公路路面基層水泥穩定碎石基層技術要點

袁勛

（安徽水利開發有限公司， 安徽 蚌埠 233010）

現代公路工程中， 水泥穩定碎石基層憑借建設成本低廉、 穩定性強、 使用壽命長的優勢， 逐漸取代了原有路面基層形式， 提高了工程建設質量與綜合效益。 與此同時， 水泥穩定碎石基層也存在溫濕度變化敏感等局限性， 在施工期間受到錯誤操作行為影響， 可能會產生裂縫等質量通病， 進而影響路面的使用性能， 降低其耐久性。 因此， 要保證路面結構的整體性和安全性， 就需要加大對水泥穩定碎石基層施工技術的研究， 從而建設高規格的公路工程。

1 公路路面水泥穩定碎石基層技術概述

1.1 技術原理

水泥穩定碎石基層簡稱為水穩層， 提前在工程現場準備水泥固結級配碎石， 將所制備混合料在公路路段中依次開展攤鋪、 碾壓與養護處理， 把級配碎石作為骨料， 在骨料空隙內填充適量灰漿或其他種類膠凝材料， 基于嵌擠原理來形成基層結構， 隨著時間推移而持續提高強度與壓實度， 最終形成具備良好抗凍性、 抗滲性與較高強度的板結體， 具有表面堅實、 遇水不泥濘的優點。

1.2 技術特點

相比于其他公路路面基層技術， 水泥穩定碎石基層技術具有穩定性強、 抗疲勞性強的特點， 這也是水穩層技術應用價值的主要體現。 第一， 穩定性強， 水穩層憑借碎石間嵌擠鎖結狀態來維持穩定性與保持強度水準， 正常情況下7d 無側限抗壓強度達到1.5 ～4.0MPa區間， 明顯高于其他種類路面基層，因而在承受較重上部荷載時仍可保持結構穩固狀態，不易出現基層變形等質量通病。 第二， 抗疲勞性，水穩層中所使用的水泥、 集料等原材料均具備良好物理力學性能， 在水穩層使用期間， 可以有效控制路用性能下滑速度， 在全壽命周期內始終保持良好路況， 不易因過度疲勞而頻繁出現裂縫質量通病[1]。

1.3 質量影響因素

根據實際施工情況， 在公路路面基層施工期間，影響水泥穩定碎石基層質量的影響因素多， 如果在原材料、 現場施工操作、 配合比、 養護齡期等， 某一環節出現問題， 都會對水穩層成型質量造成明顯的影響。 例如， 從水泥穩定碎石基層強度角度來看，影響因素包括水泥劑量、 級配、 壓實度， 與含水率等因素， 如在級配與齡期時間完全相同情況下， 水泥劑量與無側限抗壓強度保持正比關系， 如果水泥劑量偏少， 會明顯降低無側限抗壓強度。 從裂縫形成角度來看， 如果所制備混合料含水量不達標， 在路面基層攤鋪、 碾壓與養護期間， 隨著時間推移，基層空隙中所含水分持續蒸騰逸散， 在含水量低于一定標準后出現干燥收縮現象， 含水量越低， 則干燥收縮程度越嚴重， 最終形成反射裂縫。

2 公路路面水泥穩定碎石基層施工要點

2.1 施工前期準備

為保證公路路面水泥穩定碎石基層施工作業得以順利開展， 施工過程與作業質量不受其他因素影響， 需要在正式施工前做好設備選型就位、 下承層準備、 測量放樣、 原材料選材等方面的準備工作：1） 在設備選型就位方面， 根據公路工程施工要求來選擇攤鋪機與壓路機型號， 將設備轉運入場、 停放在指定位置， 并對設備規格型號、 外觀質量進行檢查， 開展調試運行試驗來判斷設備工況穩定與否。例如， 對水穩層攤鋪均勻度、 平整度有嚴格要求，并要求一次性完成攤鋪作業時， 可選擇配備DT1800等型號攤鋪機； 2） 在下承層準備方面， 檢查下承層表面的平整度、 潔凈度是否達標， 清理表面灰塵雜物， 對缺陷部位進行修補處理， 驗收通過后在下承層表面淋灑適量水分或噴涂水泥漿， 以此來保持下承層濕潤狀態， 強化層間粘結效果； 3） 在測量放樣方面， 測量人員參照施工圖紙， 在現場測量基層邊緣線位置并打入標示樁， 將放樁位置與邊緣線間距控制在0.4m左右、 相鄰樁體間距控制在10.0m左右， 并采取鋼絲引導方式來彈放高程控制線， 在曲線路段與直線路段中分別把相鄰鋼絲支架間距控制在5m和10m， 以及在后續水穩層施工期間重復多次開展復核作業[2]； 4） 在原材料選材方面， 根據工程情況來明確各類原材料的性能指標要求。 例如， 對于水泥材料， 需要選用終凝時間在5 ～8h 左右、 標號不小于32.5、 水化熱較小的水泥， 正常情況下選用42.5 標號普通硅酸鹽水泥即可。 對于集料， 可選用粒徑在4.75mm及以上的破碎礫石作為粗集料，選用無風化、 級配良好的細集料。 而對于拌合水，需要選用水質較高的人畜飲用水， 檢測拌合水pH值是否達標， 濾除水體中的固體顆粒等雜質。

