高速公路水泥稳定碎石基层施工技术分析

李建学

新疆北新路桥集团股份有限公司

高速公路水泥稳定碎石基层施工技术分析

李建学

新疆北新路桥集团股份有限公司

作为直接承受面层所传递的车轮垂直力并将其扩散至垫层或土基的路面结构，公路基层不仅要有良好的强度、刚度、耐久性以及扩散应力的能力，同时还可承受地下水与路面渗水的侵蚀，表现出足够的水稳性。水泥稳定碎石基层作为我国高速公路现阶段最主要的结构形式，其综合性能良好，不仅具有良好的水稳性、抗冻性、整体性以承载性，同时还表现出施工简单、成本低廉、早期强度形成快等特点。基于此，本文以高速公路水泥稳定碎石基层为研究对象，以规范施工工艺、提高施工质量为研究目的，以实现高速公路可持续发展为研究意义，就此展开技术性论述。

高速公路；路面基层；水泥稳定碎石；施工技术

1 引言

随着行车数量与交通荷载的日益增加，对我国高速公路路面基层的施工技术与施工质量提出了更高的要求，水泥稳定碎石基层作为一种半刚性路面结构，它的应用对我国高速公路的整体质量得到了本质的改善，进而提高了服务水平与使用寿命。然而受其自身属性与客观因素的影响，水泥稳定碎石基层往往会因温缩与干缩现象导致裂缝发生，对行车质量与行车安全造成不利影响。因此，加强水泥稳定碎石基层施工技术的研究，对于我国高速公路的健康发展具有重要的推动意义。

2 水泥稳定碎石收缩机理分析

2.1 干缩机理

水泥稳定碎石混合料的干燥收缩是由于其内部含水量的变化而引起整体宏观体积收缩的现象。混合料之所以随含水量的减少而发生干缩现象，是因为随着含水量的减少，水泥稳定碎石混合料依次经受了毛细管张力作用、吸附水和分子间力作用及层间水作用。由于水泥稳定碎石混合料均为多孔结构的材料，水以各种形式存在于其内部：有结构水（结晶水与层间水等）、表面吸附水（结合水）、毛细管水（材料内部颗粒之间孔隙、胶结物与各种矿物团粒内部的孔隙间的毛细管水）。这些水的蒸发会引起材料宏观上的干燥收缩，故此影响其内部水蒸发的因素无疑也是影响整体材料干燥收缩的主要因素。

2.2 温缩机理

水泥稳定类材料均是混合物。它们的基本组成是固相、孔隙水（严格地说，为某种浓度的电解质溶液）、孔隙以及气体。其中，固相部分是由组成空间骨架结构的各种矿料和水泥水化形成的胶结物组成；液相部分则包括固相表面的各类吸附水和结晶层间水、内部的结构水与孔隙水三个方面；气相部分存在于各类孔隙的空间。这三相必然具有不同的热胀冷缩性，且其中组成固相的不同矿物，结晶和非结晶体也应该具有相异的热胀冷缩性。因此，当温度发生变化时，不同热胀冷缩性的固相颗粒由于相互嵌挤胶结而必然产生内应力，具体体现为固相颗粒之间的相互牵制和相互约束。所以材料的热胀冷缩性应该是有液相、气相影响的固相的综合效应。由于混合料中的大部分孔隙贯通，因此可忽略不计气相在综合效应中的影响。

3 水泥稳定碎石基层施工技术分析

3.1 材料选择

（1）水泥。基于水泥稳定碎石抗温缩与抗干缩性能的考虑，水泥宜选用p.032.5普通硅酸盐水泥，其初凝时间应≥3h，终凝时间应≥6h（一般6～10h），且用量控制在5～6%之间，严禁使用早强、变质、快硬水泥。以7d浸水无侧限抗压强度3～5MPa为控制，当32.5水泥采用设计计量无法达到强度要求时，可考虑采用42.5水泥。

（2）集料。高速或一级公路采用水泥稳定碎石施工路面基层时，其集料最大粒径应≤31.5mm，具体颗粒组成见下表1：

表1 水泥稳定碎石集料颗粒组成范围

a.粗集料。粗集料应干燥洁净，强度满足要求，最大粒径不应超过31.5mm，压碎值≤28%，针片状含量≤18%，粒径小于0.075mm的含量≤2.0%，坚固性≤20%。实践证明，粗集料粒径过大会表现出：①拌合、运输、摊铺过程容易出现大小粒料分离现象，难以保证混合料均匀性；②因大粒料失水过快而导致混合料含水量降低，对水解与水化作用造成影响；③混合料整体稳定性较差，粗、细集料间难以板结成为整体，致使基层局部松散、渗水以及强度较低。

b.细集料。最大公称粒径≤4.75mm的细集料砂当量（SE）应≥50%，且粒径不宜过细。由于粒径＜0.5mm的细集料在施工过程中会表现出一定的塑性指数，因此0.075mm以下细集料与黏土过多时会因水泥稳定碎石基层半刚性体干缩应变系数增大而导致裂缝产生的机率提升，进而对基层整体强度造成影响。实践证明，水泥稳定碎石基层配料过程中粒径小于0.075mm的细集料含量应≤5%。

