水在水泥穩定碎石基層中也是比較重要的一個組成部分，并非所有的水都可以被用作水泥穩定碎石基層混合料的拌合，前提是拌合水質需符合現行國家標準《生活飲用水衛生標準》(GB 5749)。若拌合用水非引用水還應進行水質檢驗。本工程用水采用飲用自來水。

3.2 水泥穩定碎石基層混合料配合比的選定

水泥穩定碎石基層混合料配合比包括主要包括目標配合比設計、生產配合比設計、最終施工參數的確定三大部分。進行配合比設計的關鍵目的在于確定水泥劑量、最佳含水率、最大干密度以及容許延遲時間等參數。

表2 水泥穩定級配碎石混合料級配表

圖1 水泥穩定級配碎石基層混合料合成級配篩分曲線圖

在生產配合比設計中，根據目標配合比設計中各檔材料的所需比例，通過試拌和對拌和設備進行生產參數調試，確定合理的生產參數。同時在此基礎上應繪制不少于5個點的混合料劑量標定曲線，還應對水泥穩定碎石混合料進行不同成型時間條件下的混合料強度試驗，繪制相應的延遲時間曲線，并根據設計要求確定容許延遲時間。

最終施工參數的確定需要根據后場各檔集料每天的含水率不同調整各檔料的摻量，還應對每個臺班出場的混合料進行重型擊實試驗，確定結合料劑量的變化、含水率對混合料最大干密度的影響，而不是以生產配合比設計中最大干密度和最佳含水率作為施工的永恒標準。同時還要對混合料制成的試件進行7 d無側限抗壓強度試驗，確定混合料每個臺班實際抗壓強度水平和拌和工藝的變異水平。

最佳含水量對基層壓實度有重要影響，含水量多會造成壓路機粘輪現象，且基層表面不光滑；含水量少，則無法碾壓成型，基層表面松散、泛白。由于外部氣溫相對較高，試驗室內氣相對度較低，溫度差異較大，還應注意前后場的距離和當日風級大小的相互影響，前場的混合料水分散發比較快，同時基層攤鋪過程中還會被底基層吸收一部分的水分，對此，混合料粗粒材料出廠前可以高于最佳含水率0.5%～1%，混合料細粒材料出廠前可以高于最佳含水率1%～2%，同時在施工基層時，底基層還應該進行灑水潤濕。

3.3 水泥穩定級配碎石基層混合料的拌和

本工程采用廠拌法進行拌和，拌合場必須按照標準化指南進行建設，場地道路采用C15混凝土硬化且厚度不小于20 cm，格倉建設高度需滿足2 m且搭設遮雨棚，水泥罐搭設場地應設置在高地，如果拌合站場地地勢低洼，還應設立排水系統或者配備一定數量的抽水泵，以防止雨季積水。

粗、細集料檢測合格進場后應按照不同規格堆放在材料倉內，設置標識牌，上報監理人員同意后，將集料、水泥分別倒入經過標定合格的水穩拌合料稱量裝置中，電控加水，統一拌和。加派試驗檢測人員在場監督檢測混合料出廠時含水率，采用EDTA滴定檢測法對照標準滴定曲線確定水泥劑量。對于本工程中采用的水泥穩定碎石，現場實際使用的水泥劑量比室內試驗確定的劑量多0.5%。

3.4 水泥穩定級配碎石基層混合料的運輸路線

對后場拌和好的混合料要合理安排好運輸路線，考慮到運輸途中水分的蒸發和施工攤鋪的連續性，為保持混合料含水率處于略高于最佳含水率的良好狀態，本工程所用運輸的自卸車統一加蓋篷布保濕，現場組織4名卸料員安排卸料。