2.2 混合料制備與運輸

首先， 在混合料制備環節， 提前檢查原材料質量狀態， 篩除集料中夾雜的腐殖土等雜質， 檢查水泥是否出現潮濕、 結塊問題， 并要求準備的拌合水pH值在4.6 及以上、 含鹽量少于0.005mg/m3。 確定無誤后， 按照初步配合比方案開展試拌作業， 對混合料樣品性能進行檢測， 根據檢測報告來調整配合比方案， 確定原材料最佳用量占比。 隨后， 使用電子計量裝置來稱取水泥、 集料等原材料用量， 以及對原材料含水率進行檢測， 要求原料用量偏差在0.5%以內、 含水率偏差在±0.5%以內。 最后， 根據所選用拌合機種類來確定投料順序與攪拌時間，如在使用強制式拌合機時， 工作人員依次在攪拌倉內投加50%碎石、 砂、 水泥與剩余碎石， 同步加水攪拌， 并把攪拌時間控制在90 ～150s以內， 著重觀察混合料狀態， 確定色澤一致、 混合均勻后， 即可完成攪拌作業， 對混合料性能質量進行檢查， 無誤后將混合料轉運入場， 必須在規定時間內完成水穩層攤鋪碾壓作業[3]。

其次， 在混合料運輸環節， 考慮到混合料狀態會受到溫度、 車輛顛簸等因素影響， 嚴重時出現顆粒離析與含水量過度損失等質量問題。 因此， 需要提前規劃合理的運輸路線， 嚴格把控運輸時間， 并將混合料放置在車廂內密封運輸。 例如， 從含水量損失角度來看， 根據工程現場溫度與風力等級來確定最大運輸時間， 在現場氣溫保持在20℃左右、 風力等級2 ～4 級時， 將混合料覆蓋運輸時長控制在4h內， 將無覆蓋運輸時長控制在1.5h 內。 同時， 待混合料運輸入場后， 對混合料含水量損失程度、 狀態進行檢查， 如果存在含水量過度損失和離析等問題，則將混合料進行重新攪拌。

2.3 攤鋪整平

在水穩層攤鋪環節， 施工人員提前對公路底基層強度、 下承層潔凈狀態、 混合料狀態進行全面檢查， 及時消除質量隱患， 確定無誤后， 再啟動攤鋪機開展基層攤鋪作業。 隨后， 在工程現場配備2 臺或更多臺數攤鋪機， 對前后臺攤鋪機的間距與相對位置進行控制調整， 操縱多臺攤鋪機同步開展攤鋪作業， 把攤鋪速度保持在2.5m/min 左右， 分多次完成全部路段的水穩層攤鋪作業， 把單次攤鋪長度控制在50m左右， 并在相鄰分區交接部位設置攤鋪接縫。 最后， 待水穩層攤鋪完畢后， 施工人員對水泥穩定碎石基層的虛鋪厚度、 有效攤鋪范圍、 預壓實度進行檢查， 對于虛鋪厚度不達標、 漏鋪部位和預壓實度不達標的部位開展人工補鋪作業。

此外， 在水穩層攤鋪期間， 受到料斗混合料數量、 攤鋪方向與速度等因素影響， 可能會出現混合料離析現象， 導致最終成型質量存在不確定性。 例如， 在料斗內混合料數量偏少時， 料斗在攤鋪期間處于收合狀態， 大顆粒混合料朝刮板方向堆積， 最終在攤鋪層中出現窩狀離析問題。 對此， 施工人員需要嚴格控制攤鋪寬度、 攤鋪方向、 料斗閥門放開程度、 料斗裝料量等工藝參數， 并還需觀察攤鋪層中是否存在離析問題， 及時對離析部位進行返工處理。

2.4 碾壓修邊

水穩層碾壓修邊期間要嚴格遵循“先慢后快”、“先內后外” 施工原則， 在工程現場合理選擇水穩層碾壓順序與起始點， 嚴格控制碾壓速度， 在水穩層碾壓一段距離后再適當增加碾壓速度， 禁止施工人員私自調節碾壓速度、 碾壓遍數等工藝參數， 或是采取壓路機中途剎車、 掉頭等違規操作行為。 隨后， 為確保水穩層壓實度達標， 需要分多次開展碾壓作業， 明確各遍碾壓作業的碾壓速度與壓路機型號。 例如， 在初壓步驟， 一般情況下配備雙鋼輪振動壓路機， 把碾壓速度控制在1.5 ～2.0km/h。 最后， 待碾壓完畢后， 對水穩層表面平整度、 壓實度進行檢查， 如果存在平整度偏差超標、 壓實度不達標以及表面殘留車轍等問題， 則額外開展適當遍數的碾壓作業。 例如， 在水穩層表面存在車轍時， 重復開展終壓作業， 直至表面車轍完全消失后， 方可結束碾壓， 完成水穩層碾壓修邊作業。

