王峰

（廣東省高速公路有限公司，廣東 廣州 510623）

水泥穩(wěn)定類基層具有強(qiáng)度高、板體性和水穩(wěn)定性良好、施工速度快、操作方便、料源豐富等特點(diǎn)，成為高等級(jí)公路的主要基層材料。水泥穩(wěn)定類基層的設(shè)計(jì)厚度較大，可達(dá)36～60 cm。由于施工機(jī)械性能的限制，傳統(tǒng)工藝采取分層攤鋪、分層碾壓成型的施工方式，即先攤鋪下層，碾壓成型，待養(yǎng)生結(jié)束后再攤鋪上層混合料，最后對(duì)上層混合料進(jìn)行碾壓成型和養(yǎng)生。由于采用傳統(tǒng)施工方式的工期較長(zhǎng)，且上下層之間黏結(jié)狀態(tài)較差，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下產(chǎn)生較大應(yīng)力，影響路面結(jié)構(gòu)的耐久性[1-3]。雖然雙層連續(xù)攤鋪施工工藝[4]縮短了間隔時(shí)間，改善了傳統(tǒng)攤鋪工藝的缺點(diǎn)，但是上下層黏結(jié)處仍屬于薄弱面。

大厚度水泥穩(wěn)定類基層的全厚式攤鋪和碾壓成形技術(shù)，可以縮短基層的施工工期，并提高機(jī)械的使用率，將兩次養(yǎng)生合并為一次養(yǎng)生，提高了基層的路用性能。但該技術(shù)也存在下層壓實(shí)度不足、上下層壓實(shí)度不均勻、芯樣底部松散等問題[5-6]。趙偉[7]研究了對(duì)大厚度水泥穩(wěn)定碎石的壓實(shí)特性，發(fā)現(xiàn)激振力越大，振幅越大，頻率越小，則壓實(shí)效果越佳。李選文[8]認(rèn)為大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層的施工存在室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工不匹配的缺陷，導(dǎo)致大厚度水穩(wěn)碎石基層施工工藝不成熟，達(dá)不到施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。田耀剛等人[9-10]通過室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層一次成型的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)增大水泥劑量，降低上下層之間壓實(shí)度差異，可以顯著提高大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層的力學(xué)性能。孟勇軍等人[11-12]對(duì)晉侯高速公路32 cm 厚水泥穩(wěn)定碎石基層一次性攤鋪后壓實(shí)度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果存在較大偏差，建議以整體檢測(cè)為主，分層檢測(cè)為輔的方法進(jìn)行對(duì)比分析。但現(xiàn)在仍缺乏對(duì)大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層的施工工藝、碾壓組合方式，以及施工過程中質(zhì)量控制要點(diǎn)的系統(tǒng)研究。因此，本研究針對(duì)廣東省開陽高速月山連接線改擴(kuò)建工程，采用大厚度攤鋪技術(shù)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行施工，對(duì)比5 種不同碾壓工況的壓實(shí)效果，優(yōu)選出最佳施工工藝，為類似工程的施工提供借鑒。

1 試驗(yàn)段概況

本試驗(yàn)段位于廣東省開陽高速月山連接線，設(shè)計(jì)的基層結(jié)構(gòu)為：基層（36 cm）+底基層（20 cm），基層材料為5%的水泥穩(wěn)定碎石，底基層材料為4%的水泥穩(wěn)定碎石。

為研究大厚度基層攤鋪時(shí)不同攤鋪厚度與機(jī)械設(shè)備型號(hào)之間的最佳適配，總結(jié)施工工藝和質(zhì)量控制要點(diǎn)，在試驗(yàn)段分別進(jìn)行了38、36 cm 兩種大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層的全幅（15 m）一次性鋪筑。

2 技術(shù)準(zhǔn)備

2.1 原材料及混合料設(shè)計(jì)

1）原材料

水泥選用廣東廣信青洲水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5 水泥，集料為井坑石場(chǎng)生產(chǎn)的普通碎石，其各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1～2。

表1 集料的技術(shù)性能Table 1 Technical performance of aggregate

表2 水泥的技術(shù)性能Table 2 Technical performance of cement

2）混合料配合比設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)段中，水泥穩(wěn)定碎石混合料的級(jí)配選用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)。為減少混合料的施工離析，按“S”形進(jìn)行級(jí)配調(diào)整，將4.750、2.360 和0.075 mm 粒徑的通過量，控制在級(jí)配范圍的下限附近，將0.075 mm的通過率控制在3%左右。集料19.000～26.500 mm 碎石、9.500～19.000 mm 碎石、4.750～9.500 mm 碎石和0～4.750 mm 石屑的用量比例為：20∶33∶12∶35。劑量分別為5.0%、5.5%和6.0%的3 種水泥穩(wěn)定碎石混合料試件通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到最終水泥用量為5.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），對(duì)應(yīng)的最大干密度為2.292 g/cm3，最佳含水率為5.4%，強(qiáng)度為6.9 MPa，最大延遲時(shí)間為5 h。

