市政道路施工中水泥穩定碎石基層施工技術

郝曉瑞

（太原市政建設集團有限公司， 山西 太原 030000）

隨著社會經濟的發展， 道路交通狀況呈現出車流量多、 車輛重載化的特點， 對道路建設質量提出更高的要求。 水泥穩定碎石基層屬于道路的重要結構， 需要以科學的施工技術完成建設工作， 保證水穩基層有足夠的承載性能。

1 水泥穩定碎石基層施工原理

水泥穩定碎石基層屬于半剛性結構， 級配碎石充當骨架材料， 根據工程建設要求摻入適量凝膠材料， 材料混合后局部存在空隙， 用砂漿填充至密實狀態[1]。 水泥穩定碎石混合料制備完成后， 安排攤鋪、 壓實， 借助外力作用促進混合料的固結， 使成型的水穩基層在平整性、 密實性各方面均達到要求。水泥穩定碎石基層建成后頗具穩定性， 隨時間的推移， 在車輛荷載及其它外部因素的作用下， 混合料進一步密實， 成型的水穩基層具有更高的強度， 如圖1 所示。

圖1 水泥穩定碎石基層施工流程

2 水泥穩定碎石基層施工技術的應用優勢

1） 原材料的選取具有便捷性: 水泥穩定碎石基層施工材料以工程中常見的水泥和碎石料為主， 材料市場供應量大， 便于取用； 2） 強度高: 水穩基層于短時間內凝結成型， 約5 ～7d 后強度提高至2.0MPa； 3） 作業流程精簡: 水泥穩定碎石基層的施工流程清晰明了， 僅需有序完成混合料的拌和、運輸、 攤鋪、 壓實等工作即可， 而得益于工程機械設備的進步， 水穩基層施工可實行機械化作業模式，效率較高， 質量可控性較佳。

3 施工準備

3.1 技術準備

正式施工前， 全面清理底基層的積水和雜物，以防施工期間出現翻漿或其它問題， 經過清理后，底基層的平整度和壓實度均要滿足要求。 在公路改擴建施工中， 緊密結合設計要求， 精準控制路面邊緣的高度， 局部高度不合理時， 參照原底基層厚度做適度的挖掘處理， 再用混凝土加固[2]。 新建工程施工中， 水泥穩定碎石的施工具有重要性， 施工前的測量放樣是重要的技術準備工作， 應落實到位。經過對底基層的清理后， 按照設計要求測放道路的中線、 邊線和標準高度， 進行培植路肩作業。 為強化施工的可控性， 每隔10m設一處施工標準高度標志， 局部路段的施工條件特殊時， 對標準高度標志做加密處理。 經過測量放樣后， 施工人員以測放結果為參考， 于指定范圍內施工。

3.2 原材料的準備

水泥穩定碎石施工效果易受到原材料質量的影響， 因此加強對原材料的質量控制具有必要性。 采購人員嚴格依據標準采購水泥、 碎石、 粉煤灰等原材料， 材料供應商需滿足資質要求， 材料必須通過檢驗。 其中， 水泥以硅酸鹽水泥為宜， 凝固時間控制在3 ～6h； 砂石可選擇小塊同時堅硬的碎石， 粒徑不超過3cm， 壓實度不大于30%， 雜物含量需得到控制； 粉煤灰， 優先選擇顆粒狀、 未結塊的粉煤灰， 不可摻雜影響材料性能的雜物。 施工人員在采購原材料時應結合施工要求， 并在施工位置對至少兩天的使用量進行準備。

4 水泥穩定碎石基層施工技術的應用

4.1 工程概況

某市政道路工程全長61.2km， 主干道非機動車道的基層為18 ＋30cm水泥穩定碎石， 主干道及次干道為36 ＋18cm水泥穩定碎石， 支路為32 ＋18cm水泥穩定碎石。 主線路面包含砂礫墊層、 級配碎石基層、 水穩碎石基層、 瀝青面層。

4.2 原材料的取用及配合比的設計

加強原材料質量控制， 每批次材料進場時抽樣檢測、 留樣備查， 任何不達標的材料均不可入場；注重材料管理， 進場后分類堆放到位， 根據材料特性采取防雨、 防曬等防護措施， 例如以加蓋防水彩條布和防雨棚的方法防護細集料， 各類石料隔倉處理，設置標識牌。 原材料的取用和配合比設計， 如下。

4.2.1 碎石

根據 37.5 -19、 19 -9.5、 9.5 -4.75、 4.75mm以下四種粒徑規格篩選級配碎石； 碎石針片狀含量不超過20%， 壓碎值不超過30%； 集料的粒徑小于0.6mm時做液限和塑性指數試驗， 同時滿足液限＜28%、 塑性指數＜9 的要求時方可投入使用。

