水泥稳定碎石基层施工技术研究

张建英

(张家口路桥建设集团有限公司，河北 张家口 075000)

1 引言

基层作为主要承重层在路面结构中占据着重要作用。受到经济条件和实际国情的影响，半刚性基层是我国城市道路和高速公路的主要选择，其中，水泥稳定碎石基层(以下简称“水稳基层”）由于强度高、使用寿命较长、承载能力好等诸多优点而被广泛应用。水泥稳定碎石混合料是由水泥、集料和水充分拌和后形成的，同时考虑到摊铺后，水稳基层的干缩、温缩效应，在混合料制备时，往往会掺入外掺剂以提高基层的抗裂性能。考虑到水稳基层受温度和湿度影响显著，在其施工中进行质量控制是十分重要的。

2 水稳基层特性

水稳基层强度的形成主要是通过水泥的胶凝作用，水泥的剂量越高，水稳基层强度越高，但水泥剂量高带来的副作用是基层受温度和湿度影响显著，温缩、干缩效应严重。因此，在进行混合料制备时，需要严格控制水泥剂量，既保证水稳基层强度满足要求，又能缓解水稳碎石基层干缩、温缩效应[1]。

3 工程实例

3.1 工程概况

某公路全线长5.8 km，设计采用双向6 车道，路宽50.5 m，通车运行十年以来道路路况整体较好，在旧路检测中通过落锤式弯沉仪发现，该道路整体弯沉值偏大。通过取芯机选取典型位置取样发现芯样整体破损严重，其中，K2+100～K3+500路段芯样基层完全松散。检测结果表明，该道路承载性能已不足以满足当前使用要求。经过相关部门召开专家会后决定对该道路基层进行处理，拟通过水稳基层替代原路面的水稳砂砾基层。

3.2 原材料

3.2.1 水泥

在水泥的选择上，严禁使用早强或高强水泥，早强和高强水泥虽然早期强度较高，但随着使用时间的增长基层开裂会愈来愈严重。本项目以源头把关、质量控制为原则，对比多种水泥性能后选择硅酸盐水泥作为水泥稳定碎石基层原材料。该水泥的物理性能指标检测结果如表1所示。

表1 水泥物理性能指标检测结果

3.2.2 碎石

道路工程中常用碎石主要有玄武岩、花岗岩和石灰岩，考虑到工程成本和材料性能，项目选择石灰岩作为水稳碎石基层原材料。石灰岩碎石性能指标如表2所示。

表2 石灰岩碎石性能指标

3.3 水稳基层施工工艺

3.3.1 施工准备工作

水稳基层施工前，首先应配备相应的挖掘机、铣刨机、水稳摊铺机、压路机、碎石筛分机等施工机械，同时对基层施工所需的设备做好调试工作，该措施主要是考虑到水泥稳定碎石混合料的终凝时间在6 h 左右，需要保证水泥稳定碎石基层施工的连续性，避免施工机械发生故障阻碍施工。机械调试完毕后，对原路面面层进行铣刨处理，然后采用挖掘机将原道路的水稳基层挖除并通过压路机对土基进行压实处理。土基压实度满足要求后开始测量放样工作，设置中桩，然后在土基表面撒布一定量的水泥浆，该措施目的主要是提高土基与底基层的黏结性能。

3.3.2 混合料的拌和与运输

本项目基层结构采用双水稳基层结构，基层结构由36 cm水泥稳定碎石上基层+18 cm 水泥稳定碎石下基层组成。为了保证基层摊铺作业的连续性，混合料的拌和需要采用工厂集中拌和的方式进行，保证拌和站拌和能力不低于500 t/h。每天水泥稳定碎石混合料制备前，应先对拌和厂内储料仓的集料进行含水量检测，按集料的实际含水量计算当天的混合料配合比，以此保证混合料各类材料用量的准确性。混合料拌和过程中，每次向拌和设备中投入原材料时，应当精确计算好用量。各类原材料加入后确保拌和时间，使其能够均匀分布于碎石集料中。水泥稳定碎石混合料拌和完毕后，进行出料时，首先要将拌和机内死角或粘在内壁的混合料充分排出，避免影响后续混合料的级配和含水量。

3.3.3 混合料的运输

水稳碎石混合料装料前，应当对车厢内壁进行清理，将黏结在车厢内壁的混合料铲除。其次，为了避免粗细集料的离析，应当尽可能分多次对混合料装车。装车完毕后，对车厢顶部区域加以覆盖，特别是高温时期，水分散失迅速，若未进行覆盖保护，混合料水分散失严重将会影响后续摊铺及碾压施工。此外，混合料装车时，应保证自卸汽车数量，确保车辆数量能够符合拌和站出料要求[2]。

