半干旱地區水穩配合比設計及質量控制分析

馮 銳

（中鐵二十局集團第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151）

0 引言

隴西至漳縣高速公路主線總體走向由東向西，起點位于隴西縣文峰鎮赤山子村東側，設置文峰樞紐與連霍高速相接，終點設置漳縣立交與S209相接，路線全長30.599km。連接線設置黃家門樞紐立交與本項目主線相接，終點設置十里鋪樞紐互通與隴渭高速相接，連接線長8.191km。主線設有文峰互通、隴西南互通立交、隴西南服務區、黃家門互通、漳縣互通，連接線設有十里鋪互通，主線與連接線相交于黃家門互通。本文以甘肅地區隴西至漳縣高速公路路面工程水泥穩定碎石基層施工為例，探討半干旱地區半剛性水泥穩定碎石混合料的配制及施工的質量控制。

1 隴西至漳縣高速公路項目區氣候

項目區地處內陸，屬大陸性季風氣候區。在甘肅省氣候自然區域劃分屬于隴東、隴西黃土高原溫冷氣候帶[1]。該氣候帶總的氣候特征為春、秋短促，氣溫變化比較劇烈，晝夜溫差大，降水較少，對應的氣候分區為夏熱冬寒半干旱區。隴漳高速公路項目區氣候情況見表1。

表1 隴漳高速公路項目區氣候情況

2 半剛性水泥穩定碎石基層材料設計及優缺點

2.1 半剛性水泥穩定碎石基層材料設計

一般采用水泥、粉煤灰、穩定碎石、砂、石屑等筑路材料形成水泥穩定碎石混合料，作為水泥穩定碎石基層。

水泥穩定碎石混合料的最大干密度和最佳含水率的確定通常采用重型擊實成型法；室內測定7d無側限抗壓強度使用的是靜壓成型試件；但是施工現場一般先采用13T的雙鋼輪壓路機初壓2～3遍，然后使用重型單鋼輪振動壓路機進行振動碾壓4～6遍，其次使用30T膠輪壓路機繼續碾壓2～3遍至密實，最后使用雙鋼輪壓路機碾壓直至消除輪跡為止；傳統的半剛性水泥穩定碎石混合料試驗設計方法與現場碾壓工藝不相符，室內試驗數據對現場施工質量的控制存在較大的偏差[2]。

（1）半剛性材料質量控制指標單一。現行規范對半剛性水泥穩定碎石基層材料的要求相對簡單，除限定原材料性質和混合料強度達到要求外，卻忽視半剛性穩定碎石混合料基層的抗裂和抗疲勞性能。

（2）在規范確定的級配范圍內難以保證抗裂性能和抗疲勞性能。在規范級配范圍內，不同級配混合料的路用性能卻差別很大，雖能滿足強度指標，卻難以保證良好的抗裂性能和抗疲勞性能。

2.2 半剛性水泥穩定碎石基層材料的優缺點

目前，我國高等級公路的基層大多采用半剛性基層，絕大多數半剛性基層采用水泥穩定碎石混合料，其優點在于：板體性強，有較高的承載能力和抗變形能力；良好的抗凍性；能夠利用當地材料。

當然，半剛性基層材料也存在一些不足，主要體現在：由于干縮和溫縮，容易產生裂縫；半剛性基層材料的強度會在干濕和凍融循環反復作用下因疲勞而逐漸衰減；不透水或滲水性差，容易因面層透水造成路面損害；損壞后難以補救。

3 水泥穩定碎石配合比的設計

3.1 原材料和設備的選用

3.1.1 原材料質量

（1）水泥：選用甘肅祁連山水泥有限公司生產的P·O 42.5（緩凝）水泥，終凝時間＞6h且＜10h，初凝時間應＞4h。

（2）集料：集料使用武山磊興砂石料廠生產的花崗巖,集料加工時分為5檔生產，分別為0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19.0mm、19.0～31.5mm五種規格。粗集料質量要求：壓碎值≤26%，針片狀顆粒含量≤15%,0.075mm以下粉塵含量≤1.2%；細集料應潔凈、干燥、無風化、無雜質，有適當的顆粒級配，有機質含量不超過1%，砂當量不小于60%。

