大厚度水稳基层在六威高速公路路面工程中的应用研究

徐国栋 刘斌清 叶超强 李勇

摘要：文章对六威高速公路路面采用大厚度水稳一次摊铺成型施工工艺进行应用研究，设计骨架密实型大厚度水稳级配，通过7 d无侧限抗压强度确定合理的水泥剂量，采用振动成型确定的最大干密度对控制现场压实度更加可靠，并配备了大功率抗离析摊铺机和大吨位压路机，对原材料进行质量把控。研究结果表明，大厚度水稳结构层上部和下部压实度和无侧限抗压强度均合格，上部压实度和无侧限抗压强度均略大于下部。

關键词：大厚度水稳;一次摊铺成型;骨架密实;压实;7 d无侧限抗压强度

This article conducts the application research on the construction process of largethickness waterstable onetime paving molding on Liuwei Expressway pavement，and designs the skeleton dense largethickness waterstable grading，determines the reasonable cement dosage by 7day unconfined compressive strength，and the maximum dry density determined by vibration molding is more reliable for controlling the onsite compaction，and it is then equipped with the highpower antisegregation paver and largetonnage road roller to control the quality of raw materials.The test results show that the upper and lower compaction and unconfined compressive strength of largethickness waterstable structural layer are all qualified，and the upper compaction degree and the unconfined compressive strength are slightly larger than the lower part.

Largethickness water stability;Onetime paving molding;Skeleton compaction;Compaction;7d unconfined compressive strength

0 引言

水稳碎石基层综合了强度高、刚度适宜、取材方便、耐久性好、抗冲刷性强等诸多优点，成为我国高等级公路基层的主流结构形式，并且已经形成了一套完整的水稳碎石基层理论体系[1]。目前，国内水稳定碎石基层施工普遍采用两层施

工工艺，该工艺可以保证水稳碎石基层压实质量，但易造成水稳碎石基层整体性差、养护周期长的不良影响。大厚度水稳基层符合基层整体受力的设计理念，一方面可以解决基层发生早期破坏的现象，有利于保证基层的整体性;另一方面可以节约施工企业的人工、机械费用及养护成本，提高路面的使用寿命。由此，大厚度水稳基层技术具有优质耐久、经济环保、社会认可等特点，符合国家绿色交通理念，具备打造交通行业品质工程的先天条件[2][3]。

易离析和难压实的问题长期以来制约着大厚度水稳碎石基层技术的应用和推广。随着大功率抗离析摊铺设备的核心技术在国内被攻克，使大厚度水稳碎石基层一次摊铺成型施工易离析的问题迎刃而解。而大吨位碾压设备的配备，合理的碾压工艺设计，为保证大厚度水稳碎石基层压实度提供了解决办法[4][5]。易离析和难压实的问题有了解决办法，大厚度水稳碎石基层的实施成为了可能。为保证高速公路水泥稳定碎石基层的施工质量，缩短施工工期，提高基层整体强度和路面承载力，路面咨询团队在贵州六威高速实施了大厚度水稳碎石基层一次摊铺成型施工工艺。

1 原材料

六威高速基层为32 cm大厚度水稳碎石基层，采用一次摊铺成型施工工艺，设计文件中7 d无侧限抗压强度为3.5～4.5 MPa。本项目水稳碎石基层采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥原材主要指标为：初凝时间>3 h，终凝时间6～10 h。路面5标集料为自建料场生产的石灰岩，分为0～5 mm、5～10 mm、10～20 mm、20-30mm四档。四档集料表观密度、吸水率以及细集料砂当量、粗集料针片状、压碎值等指标检测合格，各档集料筛分结果见表1。筛分结果满足《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）（以下称基层细则）表3.6.2中G2、G8、G11以及表3.7.3中XG3相关要求。

2 级配

骨架密实型大厚度水稳碎石基层混合料级配在抵抗干缩和温缩应力以及防离析等方面具有优势[6][7]。考虑到水稳混合料级配对大厚度水稳碎石基层可压实性及抗裂性能的影响，根据基层细则水稳基层推荐级配C-B-3，并结合原材料各档料产能匹配关系设计骨架密实型大厚度水稳碎石基层混合料级配[8][9]。级配设计具体控制方法为尽量减少最大公称粒径附近集料使用比例，4.75 mm通过率控制在30%左右，0.075 mm通过率控制在3%左右，适当增大中间料用量，保证骨架有效形成。同时保证有足够的填充料，有利于混合料碾压密实。水稳碎石基层混合料级配曲线见图1，设计级配见表2。

3 确定最大干密度和最佳含水量

初步选用2.1%、2.6%、3.1%、3.6%、4.1%这5种水泥剂量，采用振动压实试验方法成型水稳碎石基层混合料试件。选定5种含水量，采用重型击实和振动成型得到干密度和含水量关系曲线见图2，试验结果见表3。

对比重型击实成型和振动成型这两种方法，不难看出在相同的水泥剂量、含水量以及级配条件下，振动成型的试件的最大干密度较大，而击实成型的试件的最佳含水量较大。其意义在于采用振动成型方法得到的最大干密度测算压实度，对于大厚度水稳碎石基层压实指标的要求更为严格。

