某高速公路建设施工中的问题成因与防治

刘 超

(东北财经大学 网络教育学院，辽宁 大连 116025)

一、案 例

某公路按四车道高速公路标准建设，限速120千米。路基宽度26米，设计洪水频率为百年一遇。主线汽车荷载等级为公路-1级，路面汽车荷载等级为标准轴载10吨力。主线采用最大纵坡4%，平曲线最小半径为1 000米。全线采用水泥稳定碎石作为路面基层。自2008年二季度，全线陆续开始水泥稳定碎石的铺筑工作。

在2008年第二季度，全线各施工队陆续开始了水泥稳定碎石基层的铺筑工作。在铺筑试验段和开始主线铺筑时，集中出现了水泥稳定碎石离析的问题，主要质量问题表现在以下五个方面:拌制过程中，混合料过于松散，难以凝聚成型;制作无侧限抗压试件时，发现试件孔隙过多;摊铺过程中，部分区域大小骨料分离;碾压时，出现弹簧现象;养护不全面，部分位置暴露，以至表面细颗粒迅速失水干燥，从整体剥离下来。

骨料离析原因:

第一，原材料的级配组成和配合比因素在水泥稳定碎石基层的施工中，一般都采用过筛后的天然碎石。但由于当地资源和就近取材的限制，加上材料堆放和筛网制作不同，各种骨料不可能时刻保持一致，造成筛分料的级配不合理;同时混合料配合比与试验室提供的配合比存在偏差，造成混合料的和易性变差而产生骨料离析。

第二，混合料拌和机上料时，输送带的转动速度较大，倾角不合适，带动粗骨料沿输送带向下滚动堆积，形成骨料粒径不一致，供料不均匀，会产生离析。特别是当拌和机起动或停机时，由于骨料被搅动翻转，粗粒料的惯性大，抛出的力量也大，直接冲撞到拌缸周边，会形成离析。另外，配料计量不准，搅拌时间不够及拌和不彻底，也会出现离析。

第三，混合料拉料车在接料时，不能及时地前后移动接料的位置，使混合料过于集中堆积，发生粗、细料的离析。在运料中，由于路况坑洼不平和运距较远，混合料经过剧烈颠簸而发生粗、细料离析。在卸料时，车厢缓慢地升起、而后车厢门提前打开，造成部分粗粒料首先滚落下来，产生离析。

第四，混合料摊铺机在进料时，由于进料斗处于空载状态，拉料车卸料使粗粒料滚入底部集中，会产生离析。摊铺机作业中，进料斗两侧的翻板经常向中间翻动收料，也使粗料粒滚入底部集中，会产生离析。当拉料车的供料速度不能满足摊铺机的需要，致使摊铺机螺旋分料器的转速时快时慢，不能保证稳定旋转分料，造成大料粒集中在上部或两侧，也会产生离析。

二、水泥稳定碎石离析成因

高速公路水泥稳定碎石基层出现离析现象，如果不及时加以处理，会严重影响到后期的沥青路面施工进度，乃至建成后的工程质量。因此，必须认识到离析现象的严重性，并严格按照施工规范，从选料、拌料、摊铺碾压、养护等环节严格控制。

1.水泥稳定碎石原材料和配合比因素

第一，水泥。水泥的强度、品种、化学成分、细度、凝结时间、水化热和安定性都会影响到水泥稳定碎石的性能。

第二，骨料。包括强度、级配、颗粒形状与表面特征、含泥量及泥块含量、表观密度、吸水率与含水率以及有机质、云母、贝壳、硫化物和硫酸盐含量等。骨料强度不足，将在碾压时发生崩裂，影响整体强度。级配不良，难以形成密实的骨架结构。含泥量过大，会大大降低水泥的胶粘作用。这些因素都会造成混合料离析。

第三，水。水中不溶物、可溶物、氯化物、硫酸盐和硫化物含量增加可能会干扰水泥水化。

第四，配合比。通过试验充分了解各种原材料的各项技术指标，反复试验不同参量的目标配合比来确定最佳配合比。

2.水泥稳定碎石施工工艺和养护因素

第一，拌制、运输和摊铺。履带式连续拌制，应保证各个机械环节的稳定运行。当输送带转速较大、倾角不合适时，粗骨料会沿着输送带向下滚动堆积，形成骨料粒径不一致，供料不均匀，产生离析。特别是当拌和机起动或停机时，由于骨料被搅动翻转，粗粒料的惯性大，抛出的力量也大，直接冲撞到拌缸周边，会形成离析。另外，配料计量不准，搅拌时间不够及拌和不彻底，也会出现离析。运输应考虑搅拌站与摊铺现场的距离，天气等因素，适当增减拌料时的加水量。含水量较大，碾压时会产生弹簧现象。含水量较小，混合料难以碾压成型，水泥的物理、化学反应不全面使结构层强度难以形成，造成离析。在摊铺前，全面检验摊铺机的再搅拌能力，是否可以再次将混合料搅拌均匀。碾压时，少压会使混合料存在过多空隙，影响强度，多压会使已经紧密的混合料出现离析。