3.1.2 設備的選用

（1）振動成型試驗設備。振動成型壓實儀的壓實效果能夠與振動壓路機的壓實效果等效，采用振動成型法制作的試件可以最大化地模擬施工現場的碾壓壓實方式，使室內試驗數據成果與現場施工的各項檢測指標的檢測結果具有可比性，能夠更加精準、有效地把控現場施工質量。

（2）拌和設備。本項目選用山東省濰坊市貝特工程機械有限公司研制的WCZ系列穩定土拌和設備，配置德通智能科技振動攪拌主機，主機型號：DT800ZBT，拌和機的額定產量為800t/h[3]。振動攪拌技術是在雙臥軸攪拌機技術的基礎上設計改造而成的新技術，振動源來自攪拌軸和攪拌葉片，在普通強制攪拌的過程中融合振動源發出振動。

振動攪拌技術能充分彌散細集料，混合料不離析。普通攪拌融合振動攪拌技術可以將混合料中的水泥團、灰團振碎，使細集料均勻分布在混合料中，可有效防止混合料在拌和中發生離析現象。振動攪拌后的細集料對粗集料的裹覆性好，容易壓實。通過振動攪拌技術，水泥發生水化反應更充分，粗集料被水泥水化物和細集料均勻裹覆，相當于在粗集料的表面均勻地裹覆了一層“潤滑劑”，在壓實過程中，骨料間的相互摩擦阻力變小，事半功倍，更容易壓實。

3.2 水泥穩定碎石混合料目標級配

本項目要求水泥穩定碎石混合料的合成目標級配范圍見表2。

表2 水泥穩定碎石混合料的合成目標級配范圍

3.3 不同攪拌工藝下水泥穩定碎石混合料的抗壓強度

3.3.1 靜力攪拌與振動攪拌方式對比

通常使用兩種不同的攪拌方式進行攪拌，即靜力攪拌和振動攪拌，兩種攪拌方式的對比見表3。

表3 靜力攪拌與振動攪拌對比

3.3.2 水泥穩定碎石混合料的抗壓強度對比試驗

分別對拌和樓的各檔集料皮帶秤、水泥及水進行流量標定，并確定流量參數，在拌和機的成品輸送皮帶上分別取樣。試驗方法一：同一水泥劑量下，將水泥劑量設定在3.5%，對7d無側限抗壓強度的試驗結果進行對比分析，繪制折線圖（見圖1）；試驗方法二：調整水泥劑量的大小，在不同水泥劑量下，進行對比分析7d無側限抗壓強度的試驗結果，繪制折線圖（見圖2）。

圖1 水泥劑量3.5%的7d無側限抗壓強度

圖2 不同水泥劑量的7d無側限抗壓強度

結果分析：在同一水泥劑量3.5%下，對7d無側限抗壓強度的試驗結果進行分析，振動攪拌比靜力攪拌無側限抗壓強度高0.6～0.9MPa，平均強度提高21.8%。

在達到水泥穩底碎石基層的圖紙設計要求強度3.5MPa時，振動攪拌水泥劑量為3.4%，靜力攪拌水泥劑量為3.9%，水泥用量可降低12.8%。

4 水泥穩定碎石基層施工質量控制

4.1 水泥穩定碎石基層施工中存在的問題及措施

4.1.1 底基層取芯出現底部松散爛根

主要由兩個原因造成，原因一：上路床的表面干燥存在浮土，攤鋪水泥穩定碎石基層前未進行充分的灑水濕潤，而造成底基層脫水出現下部松散現象；原因二：攤鋪機攪籠兩側前擋板未加裝橡膠擋板，攤鋪機行走時，大骨料滾落下沉[4]。

采取的措施：

（1）攤鋪水泥穩定碎石前對路床進行充分的灑水濕潤，并對路床進行復壓，基層施工前應將底基層頂面清掃干凈后灑水泥凈漿。

（2）攤鋪機攪籠兩側前擋板安裝橡膠擋板，攤鋪時確保橡膠擋板底部距地面高度小于5cm，并不出現大骨料滾落下沉現象；將螺旋布料器降到離地15～20cm，加長螺旋布料器的長度，距離側擋板小于30cm，以盡量減少大粒徑骨料因滾落到底部而出現取芯爛根現象，攤鋪過程中，調節料位器的大小，始終保持螺旋布料器有2/3埋置在水泥穩定碎石混合料中[5]。

