兴泰高速水稳碎石基层冬季施工技术研究

侯 爵

（江苏省交通工程建设局，江苏 南京 210004）

1 研究背景

阜兴泰高速公路兴化至泰州段（以下简称兴泰高速）位于泰州境内，是江苏省“五纵九横五联”高速公路网规划中“联三”的重要组成部分，其建设对完善高速公路网络、改善兴化对外快速交通条件、加强苏中与苏南地区交通经济联系、促进沿线区域经济社会发展具有重要意义。项目路线全长35.662 km，全线按双向四车道高速公路标准设计，路基设计宽度为28 m。路面工程共分为两个标段（XHT-21、XHT-22）实施，水稳碎石基层工程量主要有水泥稳定碎石底基层 79.79×104 m2、水泥稳定碎石基层71.48×104 m2。

我国现行《公路路面施工技术规范》中规定在反复冻融地区, 当环境昼夜平均气温连续五天低于5℃或最低气温低于-3℃时,需采取冬季施工措施；当室外平均气温连续5天高于5℃时解除冬季施工。根据近年气象资料统计，泰州地区在冬季期间最低温度为-11℃（极端天气），12月上旬至来年2月上旬平均气温会出现低于5℃的情况并出现零度以下气温，自3月起温度全部为零度以上。为有效利用冬季低温施工时间，减少冬季低温环境对施工质量的不利影响，科学缩短工期，为沥青混凝土路面施工争取较好气候条件，按照相关规范、规定和技术要求，开展本文研究。

2 研究内容及讨论

水稳碎石强度形成的机理与水泥混凝土相同，主要是由水泥水化作用的结果，因而,水稳碎石基层对环境温度和湿度条件敏感。冬季施工条件下，由于低温、干燥等因素的影响，水稳碎石混合料中水泥水化反应速度受到抑制，强度形成较慢，易出现温缩和干缩应变,导致裂缝产生。特别是当温度低于0℃时，混合料中的自由水凝结成冰，体积膨胀8%～10%，产生膨胀应力约为2500kg/cm2，极易导致水稳碎石混合料早期冰冻破坏。因此，保证水稳碎石养生温度满足混合料初期水化反应需要，确保混合料后期强度满足设计要求是水稳碎石冬季施工质量控制的关键。

2.1 养护温度条件对水稳碎石强度的影响

2.1.1 试验方案

表1 无侧限抗压强度试件养护温度条件（单位℃）

为试验不同低温条件对水泥稳定碎石成型质量的影响，分别按标准养护条件、施工现场同环境养护条件和不同冻融期条件制备水稳碎石试件，进行无侧限抗压强度试验。其中水稳碎石试件按配合比设计采用振动压实法成型5组，每组分别为5个φ150 mm×150 mm共计25个试件。试件从试模内脱出称量的质量后，装入塑料袋并将袋内的空气排除干净，扎紧袋口进行养护。养护方式分为5种，具体如表1所示。各组试块养护龄期均为7 d±2 h，最后一天均为浸水养护，保持水面在试件顶上约2.5 cm，浸水一昼夜的试件从水中取出，用软的旧布吸去试件表面的可见自由水，称量试件的质量后进行无侧限抗压强度试验（同一组试件试验中，按照3倍均方差方法剔除异常值）。

2.1.2 试验结果

经试验，按基层水稳碎石配合比（水泥掺量为4.5%）制备的5组25个试件的无侧限抗压强度结果如表2所示。可见，在模拟-5℃冷冻3天的情况下，试件的强度代表值仍可满足设计的要求。

表2 不同养护温度条件下基层水稳碎石无侧限抗压强度试验结果

鉴于底基层水稳碎石配合比设计中水泥掺量仅有3%，为验证在冬季低温条件对底基层水稳碎石成型质量的影响，同样以规范规格制备了5组底基层水稳碎石试件。其中3组低温养护试件养护条件放宽至-3℃冷冻1、3、5天，除标准养护外其余试件组第7天养护均不浸水以模拟实际施工现场条件。经试验，各组试件无侧限抗压强度如表3所示，可见低温养护条件下水泥掺量3%的水稳底基层试件强度无法达到设计要求。