3.5 水泥穩定級配碎石基層混合料現場攤鋪

水泥穩定級配碎石是本工程的關鍵節點，其直接影響到整條路面結構層的施工質量，混合料的攤鋪也是水泥穩定碎石基層施工的核心工序。項目投入兩臺徐工牌RP953E型多功能攤鋪機組成梯隊共同施工進行攤鋪作業。在攤鋪過程中前后兩臺攤鋪機軌道重疊25 cm。攤鋪時應注意控制兩臺攤鋪機行進速度均勻一致，攤鋪速度控制在1.5～1.6 m/min之間為宜。要求攤鋪機操作手不得隨意增快或減慢攤鋪速度，并且不得猛烈地加速或猛烈減速，保證兩臺攤鋪機攤鋪厚度一致、橫坡度一致、攤鋪平整度一致、振動幅度一致，兩機攤鋪接縫平整。在攤鋪機前進過程中，兩機縱向直線距離宜保持在5～8 m左右，且兩機距離要保持相對穩定。攤鋪機的螺旋送料攪拌器兩端的混合料高度要保持和送料螺旋同高或稍低，否則應及時停止攤鋪，等混合料輸送充足后再行攤鋪。自卸車應在攤鋪機前10～30 cm處停車，由攤鋪機前頂緊貼汽車后輪，再慢慢起斗卸料。攤鋪機行進時，應始終保持同路線方向行駛，攤鋪機行走時標尺上自然垂落的左右測平傳感器的中心應對準水泥穩定級配碎石左右控制邊線，以便保證攤鋪寬度、厚度準確。

在攤鋪過程中，攤鋪機的螺旋布料器應有三分之二埋入水穩混合料中。攤鋪機兩側的高度傳感器設置好后應安排專人看護，隨時檢查攤鋪高程與基準線高度是否一致，并做好記錄，若發現標高出現偏差應立即糾偏。考慮到水泥穩定碎石是冷料攤鋪且熨平板自重較大，為有效保證攤鋪過程中橫坡的準確性，宜將熨平板的高度調整好適當的反拱。

攤鋪工作進行中應當隨時關注混合料的離析情況，應設專人及時消除粗細集料離析現象。對于粗集料“窩”和粗集料“帶”，應同時撒布細集料，并拌和均勻；對于細集料“窩”，應增補粗集料，并拌和均勻。嚴重離析部位應挖除后采用符合要求的水穩混合料填補。

3.6 水泥穩定級配碎石基層混合料現場碾壓

為了有效保證水泥穩定級配碎石基層施工質量，提升壓實效果，本工程在碾壓時配備了2臺613T型雙鋼輪壓路機、2臺YZ18T型振動壓路機、2臺YZ25型振動壓路機、1臺YL26膠輪壓路機，選擇了如下施工工藝，取得了良好的效果。先用613T雙鋼輪壓路機靜壓1遍，碾壓速度控制在1.5～1.7 km/h之間，再用YZ18T型振動壓路機采用高頻低幅的方法碾壓第2遍，碾壓速度控制在1.5～1.7 km/h之間，再用YZ25型振動壓路機采用高頻低幅的方法碾壓2遍，碾壓速度控制在1.8～2.2 km/h之間，再用YZ25振動壓路機靜壓1遍，最后用1臺YL26膠輪壓路機碾壓揉搓2遍，碾壓完成后，在確保壓實度的前提下，路面表面沒有輪跡。

3.7 水泥穩定級配碎石基層混合料的養生

水泥穩定級配碎石基層碾壓完成并經壓實度檢測合格后，應立即養生。水泥穩定碎石級配碎石基層養生期宜不少于7 d，嚴格意義上來說，基層從攤鋪碾壓完成，到鋪筑上層結構層之前都屬于養生期。7 d是水泥穩定級配碎石基層施工質量控制的一個時間節點，在第7 d需要開展一系列的質量評定檢測，因此，一般情況下，無機結合料穩定材料施工后需要養生7 d，但這并不是意味著，僅需要養生7 d。本工程采用灑水養生聯合土工布覆蓋養生的方法。養生期間封閉交通，灑水車的噴頭采用噴霧式，不得用高壓式噴管，以免破壞基層結構，每天灑水次數視氣候而定，高溫期施工，上、下午各灑2次，養生期間始終保持混合料表面濕潤。

4 結束語

綜上所述，水泥穩定碎石基層是目前最常用的路面結構層之一，本文分析了高等級公路中水泥穩定碎石基層施工工藝與質量控制，分析結果表明水泥穩定碎石基層的施工工藝及質量控制，對工程總體質量具有深遠影響。為保證公路工程質量，延長工程實體的使用壽命，需要嚴格把關原材料質量，同時還需要嚴格控制每一道施工工序質量，不斷提升高等級公路的施工質量，促進我國公路基礎設施建設行穩致遠。