3.3.4 混合料的摊铺

水泥稳定碎石的摊铺应在取得总监理工程师批准后方可进行作业。施工前，根据放样结果打好导向控制线支架，根据松铺系数计算出来的松铺厚度悬挂厚度控制导线。准备就绪后开始卸料，由于基层厚度小于20 cm，项目采用一次性摊铺方式。

摊铺开始后，首先卸料车停留在摊铺机前约5 m，然后摊铺机缓慢前进抵住自卸汽车，汽车驾驶员接到施工员指令后提升车厢缓慢卸料，卸料过程中车辆挂空挡，由摊铺机抵住前进。

3.3.5 混合料的碾压与养护

水泥稳定碎石的碾压是基层强度形成的重要工序，在水稳碎石的摊铺过程中，应当确保每台摊铺机后紧跟三轮压路机或双钢轮压路机进行碾压，每次碾压时控制碾压段距离在50～80 m，每个碾压段设置明显标识，初压控制速度在1.5～1.7 km/h，后续复压及终压控制在1.8～2.2 km/h。具体施工首先采用钢轮压路机碾压使基层压实度达到90%，再采用振动压路机低频高幅振动碾压，经过检测达到相应压实度要求后，通过胶轮压路机消除水稳基层的轮迹效果。

针对压实度的检验，初压、复压过程中可以采用核子密度仪测量，终压后为了保证测量准确性，应采用灌砂法检测压实度。经检测压实度满足要求后，立即采用土工布覆盖水稳基层。

3.4 水稳基层质量控制措施

本项目为城市道路基层修筑，在材料选择质量控制的基础上，应选用标号不低于42.5 的普通硅酸盐碎石或硅酸盐水泥，避免使用早强或高强水泥，同时水泥进场前对其物理性能和化学成分进行分析，应符合通过GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》的规定。在水泥剂量的控制上，过高的水泥用量虽然能极大地提高水泥稳定碎石的强度和刚性，但剧烈的温缩、干缩效应会引起沥青路面的反射裂缝，而过低的水泥剂量则无法充分保证水稳基层的强度和刚度，因此，混合料拌和前需要进行配合比设计，精确控制水泥用量。在碎石的选择上，粗、细集料应坚硬、耐久、公称最大粒径不得超过31.5 mm，石料的强度等级不小于3 级，混合料中，砂应采用洁净、坚硬、符合规定级配、细度模数在2.5 以上的粗、中砂。

在施工过程中的质量控制上，筑底基层前，应对土基压实度进行检验，压实度、平整度符合要求，报监理审核后方可进行摊铺施工。为了避免混合料离析，水稳基层的摊铺应当采用两台摊铺机梯队作业，同时为了避免施工过程中机械碰撞，两台摊铺机应间隔一定距离，并保证行进速度一致，摊铺厚度一致等。基层压实时，为了防止基层推移和起浪，压路机倒车、转弯过程中应挂低挡缓慢操作，当驾驶速度过快时，可能会拉动基层。此外，碾压作业应当从标高较低的一侧开始碾压，先低后高，最后碾压道路中心区域。

养护是水稳基层强度形成的重要步骤，养护时间内应封闭交通，防止车辆碾压基层导致碎石集料松散。同时，在覆盖土工布的7 d 内，要每日洒水，使基层表面处于潮湿状态。

4 试验路段性能检测

4.1 压实度检测

为了检测碾压作业后路面的最终压实度是否满足规范要求，项目通过灌砂法进行压实度检测，压实度检测结果见表3。

表3 水泥稳定碎石压实度检测结果

根据检测结果可知，行车道基层、底基层压实度和非机动车道基层压实度最小值分别为98.1%、97.1%和97.2%，均满足规范对水稳碎石基层压实度的要求。

4.2 强度检测

水稳基层养护完毕后，在进行面层施工前，为了检测水泥稳定碎石强度是否符合要求，针对K2+100～K3+500 路段随机选取桩号进行钻芯取样，对芯样进行7 d 抗压强度检测，芯样抗压强度试验结果见表4。

表4 水稳基层强度试验结果

对芯样进行7 d 抗压强度检测，抽取芯样抗压强度最小值为3.55 MPa，满足规范要求的3.5 MPa 要求。

5 结语

水稳定基层是我国高速公路和城市道路主要选用的基层类型之一，由于水稳基层的干缩、温缩特性，对其进行质量控制是十分必要的。本文结合某公路工程实例，简要介绍了水稳基层的特性，通过项目实例对水稳基层施工技术和质量控制措施进行了详细阐述，通过强度检测和压实度检测得出以下结论：

1）对压实完毕的水稳基层进行灌砂法试验，行车道基层、底基层压实度和非机动车道基层压实度最小值分别为98.1%、97.1%和97.2%，均满足规范对水稳基层压实度的要求。

2）通过7 d 抗压强度检测可知，抽取芯样抗压强度最小值为3.55 MPa，满足规范3.5 MPa 的要求。