表3 不同养护温度条件下底基层水稳碎石无侧限抗压强度试验结果

2.2 低温养护条件下水泥掺量对水稳碎石强度的影响

2.2.1 试验方案

根据上述试验研究，低温养护条件下水泥掺量较低的水稳碎石强度无法满足要求。为验证低温养护条件下不同水泥掺量对水稳碎石无侧限抗压强度的影响，本文制备了5组、每组5个水稳碎石试件。其中3组均按底基层配合比设计制作，调整水泥掺量分别为3.0%、3.5%和4%，另外2组按基层配合比设计制作，调整水泥掺量分别为4.5%和4.8%。养护条件均采取较为严苛的-5℃冷冻3天后现场同条件养护7天，最后进行无侧限抗压强度试验（同一组试件试验中，按照3倍均方差方法剔除异常值）。

2.2.2 试验结果

试验结果如表4所示。从试验结果可以看出，水泥掺量的提高对水稳碎石的强度提高有明显效果，在严苛的低温养护条件下，水泥掺量3.5%以上的底基层水稳碎石和水泥掺量4.8%的基层水稳碎石后期形成的强度都能满足设计强度要求。

表4 低温养护条件下不同水泥掺量水稳碎石无侧限抗压强度试验结果

2.3 不同覆盖条件对水稳碎石养生温度的影响

正常施工季节路面水稳碎石基层摊铺完成后，一般先用塑料薄膜覆盖，减少空气对流，之后再覆盖一层土工布（一布一膜）的方式覆盖养生。在冬季低温施工条件下，一布一膜的覆盖条件无法满足水稳碎石的养生需要。本文以兴泰高速地理位置靠北的XHT-21标K13+850-K15+132左幅下基层作为试验段，分别以一布一膜、一布两膜、两布一膜、两布两膜、三布三膜五种方式对已完工水稳基层进行覆盖，连续8日每日晚10点至次日6点间隔2小时测试一次地表温度和水稳顶面温度。实测最低温度出现在12月7日夜晚2:00，当时预报气温为-2℃，地表测温最低-3℃，不同覆盖条件下水稳基层顶面温度处于5℃～7.1℃之间。水稳基层顶面实测温度变化曲线详见图1。

图1 不同覆盖条件下水稳基层顶面实测温度变化曲线图

3 兴泰高速水稳碎石冬季施工技术措施

为确保水稳碎石混合料养生温度高于其强度增长的临界温度，利于水稳后期形成强度满足设计要求，鉴于冬季低温条件下，水稳碎石施工一般采用的提高水泥用量、控制混合料含水量和强化覆盖养生措施，结合本文的试验研究成果和项目所在地历史气象特点，兴泰高速路面水稳碎石基层冬季施工过程中细化了控制标准，采用了以下技术措施保证低温条件下水稳碎石基层的工程质量。

（1）当室外气温低于5℃以下时水稳碎石（底）基层进入冬期施工状态，当天室外最低气温低于-7℃或施工现场气温低于-3℃，停止水稳碎石施工。

（2）当天室外气温低于5℃、高于-1℃时，增加水稳碎石的摊铺碾压功率，确保水稳碎石压实质量达到设计要求。

（3）当天室外气温低于-1℃、高于-3℃时，采取增加水稳碎石混合料中水泥掺量的措施，同时，为避免水稳基层裂缝病害，抑制路面反射裂缝，底基层水泥掺量以不超过3.5%，基层水泥剂量以不超过4.8%控制。

（4）进入冬期施工阶段，严格把控原材料质量，水稳混合料拌合采用地下井水拌合，加强原材料覆盖，控制原材料含水量，加强施工级配检测，混合料拌和尽量靠近最佳含水量，混合料运输采取覆盖保温措施并控制运输时间，保证混合料入模、碾压温度控制在0℃以上。

（5）进入冬期施工阶段，为保证现场水稳养生温度有较大富余，采用两布两膜措施对水稳碎石进行覆盖，布、膜纵横向搭接20cm以上，边部完全包裹，侧面培土覆盖，保证混合料养生温度。

4 结语

随着社会经济迅速发展，社会对交通建设的效率要求越来越高，公路交通建设经常面临工期压力。兴泰高速公路在水稳碎石基层冬季施工方面，通过对水稳碎石混合料抗冻性能、低温养生条件下不同水泥掺量对水稳碎石强度的影响、多种覆盖养生措施的比较优选等方面进行试验研究，并结合工程实际特点合理选择了一系列冬季低温条件下水稳碎石施工技术措施，在确保水稳碎石施工质量的同时最大限度地有效利用了冬季低温不利施工时间，为争取良好的路面面层施工季节和缩短项目总体工期取得了较好的成果，为类似工程实施提供了成功的经验借鉴。