4.2.2 配合比設計

1） 取集料進行篩分， 結合表1 數據計算， 確定集料的規格及各自的用量， 如表1 所示。

表1 水泥碎石混合料中集料的顆粒組成

2） 按4.0%、 4.5%、 5.0%、 5.5%的劑量選用水泥， 分組制備混合料， 檢驗不同水泥含量時混合料的質量， 對比分析后確定適宜的水泥用量。 試驗方法采用重型擊實法， 著重考慮最佳含水量和最大干密度兩項指標。

3） 水泥穩定碎石基層易產生裂縫， 為避免此問題， 可以從材料控制的角度著手: 以不影響混合料的強度和正常施工為前提， 減少水泥的用量， 適當控制粉料和細集料的用量； 動態控制含水量， 隨施工環境的變化做靈活的調整。

經分析， 確定如下用量要求: 水泥劑量不超過5.5%； 含水量不超過最佳含水量的1%； 0.075mm以下顆粒的含量不超過5%。

4.3 混合料的拌和

4.3.1 拌和設備的配套

綜合考慮車輛運輸能力和現場攤鋪能力， 選擇生產性能滿足工程要求的拌和設備。 水泥穩定碎石基層施工宜采取強制式拌和設備， 拌和能力不低于60t/h， 為精準控制原材料的用量， 要求拌和設備帶有電子計量裝置。 啟用前安排調試， 檢驗電子計量裝置的精度， 同時保證拌和設備的運行穩定性。

4.3.2 水泥用量

水泥穩定碎石混合料的強度易受到水泥用量的影響， 實際水泥用量比試驗確定的設計值增加0.3%～0.5%， 根據實際施工狀況動態調整。

4.3.3 含水量

混合料的含水量偏低時， 壓實難度增加， 成型效果差； 含水量偏高時， 局部有彈簧現象， 表面經過壓實后產生明顯輪跡， 影響表觀質量， 嚴重時產生干縮裂縫， 水穩基層的完整性受到影響。 水穩基層攤鋪在石灰穩定土基層上， 底基層具有吸水作用，導致攤鋪混合料的含水量降低， 為彌補該部分水分損失， 實際用水量略高于設計值1.5% ～2.5%， 且在攤鋪前以灑水的方法潤濕石灰穩定土層。

4.4 混合料的運輸

混合料拌和站僅有一處， 部分施工路段的混合料運距較遠， 為滿足現場攤鋪施工的用料需求， 用12 ～15t大噸位自卸車將混合料運輸至現場[3]。 車輛裝料后覆蓋篷布， 避免混合料溫度異常降低的同時防止混合料受到污染。 根據混合料隨拌隨用的原則，出料至攤鋪的時間不超過2h， 否則不宜投入使用。

4.5 混合料的攤鋪

攤鋪采用ABC系列攤鋪機全幅攤鋪的方法， 松鋪系數根據試驗結果而定， 以1.28 ～1.35 較為合適。 水泥穩定碎石基層攤鋪的作業要點， 如下: 1）攤鋪前， 每10m設一處斷面， 各斷面設4 個控制點，檢測基層底標高， 對不合格的部位進行處理。 待底基層的標高達標后， 灑水潤濕。

1） 根據攤鋪計劃， 安排攤鋪機就位， 校驗鋼絲繩的標高； 2） 配套材料輸送器和螺旋輸送器， 相較于攤鋪寬度， 螺旋輸送器的寬度略小50cm， 過窄易導致兩側邊緣部位的攤鋪料量不足， 攤鋪后的密實性有限， 過寬將導致混合料浪費。 必要時， 由專員用微型夯實設備處理邊部50cm的區域， 保證邊緣部分混合料的穩定性。 在全幅攤鋪的方式下， 輸送至邊緣部位的混合料可能離析， 若確實存在此現象，需及時換填； 3） 兩臺窄幅攤鋪機呈梯級形攤鋪， 運行速度保持穩定， 前后距離始終在特定的控制區間內。 兩次攤鋪的結合部位需保濕， 以便兩層水泥穩定碎石的穩定結合， 為取得良好的層間結合效果，在第一層上均勻灑澆水泥稀漿； 4） 由于施工分段、材料供應中斷或機械設備等原因而需設置作業縫時，加強對接縫部位的質量控制。 下次攤鋪前， 挖除基層端部2 ～3m， 用切割機切割后產生順直的斷面，清理雜物， 向接縫部位灑水泥漿， 此舉有利于新舊混合料的穩定結合。