第二，施工环境和养护措施。空气湿度小、干燥、温度高、风速大，则水泥稳定碎石水分蒸发快，表面收缩大。在此情况下，若覆盖、洒水等工作不能及时做好，将使新铺筑的水泥稳定碎石基层表面失水后迅速干燥，水泥稳定碎石硬化强度不足以抵抗塑性收缩产生的拉应力，就容易产生离析现象。

三、水泥稳定碎石离析的防治措施

1.施工前的准备工作

(1)原材料

首先必须把好材料关，其次对所进每批材料都必须按规范要求的检测频率进行自检，自检合格后报监理组、业主抽检，经三方检测合格后才组织上料，同时留样备查。材料入库后，必须严格管理料场，做到材料整洁无污染，对石料必须进行隔仓处理，插牌明示，细集料仓要加盖防水彩条布或防雨棚。所用的水泥、石子、砂等材料必须监理工程师批准。未经批准的不允许进场，更不准使用。

第一，水泥。选用终凝时间较长 (宜在6小时以上)的水泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥，它们都可以用于水泥稳定碎石路面基层施工。禁止使用快硬水泥、早强水泥以及其它易受外界影响而变质的水泥。水泥品牌的选用应考虑其质量稳定性、生产数量、运距等各种因素。水泥每次进场前应有合格证书，每200T应对水泥的标号、初凝时间、终凝时间、安定性、细度指标进行检测。

第二，碎石。碎石在整个混合料当中起到骨架的作用，而且它也是主要承受移动荷载的压力的集料。所以对于碎石的选择和检测是十分重要的。由于各种类型的岩石 (软质岩石除外)、圆石或矿渣均可作为轧制碎石的材料，所以对于碎石的压碎值应当进行严格的控制和检查，并满足规范中的要求。除此之外，碎石的含泥量和泥块含量也不可以超过标准 (如表1所示)，这会影响到水泥稳定碎石混合料的结合性能以及后期的压实度。

表1 公路等级与含泥量关系

第三，水。凡饮用水皆可使用，遇到可疑水源，委托有关部门化验鉴定。

(2)配合比组成设计

第一，取工地实际使用的集料，分别进行筛分。按颗粒组成进行计算，确定各种集料的组成比例，同时要求4.75 mm、0.075 mm的通过量接近级配范围的中值。水稳碎石混合料中集料的颗粒组成通过筛孔 (mm)的重量百分率范围(%)。

第二，取工地使用的水泥，按不同水泥剂量分组进行试验。一般水泥剂量按4%、5%、6%、7%四种比例进行试验 (水泥 ∶集料=4.0∶100、5.0 ∶100、6.0 ∶100、7.0 ∶100)。制备不同比例的混合料，用重型击实法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。

第三，为减少基层裂缝，做到三个限制:在满足设计强度的基础上限制水泥用量;在减少含泥量的同时，限制细集料、粉料用量;根据施工时气候条件限制含水量。具体要求水泥剂量不大于5.5%、集料级配中0.075mm以下颗粒含量不大于4%、含水量不超过最佳含水量的1%。

第四，根据确定的最佳含水量，拌制水泥稳定碎石混合料，按要求压实 (重型击实标准98%)。制备混合料试件，在标准条件养护6天，浸水一天后取出，做无侧限抗压强度。

第五，水泥稳定碎石7d浸水无侧限抗压强度代表值应满足基层为3.5—4.0MPa、底基层为2.5—3.0MPa的试验要求，这样既保证足够的强度，也避免因强度过高产生较多反射裂缝。基层与底基层强度差异小，有利于减小接触界面上的剪应力。

第六，取符合强度要求的最佳配合比作为水泥稳定碎石的生产配合比，使用重型击实法求得最佳含水量和最大干密度。

2.施工控制

(1)原材料选取

水泥稳定碎石基层材料主要由粗集料、细集料、水泥等拌和而成，防止不合格材料进场是质量控制的关键。集料是水泥稳定碎石基层的主体，对强度的影响取决于集料本身的性质。集料应坚硬、耐久并具有足够的强度。粗集料应符合规范要求，当大石料较多时，在拌和、运输、摊铺过程中易产生大小料分离现象，碾压成型后易形成“粗集料窝”，对品质不利。因此，在施工过程中，粗集料的最大粒径应控制在31.5mm之内。水泥质量更是关键。施工时应选取初凝时间3h以上，终凝时间较长 (大于6h)、标号较低的水泥，为保证其具有足够的强度，水泥稳定碎石要有足够的时间进行拌和、运输、摊铺和碾压。

(2)水泥剂量控制

在施工过程中，要严格控制好水泥稳定碎石的水泥剂量。水泥剂量太小，水泥稳定碎石强度则不能满足承载力要求;水泥剂量太大时既浪费材料，又会使基层产生裂缝，对面层构成局部破坏。所以在施工过程中，要把水泥用量控制在经济、合理的目标上。这个试验对于控制混合料中结合料的含量是十分重要的，也是控制施工质量的重要指标之一。

