水穩(wěn)基層雙層連鋪施工質(zhì)量關(guān)鍵因素研究

覃林　高山　易超　邵鵬坤

摘要：文章基于來都高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連鋪技術(shù)應(yīng)用，進行室內(nèi)層間抗拉強度試驗、層間剪切試驗以及現(xiàn)場平整度檢測和壓實度檢測，分析水穩(wěn)基層連續(xù)鋪裝層間粘結(jié)狀態(tài)，探討雙層連鋪施工質(zhì)量關(guān)鍵控制因素。研究結(jié)果表明：水穩(wěn)上下基層攤鋪間隔時間對層間粘結(jié)狀態(tài)、平整度和壓實度有一定影響，是雙層連鋪施工質(zhì)量關(guān)鍵控制因素；雙層連鋪工藝能明顯改善層間粘結(jié)狀態(tài)，連續(xù)攤鋪試件的抗剪強度是不連續(xù)攤鋪試件的2.1倍，剪切強度是不連續(xù)攤鋪試件的2.4倍；在上下基層不同鋪裝時間間隔下，上下層縱向平整度差異不大；上基層攤鋪機對上基層橫向平整度影響＜3 mm。

關(guān)鍵詞：道路工程；水穩(wěn)基層；連續(xù)鋪裝；施工質(zhì)量

0引言

半剛性基層具有強度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在高等級公路中得到廣泛應(yīng)用。其中，水泥穩(wěn)定碎石基層以其造價低、施工工藝簡單、早期強度高、養(yǎng)護周期短等特點［1］，在半剛性基層施工中占有重要地位。在各國高等級公路的設(shè)計過程中，水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度都＞30 cm，因此傳統(tǒng)的施工方法是采用分層不連續(xù)攤鋪工藝［2］，即先攤鋪一定厚度的半剛性混合料，經(jīng)過長時間養(yǎng)護后再攤鋪一層。工程實踐表明，這種施工方法不合理：養(yǎng)護周期長；基層容易發(fā)生早期破壞；層與層之間的連接效果弱，影響了路面結(jié)構(gòu)的使用壽命［3］。

目前，許多學(xué)者對水穩(wěn)基層雙層連續(xù)攤鋪進行了深入的研究，但大多集中在水穩(wěn)基層雙層攤鋪的使用壽命和經(jīng)濟性分析上，對高速公路水穩(wěn)基層雙層連續(xù)攤鋪施工質(zhì)量控制的研究較少［4-5］。來都高速公路采用水穩(wěn)基層雙層連鋪鋪筑水穩(wěn)基層，雙層連鋪的工藝為上下基層兩臺攤鋪機連鋪連壓。因此，本文基于來都高速公路水穩(wěn)基層雙層連鋪實體工程，輔以室內(nèi)層間抗拉試驗、層間抗剪試驗以及現(xiàn)場平整度檢測和現(xiàn)場壓實試驗，論證水穩(wěn)基層連續(xù)攤鋪工藝是否能顯著改善層間的粘結(jié)性能，分析施工間隔時間對現(xiàn)場平整度以及壓實度的影響，為來都高速公路水泥穩(wěn)定基層雙層連續(xù)攤鋪施工提供依據(jù)。

1 試驗路工藝及試驗方法

1.1 試驗路施工工藝

在來都高速公路K251+500～K253+000右幅段落，為水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連鋪試驗段，其上下基層厚度為17 cm+16 cm，上下基層攤鋪機重量均為24 t。將試驗段分為3個段落：試驗段1，在K251+500～K252+000段右幅進行上下基層兩臺攤鋪機連續(xù)鋪筑，下基層鋪設(shè)后需要進行壓實工序，上下基層攤鋪時間差為1 h；試驗段2，在K252+000～K252+500段右幅進行連續(xù)攤鋪，攤鋪工藝為采用一臺攤鋪機，在下基層攤鋪完成后攤鋪機后退到下基層開始攤鋪位置鋪筑上基層，上下基層攤鋪時間差為3 h；試驗段3，在K252+5000～K253+000段右幅開展分層鋪筑，下基層鋪設(shè)6 h后鋪上基層。這三段試驗段的上下基層碾壓工藝均一致。[HJ1.5mm]