（3）水。一般饮用水皆可直接使用，若为可疑或不明水源时，则需通过试验检测验证其合格性。

3.2 混合料拌合

水泥稳定碎石混合料拌合宜采用集中、连续厂拌的方式，确保配合比、均匀性与稳定性满足要求。拌合过程中各材料在严格遵循试验配比的基础上适当增加水泥计量，但为减少收缩裂缝最多不得超过设计用量的0.5%；为弥补运输、摊铺以及碾压过程中水分的损失，混合料实际拌合含水量应高出最佳含水量0.5～1.0%，且在拌合过程中根据集料实测含水量及时调整实际用水量。拌合完成的混合料应确保色泽一致、搅拌均匀，无花面、灰团或灰条现象。

3.3 混合料摊铺

为确保基层与底基层结合紧密，提高路面基层整体质量，水泥稳定碎石摊铺前应在底基层清扫干净并洒水湿润后均匀撒布一层水泥用量不低于1.0～1.2kg/m2的水泥浆。混合料摊铺宜采用2台摊铺机交叉连续作业，摊铺过程应连续匀速（一般为1.5m/min）前进，无特殊原因中间不得停机，实践证明：混合料离析现象除因集料级配不符合上表1要求外，摊铺机不能平稳、连续作业也是重要原因之一。除此之外，摊铺过程还应控制松铺系数、摊铺厚度以及路拱坡度满足实际要求。

3.4 混合料碾压

混合料碾压应遵循“先慢后快、先轻后重”的基本原则，一般由路段碾压由两侧路肩向中心，超高路段则由内向外碾压，且需重叠轮迹宽度1/2。水泥稳定碎石自拌合自碾压结束，其延迟时间不宜超过2～3h，为避免摊铺完成的混合料因失水过多影响压实效果，上机碾压以20～50m作业长度为宜。一般情况下，初压以胶轮压路机或钢轮压路机碾压1～2遍，控制车速为1.5～1.7m/h；复压以振动压路机碾压2～3遍，控制车速为2.0～2.5m/h；终压则以钢轮压路机碾压至路面不存在明显轮迹为止（一般不少于2遍），控制车速为1.5～1.7m/h，碾压过程中采用核子密度仪快速、实时检测压实度，确保终压完成后压实度不小于98%。需要注意的是：压实过程中压路机不得在碾压面进行掉头与急刹操作。

3.5 混合料养护

为保证水泥稳定碎石水化反应正常进行，碾压完成后应立即实施养护工作（一般不少于7d），常用的养护方法有土工布覆盖洒水法、湿砂养生法与喷洒乳化沥青法，相比之下工布覆盖洒水法具有操作便捷、效率高、成本低、效果较好等应用优势，养护期间应实施交通管制，只允许施工车辆（如洒水车）以均匀分布的方式及小于30km/h的车速行驶。若基层完成后10d内不能及时铺筑面层，则应铺洒沥青封层进行保护。

为防止水泥稳定碎石基层因湿度与温度变化而形成裂缝，需在养护4～5d后沿线纵向切割宽5mm、深50mm的伸缩缝，缝与缝间距20m，切缝完成后利用空压机吹洗干净并用热沥青实施灌缝处理。

4 结语（水泥稳定碎石基层抗压强度分析）

基于以上论述，笔者结合自身经验的应用与专业知识的学习，就水泥稳定碎石基层的抗压强度予以定性分析。

在混合料组成设计、（施工过程）日常监测以及基层验收过程中，各试件的无侧线抗压强度平均值R平按下式进行控制：

式中：Rd→设计抗压强度（MPa）；Za→标准正态分布表中随置信度a（或保证率）而变的系数；Cv→试验结果的偏差系数，以小数计。

由上式可知，施工过程的强度控制除应考虑达到相应的设计抗压强度值外，还需对实测抗压强度应达到的保证率与各实测抗压强度值间的偏差程度进行综合性考虑，而这些因素是对施工单位施工技术与施工水平等综合能力的本质反映。偏差系数越小，说明施工质量波动越小，质量稳定且强度均匀；反之说明施工质量波动越大，质量控制稳定性越差。

[1] JTJ034-2000.公路路面基层施工技术规范[S].

[2] 贺隽.水泥稳定碎石基层施工质量控制[J].交通标准化,2013(16):120～122.

[3] 沈辉,杜银飞,杨兴中,瞿永生.基于水泥稳定碎石混合料的配合比优化设计[J].北方交通,2010(10).

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.069