寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工質量控制研究

曹樹鑫,謝天勝,于歆晨,袁 飛

（葛洲壩集團交通投資有限公司,湖北 武漢 430030）

0 引言

隨著高速公路施工機械設備的創(chuàng)新應用，近年來，大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪技術越來越廣泛地被采用。雖然與之相適應的大功率機械設備已研發(fā)成功并投入使用，但大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪工藝目前仍不成熟，該文結合該技術在工程項目中的應用，淺談寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工質量控制重難點。

1 水穩(wěn)基層寬幅大厚度攤鋪施工技術簡介

1.1 技術研究背景

我國的高等級公路普遍采用半剛性基層路面結構形式。水穩(wěn)基層位于路面面層和路基之間，承擔路面荷載并傳遞應力。在水穩(wěn)基層瀝青路面中，基層是主要的承重層，基層的強度和質量對整個路面的強度、耐久性具有重要影響。目前，我國水穩(wěn)基層施工的主要方式是并機分層攤鋪。在高等級公路路面結構中，水穩(wěn)層的總厚度通常為30～60 cm，實際施工過程中一般分為二至三層進行并機攤鋪。在施工過程中，這種工藝存在以下不足之處：

（1）分層攤鋪，基層整體性差。

（2）分層施工，需要分層養(yǎng)護，由于養(yǎng)護過程中水分的揮發(fā)，易造成基層質量隱患。

（3）分層施工工藝復雜、繁瑣，施工時間長，施工效率較低。

（4）并機梯次攤鋪搭接帶處會出現豎向離析，影響路面施工質量。

針對水穩(wěn)基層傳統(tǒng)分層施工中存在的問題，采用寬幅大厚度一次攤鋪成型基層，通過對施工各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化，從而解決寬幅大厚度施工過程中的離析、平整度控制、壓實度控制等技術難題，不僅可以提高施工效率，加快工程進度、降低施工成本，而且可以改善路面結構，提高水穩(wěn)基層整體受力，避免了并機搭接處的離析現象，從而增加路面耐久性，延長使用壽命，提高服務能力。

1.2 適用范圍

水穩(wěn)基層寬幅大厚度攤鋪施工技術，一般用于高等級公路路面水穩(wěn)基層設計厚度大于20 cm 的路面工程項目[1]。

1.3 關鍵技術簡介

采用將大型攤鋪機螺旋加大和熨平板加長的方法，進行寬幅大厚度攤鋪作業(yè)對以往2～3 層并機攤鋪完成的水穩(wěn)基層進行一次性攤鋪成型，從而提高基層整體性。

另外需配備32 t 以上振動壓路機進行整平碾壓，確保攤鋪基層的厚度、壓實度、平整度等指標滿足設計和規(guī)范要求。

1.4 施工工藝簡介

該施工技術與傳統(tǒng)水穩(wěn)基層多層并機攤鋪施工工藝相比，需增加培土模工藝，其他工藝與傳統(tǒng)做法相似，主要包括拌合—運輸—攤鋪—碾壓—養(yǎng)生等環(huán)節(jié)，具體如圖1 所示。

圖1 工藝流程

2 寬幅大厚度水穩(wěn)基層施工質量控制重難點

2.1 離析控制

由于現實情況中，拌合站與施工現場有一定的距離，且各地區(qū)每日氣溫隨時間不斷變化，早晚氣溫較低，中午氣溫較高，導致混合料含水率較難控制，進而會導致混合料容易產生離析現象；其次大厚度水穩(wěn)基層攤鋪，由于攤鋪厚度較大，混合料經過螺旋布料器布料攤鋪后產生的粗細集料集中現象較薄層攤鋪更加明顯；另外，由于寬幅大厚度攤鋪施工，碾壓設備功率更高，高功率的振動碾壓，會增加粗細集料的分離，從而更容易產生基層表面離析現象。因此，如何有效地控制離析現象，也是寬幅大厚度水穩(wěn)基層施工質量控制的難點。

2.2 壓實度

壓實度作為水穩(wěn)基層實測項目的關鍵指標，是水穩(wěn)基層施工的重難點，在基層碾壓過程中，壓實度隨著層厚的增加，從壓路機傳遞到基層的荷載壓力逐漸減少。如碾壓設備功率達不到要求，必然導致基層底部出現松散、欠壓等情況，所以大厚度攤鋪，基層壓實厚度較大，必須保證碾壓設備的功率達到要求以及碾壓機械組合的合理性，該項往往成為施工質量控制重難點。

2.3 平整度

采用寬幅大厚度攤鋪水穩(wěn)基層，由于虛鋪厚度較大，平整度較難控制，另外，含水量控制不好，含水量過大，易產生彈簧、波浪的現象，碾壓時造成高低不平。

3 寬幅大厚度水穩(wěn)基層施工質量控制措施

3.1 離析控制措施

3.1.1 混合料的配合比控制

（1）水泥摻量。在水泥摻量分別為3%、3.5%、4%、4.5%、5%的條件下，采用振動壓實法確定各混合料的最佳含水量和最大干密度。根據最佳含水率和計算出的干密度制作試件，進行相應的強度和模量試驗，并根據試驗結果選擇合適的水泥摻量，如圖2 所示。

