農村道路工程水泥穩定碎石基層施工技術初探

摘要 文章選取江蘇省睢寧縣三級公路工程為研究對象，通過系統分析碾壓遍數、速度和含水量對基層壓實度的影響，以提升農村道路工程中水泥穩定碎石基層的施工效率與質量。結果表明，含水量控制在5.9%～6.3%范圍內能有效提升壓實度，而碾壓遍數超過10次后，壓實效果不再顯著提升。此外，碾壓速度對壓實度的提升存在最優區間，超過3.5 km/h后效果會出現逆轉。研究結果為農村道路基層施工提供了數據支持和工藝優化建議，對提升道路工程質量具有重要意義。

關鍵詞 水泥穩定碎石；農村道路工程；施工技術；材料配比設計；質量控制

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0161-03

0 引言

農村道路作為連接城鄉、促進農業與農村現代化的重要基礎設施，其建設質量直接關系農村經濟的發展和農民生活水平的提高。在眾多農村道路工程中，水泥穩定碎石基層以其良好的穩定性和經濟性得到廣泛應用[1]。然而，由于農村地區自然條件的多樣性和施工條件的局限性，如何確保水泥穩定碎石基層在不同環境下均能保持優良性能，成為亟待解決的問題之一[2]。現有研究大多集中在材料的力學性能和施工工藝的優化，但對于施工過程中關鍵參數的控制及其對基層性能影響的系統性研究尚顯不足[3]。特別是在多變的自然環境和復雜的地質條件下，如何通過精確控制施工參數提高基層的壓實度和穩定性，對于延長道路使用壽命、降低維護成本具有重要的現實意義[4]。

1 工程概況

1.1 案例介紹

項目位于江蘇省睢寧縣東部的沙集鎮與凌城鎮，沿夏張線建設，按照三級公路標準設計，設計時速為40 km/h。路線全長7.756 km，路基寬度為9 m，路面寬度為7 m。路面結構設計如下：20 cm厚石灰土底基層+20 cm厚水泥穩定碎石基層+瀝青面層。余莊橋和馬莊橋按公路I級標準建造，橋長共計24.44 m，橋面寬度為10 m。工程招標范圍包括路基、路面、橋涵等施工內容。施工范圍從K0+690至K6+370，總長約5 680 m。水泥穩定碎石混合料采用集中拌和方式生產，由鄰近的水穩拌和站供應，平均運輸距離約為800 m。

1.2 施工環境

項目區域的土壤以黏土和砂土為主，地下水位季節性變化顯著，尤其在雨季，這對施工進度和材料性能構成顯著影響。該地區氣候特點為四季分明，夏季潮濕炎熱，冬季干燥寒冷，極端氣候條件對水泥穩定碎石基層的固化和強度發展至關重要。鑒于降水的季節性分布，施工期間需實施有效的排水策略，防止材料受潮和路基沉降。同時，應持續監控天氣預報，靈活調整施工計劃，以適應可能的氣候變化。

1.3 主要問題分析

該工程中，水泥穩定碎石基層施工面臨的關鍵技術挑戰，主要包括土壤多樣性引發的地基穩定性問題、地下水位變化對施工和材料性能的影響，以及極端氣候對基層固化與強度發展的影響。基于現狀，要求施工方案具有足夠的適應性和靈活性，確保施工質量與效率，同時必須設計有效的排水系統以應對雨季帶來的潛在問題[5]。

2 農村道路工程水泥穩定碎石基層施工技術

2.1 原材料及配合比

該工程選用普通硅酸鹽水泥，碎石需機械軋制，并確保其清潔、干燥，同時滿足強度與耐磨要求。碎石顆粒應接近立方體形狀，排除軟質和其他雜質，工程中使用的碎石粒徑分為10～30 mm、5～10 mm、0～5 mm三個等級，按30%、35%、35%的比例混合。混合后的碎石集料經篩分后得到粒度分布數據，詳見表1和圖1所示。為確定混合料的最佳含水率和最大干密度，將碎石集料與水泥混合后進行重型壓實試驗[6]。結果顯示，含水率為5.4%時混合料達到最大干密度2.29 g/m3，水泥摻量為6.0%，此時7 d無側限抗壓強度為5.0 MPa。

2.2 施工準備工作

針對農村道路工程的特性，該工程選用DTU90SC型多功能攤鋪機進行基層攤鋪作業，其具備一次性攤鋪9 m寬、200 mm厚的能力，能夠滿足20 cm水泥穩定碎石基層的施工要求。為確保基層壓實質量，工程還配備了2臺XG6181型單鋼輪全液壓振動壓路機進行壓實工作。

2.3 施工流程及方法

為保障施工質量，在施工區域內按3×3 m間隔設置了若干監測點，用于實時監控混合料的攤鋪均勻性和壓實度。采用攤鋪機進行攤鋪作業，應嚴格控制其速度以保證混合料的連續性和均勻性；專職人員應跟隨攤鋪機，對攤鋪層進行監控，及時處理局部粗集料窩或離析現象，避免基層不均勻或松散[7]。

在碾壓前，應先檢測混合料含水量，調整至略高于最佳含水量（5.4%）以優化壓實效果；再使用壓路機進行分階段碾壓，包括初壓、復壓和終壓，直至壓實度超過98%，確保基層的密實和穩定[8]。碾壓后，對基層進行覆蓋保濕養護，如使用濕布或塑料薄膜，以防止失水過快引起裂縫。

