抗裂性水泥穩定碎石基層施工技術研究

蘇軍強

（石家莊市公路橋梁建設集團有限公司，石家莊 050000）

1 引言

半剛性基層因其具有良好的承載力、強度和剛度被廣泛應用于我國高速公路和市政道路的基層結構中。在半剛性基層中，水泥穩定碎石基層由于造價低、施工方便等特點被普遍推崇。但水泥穩定碎石基層作為高等級路面的主要承重層，隨著使用時間的增加，十分容易出現開裂，同時在車輛荷載和外界環境的影響下還會引發瀝青路面的反射裂縫。因此，在采用水泥穩定碎石作為道路基層時，往往會采取一定的防開裂措施[1]。目前，我國道路工程中常用的防開裂措施主要有以下幾種方式：首先，增加瀝青面層的厚度；其次，在水泥穩定基層上設置應力吸收層，消除水泥穩定基層開裂引起的內應力，最常用的有效方式是在水泥穩定基層中摻加纖維來提高其抗裂性能。本文主要依托實際項目工程，研究纖維對水泥穩定碎石基層抗裂性能的影響。

2 水泥穩定碎石基層的特點

水泥穩定碎石基層的材料組成主要為水泥、碎石和其他摻入材料。其中，水泥用量占比為3%～6%，碎石占比90%左右。研究表明，過高的水泥用量會加劇基層的收縮開裂，因此，基層施工中往往會對水泥用量進行嚴格控制。目前，對水泥穩定碎石基層開裂主要包括失水開裂與干燥收縮開裂。經驗表明，即使在十分良好的養護措施和環境下，水泥穩定碎石基層仍會產生裂縫，因此，進行必要的基層防裂措施十分必要。

3 工程概況

某公路工程通車運行多年，修筑時采用的路面結構為4 cm AC-13+6 cm AC-20+兩層18 cm水泥穩定砂礫，運行12年以來，道路經歷多次維修養護。在最近一次的道路檢測中通過落錘式彎沉儀發現該道路彎沉整體偏大，鉆芯顯示基層破壞嚴重，道路承載能力已經完全不能滿足當前交通要求。經過交通運輸部門研究后，決定對原路面兩層水泥穩定砂礫進行挖除處理，同時重新攤鋪修筑兩層18 cm厚水泥穩定碎石基層。

4 原材料

4.1 水泥

水泥作為膠凝材料在水穩碎石基層中占據的十分重要的地位。在水化作用下水泥中的硅酸二鈣、硅酸三鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣能夠形成具有膠凝作用的水泥漿，與碎石充分拌和后形成高強度整體。因此，在進行水泥穩定碎石基層材料的選擇時，水泥原材料的質量保證是至關重要的。目前，常用的水泥種類有普通硅酸鹽水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥等。考慮到水穩碎石基層對強度的要求較高且需要長時間保持穩定，綜合對比后選擇普通硅酸鹽水泥作為項目原材料。水泥材料的性能指標檢測結果如表1所示。

表1 水泥材料的性能指標檢測結果

4.2 集料

根據施工組織設計文件表明，本項目為一級公路，一級公路的基層在進行集料選擇時應當保證碎石壓碎值不超過30%。對原路面進行鉆芯取樣，分析基層材料成分可知，原道路基層所采用的碎石集料為砂礫。檢測報告顯示，路面承載能力較差的部分原因是砂礫堅固性不足，粗細集料搭配不合理，在長期車輛荷載作用下基層整體較為松散。因此，在進行碎石選擇時，綜合考慮壓碎值及多方面因素后決定采用石灰巖碎石作為基層原材料，同時為了保證基層碎石級配的合理性，控制碎石的最大粒徑不超過31.5 mm。為保證工程質量，對其性能指標進行檢測，物理力學性能檢測結果見表2。

表2 集料性能指標測試結果

4.3 玄武巖纖維

玄武巖碎石是道路工程中常用的材料，從碎石中提取的玄武巖纖維目前也被廣泛應用在半剛性基層中。在水穩碎石基層中摻入玄武巖纖維后，通過纖維的吸附、約束作用能夠使得基層性能發生改變，從根源上提高基層的抗裂性能。玄武巖纖維質量檢測結果見表3。