圖2 振動擊實曲線

（2）生產、驗證配合比：

①繪制水泥劑量含量的標定曲線，根據礦石級配、水泥類型、標準水泥用量，以及加減1%、加減2%五個點繪制乙二胺四乙酸標準曲線。

②為了保證實際生產的混合料級配與目標級配吻合，要求在拌合現場試驗取樣。做法為：在拌合站，各檔集料分別通過輸送上料皮帶，上料穩(wěn)定后停機，試驗人員在上料皮帶上取1 m 范圍的全部礦料進行水洗篩分；根據各檔料的篩分結果確定混合料級配，按照原材料情況進行摻配，從而確定各檔集料的比例。

③按照各檔集料的比例，調節(jié)拌合機各料倉的進料速度，對相應的稱量裝置進行設定。

④按照設定好的拌合參數進行第一階段的試生產，過程中不添加水泥等結合料和水，然后等輸送上料穩(wěn)定后停機，在上料皮帶上取1 m 范圍內的所有混合料進行篩分，驗證級配是否符合設計要求，如不滿足，應進一步調整施工參數，直到合格為止。這階段工作應做好相關記錄，作為材料配合比設計報告中的一部分內容。

⑤在第一階段試生產試驗完成后，進行第二階段試驗。根據第一階段確定的各項施工參數輸送各檔礦料，先按照標準劑量加入水和水泥，再按標準劑量±1%的劑量加入水和水泥。取樣后分別進行含水率、水泥摻量、振動壓實試驗和7 d 無側限抗壓強度試驗。

⑥在生產、驗證配合比確定過程中，拌合站機械工程師和操作員應在試驗工程師的配合下對配料機的秤量系統(tǒng)、拌合速率、水泥輸料器，按π 型分布的規(guī)律進行調試→試拌→檢測→調試，反復循環(huán)調試，直至級配、水泥劑量、含水量、集料均勻性滿足要求，調試時間一般不少于15 d。

⑦通過測定含水量，確定水流量計的合理設定范圍；通過測定水泥劑量，確定混合料拌合時摻加水泥的相關技術參數；針對標準級配，通過振動擊實試驗，確定當水泥劑量、含水量發(fā)生變化時混合料最大干密度的變化情況，為工程質量檢驗提供參考；通過抗壓強度試驗，確定材料的實際強度等級和攪拌過程的變化等級，為工程質量控制和評價提供參考材料。

⑧為減少基層裂縫，應特別注意以下兩點:在滿足設計要求的前提下盡可能限制水泥的用量；當合成級配滿足設計和規(guī)范要求時，限制細骨料的使用量。

通過此過程對混合料配比的優(yōu)化，能夠明顯減少混合料離析的產生。

3.1.2 集料鏟料控制

由于鏟料過程中，上部粗集料會滾落到下部，因此裝載機不能從料堆的下部直接鏟料，而要用裝載機對料堆滾落的粗集料進行重新拌合后再鏟料，避免因原材料的變異性造成混合料的級配變化，這樣在施工過程中將會有效減少離析現象的發(fā)生。

3.1.3 運輸控制

一般采用自卸汽車運輸，為了避免混合料在裝載和運輸過程中產生離析現象，采用分三次呈“品”字形裝載的方法，如圖3 所示。該方法通過第一次在汽車前部、第二次靠近汽車尾部、第三次在汽車中部裝料的方式，避免裝料過程中粗集料的過度滾動造成離析。此外，對運輸便道進行整平處理，減少運輸顛簸，以進一步減少離析。在施工過程中，根據實際情況制定施工組織計劃，并計算出適宜的運輸車輛數量，可以確保攤鋪機前始終有運輸車在等候卸料，水穩(wěn)混合料運輸車的運輸量需要略大于攤鋪機攤鋪量，從而使攤鋪機能夠實現無間斷連續(xù)作業(yè)。

圖3 “品”字形裝料示意圖

3.1.4 攤鋪控制

混合料攤鋪過程中保持攤鋪機勻速行駛，攤鋪機攤鋪一車料將完成時，關閉送料器，保證攤鋪機料斗中剩余至少1/2 料斗混合料，暫停行駛，等下一車料倒入后再進行均勻送料和布料。鋪筑過程中始終保持攤鋪機螺旋布料器勻速轉動，同時保證攤鋪機兩側持續(xù)保持有不少于送料器高度2/3 的混合料[2]。

3.2 寬幅大厚度水穩(wěn)基層壓實度控制措施

3.2.1 混合料含水率控制

碎石等原材料放在料倉里經過日曬、雨淋，含水率發(fā)生了一定的變化，在施工前，由試驗室對碎石等原材料重新進行含水率的測定，再根據試驗室配合比準確換算出施工配合比。針對環(huán)境溫度變化，對同車混合料出廠時含水量和攤鋪時含水量檢測，計算出變化關系，保證攤鋪時達到最佳含水率。