2.2 機(jī)械準(zhǔn)備

選擇合適的施工機(jī)械設(shè)備是確保大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工效果的關(guān)鍵，且一次性攤鋪的水泥穩(wěn)定碎石基層厚度較大。因此，拌合樓產(chǎn)量、攤鋪機(jī)械送料、抗離析性能及壓路機(jī)的有效壓實(shí)深度均為制約施工質(zhì)量的關(guān)鍵。參考其他工程經(jīng)驗(yàn)，本段所配備的主要壓實(shí)施工機(jī)械設(shè)備分別為26、39 t 的單鋼輪壓路機(jī)和30 t 膠輪壓路機(jī)及13 t雙鋼輪壓路機(jī)。

3 施工工藝

大厚度水泥穩(wěn)定碎石混合料的一次性攤鋪施工的基本施工流程與普通水泥穩(wěn)定碎石混合料的施工流程類似。本試驗(yàn)段先攤鋪20 cm 厚的水泥穩(wěn)定碎石混合料底基層，再一次性攤鋪36、38 cm 厚的水泥穩(wěn)定碎石基層，最后分析其施工質(zhì)量。

1）混合料的拌合

水泥穩(wěn)定碎石混合料的攤鋪厚度較大，混合料內(nèi)部水分不易揮發(fā)。如果含水率超過了最佳含水率，則碾壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生推移，影響平整度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生彈簧和起皮現(xiàn)象，水泥漿上浮。如果含水率太小，則不易壓實(shí)，表面易出現(xiàn)離析松散，集料在壓路機(jī)大激振力的作用下被壓碎。因此，混合料的含水率嚴(yán)禁超過最佳含水率。

2）混合料的攤鋪

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，松鋪系數(shù)取為1.4，試驗(yàn)段基層的厚度分別為36、38 cm，對(duì)應(yīng)的松鋪厚度分別為50.4、53.2 cm，均超過了傳統(tǒng)攤鋪機(jī)的攤鋪能力。因此，采用中大機(jī)械公司生產(chǎn)的超大型、抗離析的DT-2100大功率攤鋪機(jī)，該攤鋪機(jī)單邊功率大于150 kw，布料器內(nèi)集料可滿鋪，具有二次攪拌功能，可減少集料離析。

3）混合料的碾壓

碾壓是確保大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪施工質(zhì)量最為關(guān)鍵的工序。由于攤鋪厚度較大，容易出現(xiàn)上層過壓而下層欠壓的現(xiàn)象。過壓將導(dǎo)致上層集料破碎，而欠壓則會(huì)使下層混合料密實(shí)度不足，導(dǎo)致基層性能下降。為探索合理的碾壓機(jī)械組合方式和碾壓工藝，設(shè)計(jì)了5種不同的碾壓工藝，具體見表3。

表3 碾壓工藝Table 3 Rolling technology

4 質(zhì)量檢測(cè)及分析

1）壓實(shí)度

大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層上下層之間的壓實(shí)度差異過大，會(huì)對(duì)路用性能產(chǎn)生不利影響。采用全厚度總體壓實(shí)度檢測(cè)的方式，并不能對(duì)上、下部位的壓實(shí)質(zhì)量做出合理評(píng)價(jià)。因此，現(xiàn)場(chǎng)采取分層檢測(cè)壓實(shí)度的方式。先采用灌砂法，檢測(cè)上層混合料的壓實(shí)度。然后，在原位置開鑿出50 cm×50 cm 的工作面，繼續(xù)測(cè)量下層混合料的壓實(shí)度，工作面如圖1 所示，試驗(yàn)結(jié)果見表4。其中，LK2+490、LK2+480樁號(hào)處的水泥穩(wěn)定碎石基層厚度為38 cm，其余樁號(hào)處的基層厚度為36 cm。

表4 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果Table 4 Test results of compactness

圖1 分層檢測(cè)壓實(shí)度Fig.1 Layered detection of compactness

由表4 可知，①在檢測(cè)的7 種碾壓工藝路段壓實(shí)度檢測(cè)中，除采用工藝四的兩段（樁號(hào)LK2+490、LK2+480）下層壓實(shí)度滿足不小于98%的規(guī)范要求外，其余5段均不滿足規(guī)范要求。其原因是采取工藝一至三的路段施工中39 t的振動(dòng)壓路機(jī)只碾壓了兩遍，較工藝四的路段少碾壓一遍，導(dǎo)致壓實(shí)功不足。②樁號(hào)LK2+540、LK2+510 這兩處，雖然采用了碾壓工藝四和工藝五，但其下層壓實(shí)度僅分別為95.6%、96.4%。其不合格原因主要是施工時(shí)間，該兩路段均在白天施工，而合格的兩段（LK2+490 與LK2+480 處）在凌晨施工。廣東省夏季炎熱，雖然在拌合時(shí)混合料的含水率已在最佳含水率基礎(chǔ)上提高了1%，但由于混合料的運(yùn)輸距離長(zhǎng)達(dá)40 km，且攤鋪機(jī)攤鋪速度慢，攤鋪好的混合料經(jīng)太陽暴曬后，造成了混合料水分大量蒸發(fā)。同時(shí)，高溫也加速了水泥的水化反應(yīng)，導(dǎo)致水泥的初凝時(shí)間降低。碾壓時(shí)，由于含水率的降低，水的潤(rùn)滑作用被減弱，水泥水化也形成了一定強(qiáng)度，這些均導(dǎo)致下層壓實(shí)功不足，下基層沒有被壓實(shí)。③LK2+480、LK2+490樁號(hào)處的設(shè)計(jì)厚度由36 cm 增加到了38 cm，但下層壓實(shí)度仍不滿足規(guī)范要求。因此，在保證最佳含水率的情況下，采用碾壓工藝四（采用39 t振動(dòng)壓路機(jī)，碾壓3 遍）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)38 cm 的大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)的效果。