1.2 層間抗拉強度試驗

試驗芯樣采用巖心鉆孔法，在室內(nèi)制備并成型連續(xù)攤鋪和分層攤鋪的試件，根據(jù)規(guī)范《無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試件制作方法（梁式）》（T 0844-2009），制備梁式試件，試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm。為模擬現(xiàn)場施工情況，考慮到雙層連鋪工藝下的下基層攤鋪后經(jīng)過碾壓成型需要1 h左右，在室內(nèi)制備試件時采用分層成型的方式，上下層厚度均為50 mm，在下層制備完成后間隔1 h制備上層作為雙層連鋪室內(nèi)試件；同時，以下層制備完成后間隔24 h制備上層作為分層鋪筑試件，并以一次成型試件作為對照組。制備過程完成后，用標準固化后的金剛石薄壁空芯對試樣進行鉆孔，巖心通過兩層界面穿透下層；頂面打磨光滑平整，用結(jié)構(gòu)膠粘在圓柱形鋼塊上。當試件達到結(jié)構(gòu)粘接強度時，放置在萬能試驗機上將其拉斷并記錄最大拉力。如下頁圖1所示為抗拉強度試驗示意圖。

1.3 平整度現(xiàn)場試驗

基層平整度檢測包括下基層檢測和上基層檢測。在下基層壓實完成后立即進行下基層平整度檢測，待上基層鋪筑完成后立即在相同位置處檢測平整度。選取3個段落測量縱向平整度，每處連續(xù)測5次并取平均值作為代表值，測試點位為路面中間位置；橫向平整度選取3個斷面，每斷面連續(xù)測4次并取平均值作為代表值，沿著路面橫向測量。

2 結(jié)果與討論

2.1 層間抗拉性能

用式（1）計算界面粘接的抗拉強度。巖心直徑使用游標卡尺測量。在本次試驗中，D=60.0 mm。除去最大值和最小值后的測試結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，雙層不連續(xù)鋪裝試件的抗拉強度非常弱，層間結(jié)合力幾乎為0，雙層連續(xù)鋪裝試件的抗拉強度是不連續(xù)鋪裝試件的2.1倍，說明連續(xù)鋪裝與不連續(xù)鋪裝相比，能有效改善層與層之間的粘結(jié)狀態(tài)。連續(xù)鋪裝試件的抗拉強度較對照組為47.5%，說明連續(xù)鋪裝雖然能顯著改善層間的結(jié)合狀態(tài)，但與理想的結(jié)合狀態(tài)（完全連續(xù)）仍有較大差距。

2.2 層間剪切特性

現(xiàn)場鉆芯，在室內(nèi)進行分層和連續(xù)鋪筑試樣剪切試驗。剔除最大值和最小值后，取剩余數(shù)據(jù)的平均值作為抗剪強度值。測試結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，不連續(xù)攤鋪試樣的抗剪強度很弱，層間粘結(jié)力幾乎為0。連續(xù)攤鋪試件的抗剪強度是間斷攤鋪的3.49倍，表明連續(xù)攤鋪比間斷攤鋪更能有效改善層間粘結(jié)狀態(tài)。

2.3 平整度

各試驗段縱向和橫向平整度的測試結(jié)果見圖2和圖3。《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》（JTG F80/1-2017）中對高速公路水穩(wěn)基層平整度的規(guī)定值為8 mm。由圖2和圖3可知，采用荷載為240 kN的攤鋪機進行上基層鋪筑時，上下兩層的縱向和橫向平整度均滿足要求。不同鋪裝工藝對上下兩層的縱向平整度影響不大。為更深入地分析不同鋪筑工藝以及上基層鋪筑時間間隔對平整度的影響，計算各平整度測試段落的平均值和變異系數(shù)，將其匯總于表3。

從表3可得出以下結(jié)論：

不同的鋪筑方式，對上基層縱向平整度影響較小，但對上基層橫向平整度有一定的影響。注意到試驗段1上基層縱向平整度變異系數(shù)較大，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要為采用的是連鋪連壓施工方式，由于不同段落碾壓完成時間有差別，導(dǎo)致下基層在未完全凝結(jié)受到上基層攤鋪設(shè)備擾動時有一些變異，但整體而言影響較小。

根據(jù)以上分析，為保證水泥穩(wěn)定基層雙層連續(xù)鋪筑的平整度滿足要求，上基層攤鋪機在新鋪設(shè)的下基層上行駛時，應(yīng)禁止緊急啟動、緊急制動。攤鋪機應(yīng)盡量保持較低的速度，以防止履帶與下基層之間的縱向力造成鋪設(shè)的地基橫向移動。同時，應(yīng)對發(fā)生擾動的區(qū)域進行人工補充水穩(wěn)混合料，并在有擾動的位置用小型壓實設(shè)備進行再壓實。