(3)含水量控制

我们在施工过程中，采用厂拌法生产水泥稳定碎石混合料。试验检测室配备一名专职试验人员，随时检测混合料的含水量。根据施工组成设计确定的最佳含水量并结合当日的温度、湿度及运距确定混合料的含水量。这样既可以保证混合料的质量，又能保证施工的进度，避免了不必要的返工处理等问题。在炎热的夏季施工，考虑到拌和、运输、摊铺过程中水分的蒸发，可以在拌和时加大水量，水量加大值应由拌和出料时含水量和摊铺碾压含水量进行对比，损失多少补多少。根据施工经验，在夏季上午9点以前和下午5点以后，加水量比最佳含水量增加0.5%—1%左右，在上午9点到下午5点之间，加水量比最佳含水量可增加0.8%—1.5%.在雨季施工期间，由于下雨的影响，砂石料中占有一定水分，因此，在每天拌和前应对砂石料进行含水量测定，加水量应按最佳含水量减去砂石含水量进行控制，在其他季节施工可以不考虑，增加量控制在0.5%以内。

(4)摊铺控制

摊铺时摊铺机保持匀速行驶，速度为3.5m/min。当拌和或运输环节方面出现问题时，摊铺机速度调整为2.5—3.0m/min，以保证不间断作业。安排专人在摊铺机后面进行检查，当局部产生粗集料窝时，辅以人工进行清除并换填。具体应注意以下六点:

第一，在摊铺机就位前必须是下承层清扫干净并且洒水保持湿润，横向接头必须洒水泥浆。

第二，当拌和好的混合料运至现场，应马上按松铺厚度均匀摊铺。开始摊铺前，应将两侧分料器接头处 (约50—60cm宽)离析混合料清除。摊铺中如有离析现象 (尤其两侧边缘)，应用人工进行找补，同时注意含水量大小，及时反馈拌和场进行适当调整。

第三，开始摊铺3—6米长时，应立即检测摊铺面的标高和横坡，不符合设计要求时，应适当调整熨平板高度和横坡直到合格，再进行摊铺。正常施工时，摊铺机每前进10米，检测人员应检测一次摊铺机的标高、横坡。并做好虚铺厚度记录。摊铺面上的泥块及大颗粒的石块应人工拣除。

第四，摊铺过程中要保持摊铺机的速度恒定，应考虑拌和场的生产能力与摊铺速度相匹配，避免中途不必要的停机，摊铺速度在1.0—3.0米/分钟。另外，也要保证摊铺机的夯锤或夯板的震捣频率均匀一致，这些数据均可通过试验段总结出来，一旦得到可靠数据，就要恒定使用，不得随意调整。

第五，摊铺机摊铺混合料时，因故中断然2小时或一天的工作段结束时必须设置横缝，摊铺机应驶离混合料未端。

第六，横接缝的处理方式是将已压密实且高程、平整度符合要求的未端拉成一横向 (与路中心垂直)垂直向下的断面，所有不满足压实度高程和平整度的端部混合料应予以铲除。

(5)压实控制

混合料的压实是一个关键工序，也是保证施工质量的重要手段之一。当含水量大于或略大于最佳含水量时，就可以开始碾压。

第一，采用的压实机具应先轻后重。

第二，碾压速度应先慢后快，一般速度控制在1.5—2.4km/h。

第三，组织压实机具合理的工作路线，直线段一般应先两侧后中间，以便保持路拱;在弯道部分，由低的一侧开始逐渐向高的一侧碾压。相邻两次的轮迹应重迭轮宽的1/3，保证均匀压实而不漏压，对于压不到的边角，应辅以人工或小型机具进行夯实处理。

第四，应经常检查混合料的含水量和密实度，并视需要采取相应调整措施，以达到符合规定压实度的要求。

应特别注意的是，任何机械均不得在已完成的或正在被碾压的路段上调头或急刹车，以免对结构层造成破坏。当局部混合料过干时，可补充部分水分;如局部发生“软弹”现象，应及时人工挖开，换填新的混合料，以保证质量。

(6)养生

水泥稳定碎石的养生是十分重要的一个环节，养生期间的湿度及龄期对水泥稳定碎石的强度影响相当大，在混合料形成初期应进行保湿养生，以保证水泥进行水化反应所需水分。养生期间还应采取封锁交通的处理措施，除洒水车外其它车辆禁止通行，特别严禁重型车辆通行。

基层作为道路结构的主要承重层，在道路各个结构层中具有非常重要的地位，所以基层质量的好坏，对整个道路工程的质量和使用寿命的影响是非常大的，水泥稳定碎石基层施工过程中，离析现象的发生，会降低基层的强度以及整体性，这就要求我们道路施工技术人员增强质量意识，一定要严格控制每一个能够引起混合料离析的环节，严格按照公路基层施工技术规范和设计文件的要求进行施工，避免离析问题的发生，确保基层的施工质量，从而保证道路工程的施工质量。

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