3.2.2 控制碾壓速度，增加碾壓遍數

通過對各個碾壓機具不同碾壓速度的研究，繪制碾壓速度與壓實度的關系曲線，根據曲線確定每種碾壓機具的最佳碾壓速度。

碾壓過程一般按照初壓—復壓—終壓進行，初壓一般為靜壓，壓實度的大小主要取決于復壓過程中強振產生的壓實功，根據復壓過程中強振碾壓遍數繪制碾壓遍數與壓實度關系曲線，確定達到要求壓實度的最少碾壓遍數，以此指導施工。

3.2.3 運輸覆蓋，及時碾壓

首先，采用自卸汽車運輸并加蓋篷布以防止雨淋和水分蒸發(fā)，從而保持混合料含水量的穩(wěn)定性。其次，在攤鋪時應盡快進行碾壓，攤鋪20～30 m 后立即進行碾壓。對于直線形橫坡路段，應從外側到內側依次碾壓；對于超高路段，則應從內側向外側路肩依次碾壓，以保證混合料在碾壓時的均勻和穩(wěn)定。此外，在碾壓時，應將碾壓輪橫向錯半輪，防止漏壓或碾壓不均勻。最后，嚴禁壓路機在已完成或正在碾壓的路段上調頭或急剎車，以避免對水穩(wěn)層表面造成擾動。同時，在碾壓過程中應適當噴水，使水穩(wěn)層表面始終濕潤。天氣炎熱時，水穩(wěn)層表面水分蒸發(fā)過大，如表面干燥無法碾壓密實，可使用人工及時翻開并換填新的混合料，使其可碾性達到要求。

3.3 寬幅大厚度水穩(wěn)基層平整度控制措施

3.3.1 底基層平整度的檢測

攤鋪前，需按照規(guī)范要求檢測底基層平整度，底基層平整度必須達到設計及規(guī)范要求，才能進行水穩(wěn)基層的攤鋪，否則必然影響基層平整度。

3.3.2 攤鋪機的調整與運行

攤鋪前，應對攤鋪機熨平板進行精準的調整達到水平狀態(tài)，確保熨平板處于同一平面，經過實踐，一般采用掛線法進行調節(jié)；攤鋪過程中，保持攤鋪速度均勻且連續(xù)進行攤鋪，根據拌合站產能以及運距計算攤鋪機最佳的攤鋪行走速度，并確保攤鋪機前方始終有一定數量的運料車輛在等候卸料，否則攤鋪機停機待料會影響基層攤鋪的平整度。

3.3.3 碾壓作業(yè)

碾壓作業(yè)應在混合料含水量接近最佳含水量時進行，避免含水量過大，產生彈簧、波浪現象。碾壓應本著“先快后慢”“由低到高”的原則，防止出現混合料的推移。每一條壓路機軌跡應與前一條重疊車輪寬度的1/3，以便攤鋪層在每一層的全寬范圍內均勻地壓至所需的壓實程度。壓實后，表面光滑，無車輪痕跡、隆起、裂紋或松散材料，碾壓折返處應成“階梯形”或“圓弧狀”，避免同一段面上的推擠波浪造成不平整。

3.3.4 接縫的處理方法

人工沿著與道路垂直方向將末端含水量合適的混合料處理整齊，緊靠混合料末端放高度合適的方木，方木的高度應與混合料的壓實厚度相同；將緊靠方木的混合料表面處理平整；在重新開始攤鋪混合料之前，需要進行一些準備工作。首先，除去方木，將已壓實成型的接頭做成垂直斷面聯(lián)接，并在接頭處灑水濕潤以加強新舊混合料的黏結。接著，用6 m 直尺控制相鄰接縫高差不大于3 mm，確保橫縫平整、密實相接。在繼續(xù)攤鋪時，應將鋸切時留下的基層料等殘渣清掃干凈，并灑上少量水。攤鋪熨平板從接縫處起步攤鋪，確保混合料的均勻性。最后，碾壓時使用振動壓路機進行橫向壓實，從先鋪基層上跨縫逐漸移向新鋪基層。這樣可以保證混合料的壓實度和穩(wěn)定性，從而提高路面的質量和使用壽命[3]。該施工方法不產生縱向施工縫。

4 結束語

近年來，水穩(wěn)基層寬幅大厚度攤鋪技術已經越來越廣泛地被采用，該技術相比于傳統(tǒng)的水穩(wěn)基層分層并機攤鋪技術，既節(jié)省工期提高施工效率，又能提高基層施工質量，必將成為今后高等級公路水穩(wěn)基層施工的發(fā)展趨勢。但同時，相應的施工標準及質量控制要求也更加嚴格，應通過不斷地實踐應用，持續(xù)開展該技術的質量控制要點及控制措施的研究，使該技術的應用更加成熟，得到更廣泛地推廣。