2.4 上下基層攤鋪間隔時間對平整度的影響

為分析上下基層攤鋪間隔時間對平整度的影響，以上下基層攤鋪間隔時間為橫坐標，以上下基層平整度差為縱坐標，繪制坐標圖，見圖4。由圖4可知：

（1）對于縱向平整度而言，攤鋪時間間隔對上下基層平整度差影響較小，表明不同的攤鋪時間間隔對路面縱向平整度未有明顯影響。

（2）對于橫向平整度而言，攤鋪時間間隔對上下基層橫向平整度差有明顯影響，且隨著間隔時間的增加有增大趨勢，表明攤鋪時間間隔時間越長，上基層橫向平整度越差。但總體而言，上基層攤鋪機對橫向平整度的影響可控制在＜3 mm。

（3）從圖4可以發(fā)現(xiàn)，上下基層攤鋪時間差值在1 h時，上下基層無論是橫向平整度差值還是縱向平整度差值均較小。因此，在下基層攤鋪后，上基層的最佳攤鋪時間為＜1 h。

2.5 上下基層攤鋪間隔時間對壓實度的影響

由現(xiàn)場壓實試驗結(jié)果，繪制不同上下基層攤鋪時間間隔與壓實度的關(guān)系曲線，見圖5。由圖5可知：

隨著間隔時間增加，上基層壓實度變化較小，均在97%～100%，無太大波動，而下基層壓實度有明顯變化，表現(xiàn)為隨著間隔時間增加而減小。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因為水泥具有一定的潤滑作用，在1 h內(nèi)攤鋪上基層時，下基層水泥未達到初凝時間，上基層的碾壓工藝一定程度上增加了下基層的壓實度；當間隔時間為3 h，碾壓上基層時，下基層水泥已經(jīng)達到初凝時間，上基層的碾壓作用對下基層有一定的擾動作用，因而影響了壓實度的提高；當間隔時間為6 h時，下基層水泥已經(jīng)達到終凝時間，而上基層的碾壓可能會對其有一定的破壞作用。

2.6 最佳間隔時間的確定

從以上的研究可以得出結(jié)論：隨著間隔時間的增加，上下基層的橫向平整度差值和下層的壓實度越來越差，下層的固結(jié)度和層間的結(jié)合狀態(tài)不斷惡化。下層的均勻性、上層的密實性和層與層之間的狀態(tài)是雙層連續(xù)鋪裝技術(shù)最關(guān)注的3個方面。因此，為了保障雙層連續(xù)鋪裝基層的施工質(zhì)量和基層之間的結(jié)合狀態(tài)，建議上層鋪裝的最佳時間為下層鋪裝后的1 h內(nèi)。此時，上層的平整度擾動最小，上層的穩(wěn)固性作用較理想，同時保證了層間的結(jié)合。因此，在施工組織時，應(yīng)在下層鋪裝水穩(wěn)基層后盡快進行上層鋪裝，既能保證施工質(zhì)量，又能保證層間粘結(jié)良好。

3 結(jié)語

（1）通過室內(nèi)層間性能試驗，證明雙層連續(xù)鋪裝技術(shù)能顯著改善層間的粘結(jié)狀態(tài)，但與理想狀態(tài)（全連續(xù)）仍有差距。連續(xù)攤鋪的抗拉強度是間斷攤鋪的2.1倍，抗剪強度是間接攤鋪的2.4倍。

（2）通過平整度現(xiàn)場檢測結(jié)果分析，間隔時間對縱向平整度影響不大，但隨著鋪設(shè)間隔時間的增加，上下層橫向平整度差逐漸增大。基于檢測結(jié)果，提出了平整度擾動控制措施。

（3）分析了上下基層攤鋪間隔時間對平整度和壓實度的影響，提出了雙層連續(xù)攤鋪的最佳間隔時間，建議上層鋪筑的最佳時間為下層鋪筑后的1 h內(nèi)。

參考文獻：

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［2］安 平，高俊啟，盛余祥，等.基于基層大厚度和雙層面層一體攤鋪的基面連鋪技術(shù)［J］.公路與汽運，2021（5）：59-61，64.

［3］楊 武.水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連續(xù)攤鋪施工工藝及質(zhì)量控制［J］.交通世界，2020（7）：22-23，49.

［4］胡 濤.水穩(wěn)碎石底基層雙層連鋪技術(shù)在潮濕多雨地區(qū)的應(yīng)用［J］.智能城市，2020，6（10）：222-223.

［5］許軍朝.水泥穩(wěn)定碎石雙層連鋪施工工藝［J］.交通世界，2016（33）：8-9，11.

作者簡介：覃 林（1974—），高級工程師，主要從事公路工程建設(shè)管理研究工作。