2）平整度

不同碾壓工藝的路段施工平整度檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 平整度檢測(cè)結(jié)果Table 5 Test results of roughness

由表5 可知，采用碾壓工藝二的平整度較差，其原因是初壓時(shí)采用了26 t振動(dòng)壓路機(jī)，由于厚度較大，采用大噸位壓路機(jī)易產(chǎn)生混合料的推移，導(dǎo)致難以控制平整度。因此，初壓時(shí)應(yīng)采用13 t雙鋼輪壓路機(jī)采用靜壓的方式碾壓，復(fù)壓時(shí)再采用大噸位壓路機(jī)進(jìn)行振壓，可避免混合料的過大推移。初壓采用13 t+26 t壓路機(jī)碾壓時(shí)，應(yīng)遵循先輕后重的傳統(tǒng)碾壓工藝，保證平整度。因此，按照碾壓工藝四，在保證下層壓實(shí)度的前提下，可以保證表面平整度滿足規(guī)范中不大于8 mm的要求。

3）彎沉

不同碾壓工藝路段彎沉的檢測(cè)結(jié)果見表6。

表6 不同碾壓工藝壓實(shí)路段的彎沉Table 6 Deflections of compacted sections with different rolling technology

由表6可知，路表彎沉值隨著水泥穩(wěn)定碎石基層整體壓實(shí)度的提高而減小，上下層之間的壓實(shí)度差異對(duì)路表彎沉也有一定影響，降低壓實(shí)度差異可提高基層的剛度。

4）無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是反映水泥穩(wěn)定碎石混合料承載能力的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)?；鶎羽B(yǎng)生7 d 后，鉆芯取樣，通過測(cè)量所取芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，并觀察基層水泥穩(wěn)定碎石混合料的破碎情況，得到的檢測(cè)結(jié)果見表7。

表7 芯樣檢測(cè)結(jié)果Table 7 Core results

由表7和芯樣形貌可知：①碾壓工藝四的壓實(shí)效果最佳。②保證壓實(shí)度對(duì)施工質(zhì)量非常重要。當(dāng)下層壓實(shí)度低于98%時(shí)，芯樣下層20 cm 范圍內(nèi)，表面會(huì)出現(xiàn)不同程度的開口空隙，且底部0～5 cm內(nèi)出現(xiàn)松散現(xiàn)象。當(dāng)下層壓實(shí)度達(dá)到99%時(shí)，芯樣則整體完好，沒有出現(xiàn)松散、掉渣現(xiàn)象，下層幾乎不存在開口空隙。③芯樣抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，上層抗壓強(qiáng)度均高于下層抗壓強(qiáng)度。

5 結(jié)論

依托廣東省開陽高速月山連接線工程，對(duì)大厚度水泥穩(wěn)定碎石混合料基層的一次性攤鋪施工技術(shù)進(jìn)行了探索，通過對(duì)比不同碾壓組合的施工質(zhì)量，得到結(jié)論為：

1）應(yīng)盡量避免在高溫條件下施工。如無法避免時(shí)，應(yīng)時(shí)刻密切關(guān)注混合料含水率的變化，盡量避免長(zhǎng)時(shí)間暴曬已攤鋪混合料，碾壓長(zhǎng)度宜控制在50 m 左右，同時(shí)灑水車應(yīng)及時(shí)霧化補(bǔ)水，保持其表面濕潤(rùn)。

2）碾壓時(shí)，采用輕型壓路機(jī)初壓后，再選用超大噸位（如39 t）、超大激振力的壓路機(jī)，采取低頻高幅振壓的方式碾壓，以保證下層密實(shí)。膠輪壓路機(jī)與超大激振力壓路機(jī)應(yīng)交替碾壓。超大激振力壓路機(jī)碾壓遍數(shù)宜控制在3遍。可參考碾壓工藝四：初壓使用13t雙鋼輪靜壓1遍；復(fù)壓使用39t單鋼輪振壓+30t膠輪交替碾壓3遍，26t單鋼輪+30 t膠輪交替各碾壓1遍；終壓使用13t雙鋼輪碾壓1遍。

3）檢測(cè)凌晨攤鋪碾壓兩處（LK2+490 與LK2+480）的上、下壓實(shí)度，其均滿足規(guī)范大于98%的要求。表明：將含水率控制在最佳范圍內(nèi)，采用工藝四的碾壓方案，可以滿足一次成型的36 cm 大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層的壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)，保證質(zhì)量符合規(guī)范要求。