表3 玄武巖纖維質量檢測結果

5 抗裂性水泥穩定碎石基層施工關鍵技術

5.1 施工準備

該項目為舊路改造工程，在進行水穩碎石攤鋪前，應當對原道路面層瀝青混合料進行銑刨處理。由于基層承載性能嚴重不足，整體破碎嚴重，應當采用挖掘機對全路段水穩砂礫基層進行挖掘處理。同時，為了保證道路整體施工質量滿足要求，避免出現工程驗收事故，在進行水穩基層正式施工前，根據設計要求進行試驗路段鋪筑，水穩基層工程質量滿足要求后全線施工。

5.2 混合料的拌和

與常規的水泥穩定碎石拌和施工工藝不同，抗裂性水穩碎石基層所采用的混合料中摻加了玄武巖纖維來提高基層性能。因此，在進行混合料制備前，要根據原材料用量配備相應比例的玄武巖纖維[2]。其次，拌和施工的作業設備應滿足工程使用要求，拌和樓生產的混合料粗細集料要均勻分布。此外，在混合料拌和過程中應當精確控制纖維的投放量，保證纖維摻配的合理性。

5.3 混合料的運輸和攤鋪

混合料拌和完畢后，為了保證纖維均勻分布，在進行混合料裝車時，儲料斗要分多次放料，每輛運輸車裝料完畢后要及時覆蓋篷布，避免混合料水分蒸發影響最佳含水率。運輸過程中要迅速及時，應在混合料初凝前運送到施工現場。若運輸時間過長，混合料發生初凝將對攤鋪造成不可挽回的影響。攤鋪作業前，為了提高基層與土路基的黏結性能，應當噴灑適量的水泥漿作為黏結劑。攤鋪開始后，應保證1～2臺運料車等待卸料，不宜過多，保證施工連續性的同時避免混合料等待過程中水分的散失[3]。

5.4 混合料的碾壓和養護

根據規范對水穩碎石基層的壓實度進行驗收，要求終壓后基層壓實度應達到98%方能進行后續面層施工。因此，基層的碾壓工藝是水穩基層施工至關重要的一個環節。本項目根據現場已有的施工設備，首先，采用22 t單鋼輪壓路機對整幅進行靜壓1遍，后續再通過振動壓實模式大幅度提高基層壓實度，達到設計要求的碾壓遍數后通過26 t膠輪壓路機消除基層表的輪跡帶。碾壓作業時，基層表面灑水要與碾壓施工同步進行，保證基層碾壓效果。經檢測壓實度滿足驗收壓實度要求時，及時鋪設土工布并進行灑水養護，水穩基層的強度形成并非一蹴而就，需要一定的養護時間待強度形成方可進行面層施工作業。

6 試驗路段性能檢測

為了驗證摻玄武巖纖維碎石基層抗裂強度是否滿足使用要求，本項目在試驗路段鉆取摻玄武巖纖維基層芯樣和普通水穩基層芯樣進行抗壓、抗彎拉和劈裂強度試驗，具體試驗結果見表4。

表4 強度性能試驗結果

對比7 d、14 d和28 d齡期下纖維碎石基層和普通碎石基層的抗壓強度、劈裂強度和抗彎拉強度，纖維碎石基層在同養護齡期下的強度均大于普通水穩碎石基層，對比28 d齡期條件下的抗壓強度、抗彎拉強度和劈裂強度，摻加纖維后基層強度分別提升了23.07%、8.90%和16.67%，表明纖維碎石基層防裂性能明顯提升。

7 結語

本文依托某公路實際工程，簡要介紹了抗裂性水穩碎石基層施工技術，闡述了水穩基層開裂原因及防裂措施，詳細介紹了抗裂水穩基層施工關鍵技術，通過強度試驗得出以下結論：

1）對比7 d、14 d和28 d齡期下纖維碎石基層和普通碎石基層的抗壓強度、劈裂強度和抗彎拉強度，纖維碎石基層在同養護齡期下的強度普遍大于普通水穩碎石基層。

2）對比28 d齡期條件下的抗壓強度、抗彎拉強度和劈裂強度，摻加纖維后基層強度分別提升了23.07%、8.90%、16.67%，表明纖維碎石基層防裂性能明顯提升。