4 无侧限抗压强度

按照各级配和各水泥剂量确定的最佳含水量采用靜压法成型试件，检测7 d无侧限抗压强度，试验结果见表4。

按照设计文件要求，水稳混合料的强度为3.5～4.5 MPa。由表4可知，当水泥剂量为3.1%时，满足水稳碎石基层混合料的强度要求。

5 施工质量控制

5.1 拌合

采用1台WDB-800型稳定土拌合机集中厂拌，并配备双拌缸，确保有效拌合时间在15 s以上。拌合站自动计量装置经过标定，确保水泥剂量和用水量符合配合比设计要求。各档碎石从冷料仓上料口上料速度与配合比设计各档碎石用量比例相匹配，以达到配合比设计目的。在出料口位置设置橡胶挡板以防止混合料抛扬造成的离析。每天生产前应测定集料含水率，调整施工配合比，拌合时严格控制含水量。

5.2 运输

自卸汽车装料时分三次装载，呈“品”字状装料。运输车辆在出场前要覆盖好篷布，确保篷布覆盖到箱板以下50 cm，减少混合料的水分蒸发。运输车辆到达现场后，不能提前揭开篷布，应在卸料前揭开篷布。

5.3 摊铺

采用天顺长城SP1850大功率抗离析摊铺机进行摊铺。摊铺前根据路面宽度组装摊铺机宽度，调整好螺旋布料器状态。自卸车向受料斗卸料时，应加大倾角、快速卸料，以减少混合料中粗料向一侧堆积发生离析。在摊铺机前方安装橡胶皮挡板，防止混合料从螺旋布料器底部漏出造成离析。摊铺机加装反向螺旋，减少粗料在摊铺机中部集中造成的离析。受料斗闸门尽量开大，确保分料器充足供料，且保持受料斗始终有一定的料。

5.4 碾压

大厚度水稳碎石基层碾压设备包括13 t双钢轮压路机、26 t单钢轮压路机、32 t单钢轮压路机和胶轮压路机。初压采用13 t双钢轮压路机前静后振1遍稳压混合料[10]，有利于大厚度水稳碎石基层平整度的控制，紧接着采用大吨位压路机提供充足的压实功，保证水稳碎石基层压实。具体碾压组合见表5。

6 现场检测

6.1 水泥剂量滴定

按基层细则推荐水稳碎石基层混合料厂拌施工水泥剂量宜增加0.5个百分点的要求，实际施工时按3.6%水泥剂量添加水泥，摊铺水稳碎石基层混合料后取代表性混合料检测水泥剂量。

从表6检测结果可以看出，水泥剂量满足细则中质量检测标准关于水泥剂量极限低值-1.0%的要求。

6.2 压实度检测

采用振动成型得到的最大干密度2.432 g/cm3控制现场压实度。在大厚度水稳碎石基层碾压结束后，先检测上部16 cm范围的压实度，再检测下部16 cm的压实度，检测结果见表7。不难看出上下部压实度均检测合格，上部压实度更大，但差值均没有超过1%。

6.3 7 d无侧限抗压强度检测

大厚度水稳碎石基层碾压结束养护7 d以后，钻取芯样。将芯样从中间切开分别测试上下部的无侧限抗压强度。检测结果见表8。从表8数据可以看出，上部检测结果要比下部大，这与压实度检测结果得到的结论是一致的。

7 结语

在机械设备配备、原材料质量把控等条件落实到位的前提下，通过合理的配合比设计和前后场各施工工序环节的有效控制，六威高速采用大厚度水稳碎石基层一次摊铺施工工艺取得了较好的应用效果。路面5标已施工段落钻取芯样完整、骨架密实，芯样顶部无压碎、底部成型良好，压实度、无侧限抗压强度等指标检测合格。克服了以往大厚度水稳碎石基层易离析、底部易烂根、顶部易压碎的缺点，为大厚度水稳碎石基层技术的进一步推广奠定了基础。

参考文献：

[1]沈金安.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]郭小宏，曹源文，李红镝.公路工程机械化施工与管理[M].北京：人民交通出版社，2009.

[3]吴超凡，申爱琴，王秉纲.半刚性基层材料的碾压机械优化组合研究[J].公路，2006（1）：209-212.

[4]李少华.半刚性基层大厚度宽幅摊铺施工技术研究[D].西安：长安大学，2009.

[5]陈晓林，王成瑞.公路水泥稳定碎石基层施工机械设备的优化配置[J].筑路机械与施工机械化，2001，18（5）：5-6.

[6]胡力群.半刚性基层材料结构类型与组成设计研究[D].西安：长安大学，2004.

[7]李亚梅.水泥稳定碎石基层裂缝原因分析与防治[J].交通科技，2003（1）：37-39.

[8]魏顺祥.骨架密实型水泥稳定碎石基层的施工质量控制[J].公路，2008（2）：115-119.

[9]王 峰，侯恩创，刘海龙.骨架密实型水泥稳定碎石集料级配设计方法的研究[J].公路，2013，58（12）：184-187.

[10] 李选文.大厚度水泥稳定碎石基层施工标准化研究[D].西安：长安大学，2016.