2.4 水泥穩定碎石層壓實度形成機理

（1）靜態壓實

靜態壓實是水泥穩定碎石層施工的核心步驟，通過靜荷載引起的顆粒塑性變形降低孔隙率、增強基層穩定性。在混合料的剪應力接近剪切強度時，顆粒將重新排列從而形成更穩定的結構，目標壓實度為98%，以最佳含水量5.4%實現最大干密度2.29 g/m3。

（2）振動壓實

振動壓實利用壓路機振動輪產生的振擊力促進顆粒緊密排列。振動輪的主動軸與偏心重共同作用產生周期性力，激發顆粒共振，降低內摩擦阻力，促進顆粒移動至穩定位置，以提高壓實效率[9]。在最佳含水量下，該技術能夠顯著提升壓實度，確保材料達到設計要求的最大干密度，對提升道路承載能力和延長使用壽命至關重要。

（3）填充與粒子干涉理論

填充理論和粒子干涉理論指出，顆粒空隙率取決于排列方式和填充策略。理想的集料級配需考慮骨架間隙率與填充比例，確保小顆粒填補大顆粒間的空隙，避免顆粒間干涉[10]。可通過逐級填充策略最大化密實度，增強基層的結構穩定性和承載能力，滿足農村道路工程的質量與耐久性需求。

3 施工壓實度因素分析

3.1 碾壓遍數對水泥穩定碎石壓實度的影響

研究顯示，隨著碾壓遍數的增加，水泥穩定碎石混合料的含水量逐漸降低，壓實度得到相應提高。具體數據表明，碾壓4次時，含水量為6.1%，壓實度為92.6%；碾壓至6次，含水量降至5.9%，壓實度升至97.2%；碾壓至8次，含水量則進一步降低至5.7%，壓實度達到98.9%。當碾壓遍數分別增至10次和12次時，含水量穩定在5.2%～5.3%，壓實度維持在99.5%，而松鋪系數從1.159增至最大值1.289。

初始階段（4～8遍）碾壓遍數的增加導致含水量下降，主要是因為混合料表面水分蒸發，以及水泥水化反應消耗水分。水化反應生成的硅酸鈣水合物和氫氧化鈣填充空隙，能夠提升密實度。松鋪系數的提升反映了隨著壓實度的增加，單位體積內料體質量增大[11]。具體化學方程式如下：

C3S+6H→C3S2H3+CH

C2S+6H→C3S2H3+CH （1）

在碾壓遍數增至10次后，壓實度和松鋪系數趨于穩定，表明混合料已達到最大壓實效果。此時，繼續增加碾壓遍數對壓實效果的提升有限，且過低的含水量可能抑制后續水化反應[12]。因此，確定合適的碾壓遍數對于實現最佳壓實效果和材料性能至關重要。

3.2 碾壓速度對水泥穩定碎石壓實度的影響

通過控制其他施工條件不變，僅改變壓路機的作業速度，研究其對水泥穩定碎石壓實度的影響。使用22 t壓路機，采用一致的碾壓工藝（靜壓-振動壓-靜壓），記錄了不同速度下的壓實效果，如圖2所示。結果表明，速度由1.5 km/h增至2.5 km/h時，壓實度從94.9%增至99.2%；但速度提升至3.5 km/h時，壓實度反而降至97.2%。

粗集料構成結構骨架，而細集料和粉料填充骨架空隙，從而達到密實目的。通過精確的級配設計，可優化混合料的壓實效果，增強基層的穩定性和耐久性，滿足農村道路工程對材料性能的高標準要求[13]。

3.3 含水量對水泥穩定碎石壓實度的影響

在控制原材料級配和碾壓參數恒定的條件下，研究發現含水量的變化對水泥穩定碎石的壓實度和松鋪系數有顯著影響。如圖3所示，當含水量從5.9%逐步增加至6.3%時，壓實度從97.8%提升至99.1%；但含水量繼續增加至6.7%時，壓實度反而下降至97.7%，顯示出先升后降的趨勢。同時，如圖4所示，松鋪系數也隨著含水量的增加先增至1.279，然后在6.7%的含水量時降至1.266。這一結果表明存在一個最佳含水量區間，在此區間內的壓實效果最優。

此外，含水量的調整影響土顆粒間的相互作用力。在較低含水量時，顆粒間的內摩阻力較大，限制了干容重的增加；隨著含水量的增加，水分的潤滑作用降低了內摩阻力，增加了干容重。然而，當含水量超過某一臨界值時，顆粒間的不可壓縮性質導致干容重不再增加，可能還會減少[14]。

根據技術規范和室內擊實試驗，水泥穩定碎石的最優含水量確定為5.5%，此時可達到最大的干密度2.29 g/m3。在實際施工中，建議將含水量控制在5.9%～6.4%范圍內，以確保混合料的壓實度和強度。現場含水量的精確控制對保證施工質量至關重要[15]。

4 結語

該研究對水泥穩定碎石基層施工技術進行了系統的分析與探討，研究結果表明，含水量控制在一定范圍內對優化壓實效果至關重要，而碾壓遍數和速度的合理搭配則有助于實現基層的高效壓實。該研究的發現對于農村道路工程的施工實踐具有重要的指導意義，有助于提高道路工程的整體質量和耐久性，同時也為其他類似環境下的道路建設提供了寶貴參考，對于推動道路施工技術的創新和發展具有促進作用。

參考文獻

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收稿日期：2024-05-19

作者簡介：宋政席（1985—）， 男，本科，工程師，研究方向：道路工程施工技術。