4.1.2 底基層取芯出現底部松散爛根集料離析現象控制

對堆放集料的場地進行硬化，澆筑混凝土隔斷墻，搭設封閉的鋼結構大棚，避免揚塵污染集料，并采取科學和合理的排水設置和措施。在運輸卸料堆放過程中保證各檔不同粒徑的集料相互隔開，不得發生串料現象，及時使用挖機翻拌，防止卸料過程中發生大骨料的堆積現象。

加高相鄰料倉之間的隔板高度，以防不同規格的集料在上料過程中發生竄料現象，并在料倉出料口安裝振動器輔助下料，防止料倉堵塞出現下料不連續的問題。

在裝料過程中，運輸車要前后移動，按前、后、中裝料的順序裝料，避免混合料在裝車過程中發生離析現象[6]。

4.1.3 含水率的控制

在試鋪的過程中，后場水泥穩定碎石混合料拌和含水率的微調控制未能及時滿足前場攤鋪碾壓的需求，在終壓未結束時，水泥穩定碎石底基層表面出現松散離析現象，后經過人工篩分細料修補離析、人工補灑水泥漿、噴霧器噴水及水車噴霧灑水等方法，改善了底基層的表觀質量。問題分析：隴西地處西北地區，屬于干旱區，氣候干燥，當日攤鋪時氣溫10℃～22℃，天氣晴朗，東南風3級，混合料水分蒸發較快，在后續的施工中，根據當日的天氣狀況提高混合料的出站含水量，前場技術試驗人員及時反饋現場攤鋪碾壓時的含水量，根據現場情況及時調整含水量的大小，含水率得到了很好控制。

4.2 水泥穩定碎石混合料的拌和施工質量控制技術

水泥穩定碎石混合料拌和施工質量控制技術如下：

（1）對拌和樓各檔集料皮帶秤、水泥及水進行流量標定，確定流量參數；

（2）在上料倉的料斗上部口設置鋼筋網罩，防止超粒徑集料和其他雜物進入拌缸內；

（3）為避免上料時常發生竄料現象，料斗用擋板隔開并將擋板進行加高處理；

（4）在拌和機料斗上安裝振動器，并配備2名工作人員，監管拌和機料斗的下料情況，輔助下料，清除鋼筋網罩上的超粒徑集料和其他雜物，以防出現卡堵或料斗下料緩慢的現象，如果出現問題，應立即通知拌和司機停止生產，進行維修；

（5）拌和現場必須配備試驗人員，按要求的頻率檢查拌和時間、水泥劑量、含水量及篩分試驗，檢測各檔集料的配比是否滿足配比要求，發現偏差及時地進行修正，若偏差較大應立即停止生產，找出原因，不耽誤生產，并做好試驗檢測記錄；

（6）開始拌和前，試驗人員必須在早、中、晚檢測各檔集料的含水率，然后根據最佳含水量，并結合氣溫、濕度、運距以及前場試驗人員反饋的攤鋪碾壓時的混合料含水量的大小是否偏離最佳含水量，確定混合料拌和時的含水量，一般大于最佳含水量值0.5～1.5；

（7）在拌和機的死角得不到充分攪拌的混合料，每天拌和結束后及時將其排除，避免混到混合料中，影響施工質量；

（8）為避免上料時常發生竄料現象，料斗用擋板隔開。

5 結束語

目前，我國高等級公路的基層大多采用半剛性基層，絕大多數半剛性基層采用水泥穩定碎石混合料，具有板體性強，較高的承載能力和抗變形能力；良好的抗凍性及能夠利用當地材料等優點而得到廣泛應用。一般采用水泥、粉煤灰、穩定碎石、砂、石屑等筑路材料形成水泥穩定碎石混合料，以此作為水泥穩定碎石基層。本文以甘肅地區隴西至漳縣高速公路路面工程半剛性水泥穩定碎石基層施工為背景，通過研究不同攪拌方式下，不同因素對水泥穩定碎石混合料性能的影響，系統全面評價水泥穩定碎石混合料的各項性能。對水泥穩定碎石基層施工中存在的底基層取芯出現底部松散爛根、集料離析現象控制、含水率的控制等問題提出解決措施。