4.6 混合料的碾壓

1） 攤鋪后安排碾壓， 單段作業長度20 ～50m。作業段不宜過短或過長， 原因在于: 過短時相鄰碾壓段的結合部位由于壓實作用程度的不同而產生波浪狀， 表觀質量差； 過長時混合料表面的水分易散失， 不利于壓實作業的順利進行， 壓實效果偏離設計要求； 2） 提前選取具有代表性的路段組織試驗，根據試驗結果確定碾壓機械設備的配置方式和具體碾壓方案， 為正式碾壓打下良好基礎[4]。 按照 “光輪靜壓-穩壓-膠輪穩壓-膠輪提漿穩壓” 的流程有序作業， 穩壓不少于2 遍， 振壓不少于4 遍， 膠輪提漿不少于2 遍。 為避免混合料粘輪， 壓實時適當噴水； 3） 從內側開始碾壓， 逐步向外側推進。 碾壓遵循先穩定、 后振動的原則， 相鄰兩端接頭部位以45°階梯形錯輪碾壓， 使連接部位具有嚴密性。 壓路機勻速運行， 禁止在已壓實或正處于壓實階段的路段調頭或急剎車。

5 水泥穩定碎石基層裂縫的成因、 預防及處治措施

5.1 水泥穩定碎石基層裂縫的成因

1） 在水泥類型及其它各項條件均相同的前提下， 小于0.075mm的顆粒增加時， 水穩基層的收縮愈發明顯。 粒料塑性指數增加時， 水泥混合料的干縮應變現象愈發明顯； 2） 隨水泥劑量的增加， 混合料梁式試件的干縮應變呈減小的變化趨勢， 待減小至某特定值后變化規律發生轉變， 水泥劑量增加時干縮應變增加。 根據干縮應變的階段性變化特征可知， 整個過程中存在某個干縮應變最小的節點， 其對應的水泥劑量則為最佳用量； 3） 環境溫差在±10℃以內時， 收縮量雖然存在變化但幅度較小， 環境溫度超過10℃時則具有收縮量增加的變化趨勢；4） 材料劑量一致時， 調整混合料的級配后， 溫度收縮性能有所改變， 相較于懸浮密實型級配混合料，骨架密實型級配混合料的收縮性更小。

5.2 水泥穩定碎石基層裂縫的預防措施

根據水泥穩定碎石基層出現裂縫的關鍵原因，探討預防措施。

1） 以強度達標為基本前提， 適當控制0.075mm以下顆粒的含量和水泥的用量。

2） 加強對混合料含水量的控制， 定期對拌和樓進行加水曲線標定， 保證用水量的準確性； 及時測定原料的含水量， 根據實測結果動態調節混合料的加水量； 關注現場氣候條件對混合料用水量的影響，遇炎熱天氣時， 混合料的水分散失速度較快， 因此裝料后需加蓋帆布， 加強施工協調， 縮短運輸、 攤鋪、 碾壓各階段的間歇時間， 防止混合料的水分過量散失。

3） 按照規范壓實， 水泥穩定碎石基層的碾壓宜采取重型碾壓的作業方法， 在保證壓實效果的同時力爭在較短時間內完成壓實作業。

4） 水泥穩定碎石基層施工期間的環境溫度偏高時， 由于未被瀝青面層及時封閉， 基層內部的水分大量向外蒸發， 首先是表面水分散發， 后續內部水分逐步散發， 迫使基層干燥收縮[5]。 一日內的環境溫度也存在差異， 受晝夜溫差過大的影響， 半剛性基層同時存在干燥收縮和溫度收縮作用， 不利于基層的有效成型。 因此， 加強養生期溫差的控制具有必要性， 調節基層的溫度， 盡可能避免裂縫的產生。

5.3 水泥穩定碎石基層裂縫的處治措施

1） 基層局部產生縱向裂縫或網裂時， 鉆芯取樣， 判斷基層裂縫病害的實際狀況。 若取樣結果顯示芯樣已貫穿水穩基層， 表明基層裂縫的出現與路基不均勻沉降、 路基沉降尚未穩定等方面有關， 根據具體原因安排修復。 存在質量缺陷的基層恢復正常狀態后， 安排下一道工序的施工。

2） 由于非路基因素或輕微橫向裂縫而誘發縱向裂縫時， 用帶肋聚酯玻纖布處理基層頂面的裂縫，經過對裂縫的修補作業后， 安排質量檢查， 若裂縫部位的基層達到完整、 密實、 穩定的狀態后， 方可根據施工計劃進行下一道工序的施工。

6 結語

綜上所述， 水泥穩定碎石基層在提升市政道路整體承載性能、 改善車輛通行條件、 保障道路結構的耐久性、 增加經濟效益等方面均有突出作用， 為順利建設水泥穩定碎石基層， 施工單位需把握施工原理， 合理選材， 將制備的優質混合料用于攤鋪，隨后采取壓實、 養護措施， 保證基層的有效成型，并在施工期間采取裂縫預防措施。