韶山核心景区外环公路水泥稳定碎石基层试验研究

刘振兴

(韶山市交通运输局，湖南 湘潭 411300)

1 工程概况

韶山核心景区外环公路除新建北京路外大部分为旧水泥路面，建设标准为二级公路。旧路面出现断板、碎板、沉陷、错台、麻面等病害，严重影响行车安全和道路服务水平。为庆祝毛泽东诞辰120周年，对现有旧路进行提质改造，要求在2013年12月26日前建成通车。改造路段原设计路面结构设计为三层水稳层(共50 cm)+沥青表处+中粒式沥青混凝土面层共58 cm厚。由于工期紧，任务重，无法按期完成施工任务，根据以往施工经验和现场实际情况，将三层水稳层改为两层，总厚度不变，如图1所示。选择K13+800～K14+000路段作为试验段进行基层摊铺、碾压试验，通过试验，获取相关技术参数，为后期规模化施工组织、技术管理、机械设备配置与质量控制提供科学依据。

图1 调整前后路面结构示意图

2 试验目的

水泥稳定碎石是以级配碎石作为主骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。其初期强度高，7 d的无侧限抗压强度可达5.0 MPa，且强度随龄期而增加很快结成板体，具有较高的强度、抗渗度和抗冻性，在道路工程中得到大量推广应用。水泥稳定碎石均属中粒土，由于水稳中含有水泥等胶凝材料，因而要求整个施工过程要在水泥终凝前完成，并且一次达到质量标准，否则不易修整。因而要求制订科学高效的施工组织设计，确保施工质量。

通过试验主要检测混合料配合比、无侧限抗压强度、弯沉、压实等指标；确定拌合机的上料速度、拌和数量等，验证试验室确定的施工生产配合比；选择适宜的施工机械和机械组合方式；确定摊铺的速度、操作方式等；选择压实机具类型与组合，碾压速度、压实顺序等；确定25 cm厚水泥稳定碎石基层的松铺系数；确定施工进度、作业面长度；检查原材料是否合格，施工质量是否符合要求；确定施工组织设计及质量管理体系。

3 试验内容与过程

3.1 试验原材料

水泥采用韶峰南方PC32.5水泥：初凝时间298 min、终凝时间387 min，3 d抗压强度18.1 MPa、3 d抗折强度4.3 MPa。搅拌和养生用水要求洁净、不含有害物质，达到饮用水标准。碎石采用湘韶碎石场碎石，集料尺寸符合规范要求，软弱颗粒和针片状含量不超标，杂质含量、含泥量等在控制在要求范围之内。各种材料分仓堆放，边界清楚。各种材料存量满足阶段施工需求。

3.2 混合料组成设计

水泥∶水∶(9.5～31.5)mm碎石∶(4.75～19)mm碎石∶(0～9.5)mm碎石∶(0～4.75)mm碎石=1∶1.06∶3.19∶4.99∶5.19∶6.58；水泥剂量5.0%，最大干密度2.28 g/cm3，最佳含水量5.1%。

3.3 试验参数与质量控制

(1)碾压机械、摊铺机械就位

摊铺机在K13+800断面就位，按预设标高调整熨平板，检查钢丝绳标高、在熨平板下用垫木将熨平板调整到设定松铺系数标高和横坡。将摊铺机的传感器调整到正常工作状态后开始等料。压路机停于摊铺机之后，并清理压路机轮。

(2)拌和

采用厂拌集中拌和，WCB500型电脑化控制，使用前进行标定，将所有集料全部按照设定值自动控制，并进行试拌混合料，验证配合比的准确性。

(3)运输

采用20辆20T自卸汽车运料，为保证汽车行驶安全和连续摊铺，派专人在拌和站出口、便道交叉口位置处指挥交通，现场存料车4辆后才开始水稳碎石摊铺。

(4)摊铺

摊铺机宽度设置为4.8 m，松铺系数暂定设定为1.30，摊铺速度初设为1.5 m/min～2.1 m/min。摊铺5 m时立即检测摊铺面的标高及横坡，满足设计要求后，再继续摊铺。每10 m检测水稳碎石摊铺顶面标高，检测位置同路基顶面检测位置。根据之前测的对应点的水稳底面标高计算出水稳松铺厚度及横坡度，并做好数据采集。同时进行摊铺平整度检测，达不到要求时，立即进行调整。

在摊铺过程中，对摊铺机行走速度进行了测定，发现在速度达到2.2 m/min时，前面车辆卸完料，后续车辆不能及时倒退到摊铺机前卸料，造成摊铺机停机待料；在速度为1.5 m/min，1.8 m/min，2.0 m/min时，现场摊铺机前始终有6～4台车，并且摊铺机没有停机待料的现象，摊铺机连续、平稳摊铺，表面平整度符合要求。最后选定摊铺机的速度2.0 m/min。