2.5 覆蓋養護

在覆蓋養護環節， 要求施工人員在水穩層表面覆蓋塑料薄膜或是濕潤麻袋片等材料， 人為營造濕潤、 溫度穩定的養護環境， 水穩層在養護狀態下持續提高強度與固結成型， 需要根據施工要求來確定最短養護時間， 正常情況下把養護時間控制在7d 以上， 并在養護期間定期在表面淋灑水分， 始終保持水穩層表面濕潤狀態。 同時， 還需要在特殊情況下采取防護措施， 如在炎熱夏季采取遮陽措施， 在寒冷冬季采取防凍措施， 避免水穩層受到外部氣溫影響出現開裂、 體積膨脹變形等質量通病。

3 公路路面水泥穩定碎石基層施工質控措施

3.1 試驗段施工

在現代公路工程中， 水泥穩定碎石基層工藝流程復雜， 該環節質量標準嚴格， 如果工藝參數設定不當， 將會明顯影響水穩層成型的質量與路面路用性能。 因此， 為優化施工技術方案， 提前發現并處理工藝缺陷， 需要在工程現場選擇一處代表性路段作為試驗段， 按照施工技術方案開展試驗段施工作業， 以此來總結施工經驗、 論證施工技術方案是否具備可行性與現場實操條件。 隨后， 在試驗段施工完畢后， 對水穩層壓實度、 芯樣強度、 芯樣厚度與完整性、 彎沉值與平整度進行全面檢測， 深入分析各處質量缺陷的形成原因， 在其基礎上采取改進措施。 例如， 在試驗段水穩層壓實度不達標時， 可以增加碾壓遍數、 調整碾壓速度、 更換其他規格型號壓路機， 并在水穩層碾壓期間同步向表面淋灑適量水分， 以此來解決水穩層表面發白、 石子跳動等問題。

3.2 基層路用性能試驗

在路面水泥穩定碎石基層施工完畢后， 要求施工單位對路用性能進行全面檢測[4]， 對比檢測結果與施工標準， 以此來判斷水穩層成型質量是否達標，從中發現質量隱患并組織開展返工作業， 避免在后續影響到公路路況與交通安全。 一般情況下， 需要在基層路用性能檢測環節設立無側限抗壓強度、 抗析強度與抗壓回彈模量等試驗項目。 例如， 在抗析強度試驗項目中， 提前準備三組試件， 分別保持為完全連續狀態、 半連續狀態和光滑狀態， 將養生齡期設定為90d， 根據試件尺寸、 跨距與破壞極限荷載等已掌握信息來計算各組試件的彎拉強度， 對比試驗結果與施工標準， 判斷水穩層抗析強度是否達標[5]。

3.3 原材料質控

為減小材料因素對水穩層施工質量乃至公路結構性能造成的影響， 施工單位需要提前對所準備各種類原材料的性能質量進行全面檢查， 退回劣質材料。 例如， 對于水泥材料， 將水泥細度、 凝結時間、抗壓強度、 抗析強度與安定性等作為檢測內容， 如檢測水泥細度是否小于10%、 水泥初凝時間是否超過45min， 水泥在3d 和28d 齡期時的抗析強度是否超過2.5MPa與5.5MPa。 而對于粗集料， 以粒徑值、壓碎值、 針片狀含量與含泥量等作為檢測內容， 如檢測粗集料壓碎值是否在30%以內、 針片狀含量是否在20%以內、 含泥量是否小于1%。

3.4 路面成型質量變異控制

根據路面成型質量檢測結果來看， 在水泥穩定碎石基層施工期間， 受多方面因素影響， 在碾壓環節偶爾出現成型質量變異問題， 包括壓實度變異、厚度變異和平整度變異等， 施工單位需要了解各類參數變異問題的形成原因， 并在施工方案中采取相應防治處理措施。 例如， 針對壓實度變異問題， 要求施工人員在水穩層整形結束后操控18t三輪壓路機在全寬范圍內繼續開展碾壓作業， 將重疊寬度控制在1/2 輪寬左右， 按照從內到外順序完成超高路段水穩層碾壓作業， 以及按照從兩側至中間順序完成平曲線路段和直線路段的水穩層碾壓作業。 針對厚度變異問題， 需要采取準確計算松鋪系數、 調整松鋪厚度、 優化碾壓參數的防控措施， 并在水穩層壓實厚度較大情況下采取分層攤鋪、 分層碾壓方式[6]。

4 結語

公路建設當中， 路面水泥穩定碎石基層是重要的核心部分， 公路的質量好不好， 路面水泥穩定碎石基層是決定性的因素。 要想公路能長期的保持穩定性和耐久性， 路面水泥穩定基層工程建設的好壞是關鍵。 因此， 施工單位必須提高對水泥穩定碎石基層施工技術的重視程度， 全面掌握技術操作要點，嚴格把控混合料制備、 攤鋪整平、 碾壓修邊等施工環節作業質量， 并采取試驗段施工、 路用性能試驗、原材料質控、 成型質量變異控制等質控措施， 為水泥穩定碎石基層施工質量提供保證。