(5)碾压

混合料经摊铺与整型后，立即在全宽范围内进行了碾压。

初压采用XSM220压路机静压2遍，XS262J压路机强振7遍，终压由XSM220压路机进行碾压。压路机碾压速度前两遍速度控制在1.5～1.7 km/h之间，然后控制1.8～2.3 km/h速度碾压。路面的两侧较中间多压2～3遍。该段落为右弯曲线段，右侧设超高，碾压时由左侧路肩开始向路中心碾压，压路机的钢轮重叠1/2轮宽，后轮超过两个碾压段的分界处。在碾压的过程中，禁止压路机在正在碾压的路段上“调头”和急刹车。压路机碾压完路面全宽时，即为一遍，碾压一直进行到符合设计要求的密实度为止。

对碾压过程中出现的“弹簧”松散、起包“臃包”等情况，及时翻开重新拌和或换填新的混合料，使其达到质量要求。

(6)检测压实度

碾压时，由试验室负责在指定断面进行压实度观测在用26T压路机碾压5遍、6遍、7遍直至压实度满足要求后各检测一次压实度，及时得出压实度数据，对数据进行分析并找出最佳的碾压组合和碾压遍数。

(7)计算松铺系数、横坡度

碾压完成后，测量人员每隔10 m迅速恢复断面，并测量记录各个断面位置处的最终碾压高度，计算出松铺系数和横坡度。

(8)检测平整度、宽度

碾压完成后，测量人员检测最终碾压宽度和平整度，并派专人对碾压段产生的拥包进行铲除，人工撒布细料补平。

(9)接头处理

由于试验段为半幅摊铺，必须要做纵、横向接缝处理，采用纵、横向垂直接头，用3 m尺检测在平整度符合要求且碾压密实处，划直线铲除多余料，用装载机装运，远离施工地段。

(10)养生及防护

碾压完成并经压实度检查合格的水泥稳定碎石基层，立即用土工布进行覆盖保湿养生，覆盖2 h后，再用撒水车洒水，养生期小于7 d，养生期间做好交通管制工作，只允许洒水车辆通行，行车速度不超过15 km/h。

4 主要试验成果

(1)混合料各成分比例

通过试验确定混合料各成分比例为：

水泥∶水∶(9.5～31.5)mm碎石∶(4.75～19)mm碎石∶(0～9.5)mm:(0～4.75)mm碎石=1∶1.06∶3.19∶4.99∶5.19∶6.58；水泥剂量5.0%；最大干密度2.288 g/cm3；最佳含水量5.1%。

(2)松铺系数

根据摊铺前后及压实后标高测量分析结果分析，计算松铺系数值。

现场量测11个断面的松铺系数，最大值1.4，最小值1.29，平均值1.352。

(3)碾压组合

根据现场碾压遍数与实测压实度值的关系，采用XS262J压路机碾压组合下碾压9遍后压实度满足设计要求，静碾一遍后水泥稳定碎石表面平整、密实、光洁、无轮迹，外观满足规范要求，由此确定选择静压2遍，振压7遍、光压1遍来控制25 cm厚基层水泥稳定碎石的最终碾压组合。另外为保证基层两侧边缘的压实度，采用平板打夯机进行夯实。

5 质量检测与分析

(1)平整度

设计要求小于12 mm/3 m，现场检测20个点，有3个点不合格，合格率85%。

(2)摊铺宽度

要求不小于设计值，检测4个断面，最大偏差+25 mm，最小偏差+8 mm，合格率100%。

(3)横坡度

规范要求±0.5%，检测4个断面，最大偏差0.44%，合格率100%。

(4)高程

4个断面高程检测结果为，最小-14 mm，最大10 mm，合格率87.5%。采用高程控制桩，带钢丝线控制。不合格的点可能是由钢丝线的松动和现场松铺厚度跟踪测量不到位等有关。

(5)压实度

静压2遍强振7遍收光1遍后压实度检测2个断面，结果分别98.5%、98.8%，均大于设计要求的97%，合格率100%。

(6)水泥剂量

水泥剂量检测2组数据，最小值5.2%，最大值5.4%，平均值5.3%，合格率100%。

(7)含水量

施工中含水量为5.1%～5.5%，满足施工规范要求。

(8)强度

测试强度平均值5.1 MPa、标准差0.38、偏差系数7.5，强度代表值4.4 MPa，满足规范要求。

(9)厚度

通过现场取芯，厚度最小达到24.5 cm，芯样基本完整，满足规范要求。

6 结 语

通过水泥稳定碎石基层试验段的施工和测试，结合对现场人员组织、机械设备调配、测量、质量检测的成果分析，试验段所采用的材料符合要求、主要技术参数合理、施工工艺可行，人力安排和机械组合高效，为后期规模化施工组织、技术管理、机械配置提供了控制数据，为施工质量控制提供了科学依据。