水泥稳定级配碎石基层质量控制研究

2021-02-03杨凯

四川水泥 2021年2期

杨凯

（西昌市乡村公路规划建设管理所，四川凉山 615000）

1 研究目标

农村公路主要以次要集散和支线交通功能为主，其公路等级以三级公路和四级公路为主。路面基层应具有足够的承载力、抗疲劳开裂性能、足够的耐久性和水稳定性。应根据公路功能、技术等级、交通量，结合沿线地形、地质、气候和当地路面材料等自然条件进行设计。

水泥稳定级配碎石或砾石适用于各种交通荷载等级的基层和底基层，适用公路等级较为广泛、施工技术较成熟，具有良好的整体性、足够的力学强度、抗水性等性能，其初期强度较高，并且随着龄期的增长而增长，所以本文以农村公路水泥稳定级配碎石或砾石基层（下文均称“基层”）为主要研究对象。

2 研究的必要性

基层的主要病害是疲劳开裂、车辙和面层反射裂缝。地表水从反射裂缝处渗入后容易出现唧泥、基层脱空等损坏现象，从而加速路面状况急剧恶化，并会影响路基强度。经分析、研究，主要是受以下因素影响：

（1）在农村公路实际使用年限内，实际交通荷载等级、当量设计轴载累计作用次数与可行性研究和施工图设计阶段出入较大，主要表现为实际交通荷载等级高于设计阶段交通荷载等级。

（2）设计交通荷载等级低于实际交通荷载等级后，致使路基顶面回弹模量设计值偏低，不能满足实际交通荷载等级需求，导致路基提前出现损坏，进而影响基层和面层工程质量。

（3）基层设计厚度、原材料技术要求、设计参数及结构组合等不满足规定或取值不当，会对基层质量产生较大影响。

（4）基层施工过程中，原材料、混合料生产、施工工艺、摊铺与碾压、养生与交通管制、质量检验未按设计要求或技术规范施工，也会造成工程质量达不到预期目标。

3 基层质量控制要点

基层设计应贯彻就地取材的原则，认真做好当地材料的调查，根据交通量及组成、筑路材料以及路基水文状况等因素，选择技术可靠、经济合理的结构层。施工现场应根据基层设计厚度、材料性能、摊铺与碾压方式等，充分发挥压实机具的功能，保证基层质量。

3.1 设计交通荷载

根据公路技术等级和设计使用年限，通过现场调查并结合可行性研究报告中的交通量年平均增长率等资料，准确计算设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车的交通量，确定设计交通荷载等级，使设计交通荷载等级与实际交通荷载等级一致。

为保证基层不发生由于疲劳开裂导致的结构破坏，应控制疲劳开裂寿命不小于设计使用年限内当量设计轴载累计作用次数。

3.2 路基回弹模量

路基回弹模量设计值 E0，应不小于路基回弹模量要求值[E0]。除路基湿度调整系数和干湿循环或冻融循环折减系数外，标准状态下路基动态回弹模量值 MR对路基回弹模量设计值影响最大。如受试验条件限制，对于新建农村公路可采用路基填料的CBR值估算标准状态下填料的回弹模量值。

3.3 厚度范围和最小厚度。

基层厚度应根据交通荷载等级、材料性能，压实机具的功率，以及有利于施工等因素选择最佳压实厚度。根据工程经验和结构分析，当施工厚度小于最小厚度时，在重载车的作用下，层底易产生过大的拉应力而出现开裂现象，发生疲劳开裂破坏的风险明显提高。

3.4 材料特性和参数

基层材料应根据公路等级、交通荷载等级和当地材料特性等，在技术经济论证基础上确定材料设计参数。原材料技术要求和混合料组成与技术要求应符合规定，并应结合当地经验确定。

在满足设计要求的前提下，无侧限抗压强度不宜过高，否则会产生过多的收缩裂缝和反射裂缝。水泥剂量宜控制在3%～6%之间，过多地增加水泥剂量，并不会提高混合料强度，反而会加速混合料收缩开裂，进而导致路面发射裂缝增多。可采取控制原材料技术指标和优化级配设计等措施来提高混合料强度。

3.5 结构组合

路面结构厚度与层间模量比有密切的关系，在设计时应适当控制层间模量比的要求。基层与沥青面层的模量比宜在1.5～3.0之间，基层与土基模量比宜在2.5～12.5之间。在基层下，宜设置粒料类改善层等措施，可有效减轻反射裂缝处的唧泥、脱空现象，提高基层水稳定性。

3.6 原材料技术要求

水泥初凝时间应不小于3h，终凝时间应大于6h且小于10h，强度等级宜采用32.5或者42.5普通硅酸盐水泥。细集料中0.075mm以下颗粒塑性指数不大于17，含量不大于20%。级配碎石压碎值不大于30%，级配砾石压碎值不大于35%，级配碎石针片状颗粒含量不大于20%。级配碎石或砾石液限不大于28%，塑性指数不大于7。

农村公路重、中和轻交通荷载等级，材料分档不宜小于3档备料。对于极重、特种交通荷载等级且强度要求较高时，为了保证级配的稳定，宜选择不少于4档备料。

用于水泥稳定碎石或砾石的级配范围，宜根据设计交通荷载等级和所在层位确定，推荐范围如下表：

推荐级配范围（%）

适用范围筛孔尺寸（mm）极重、特重重、中等、轻基层基层基层或底基层37.5 100 31.5 100 100 100～90 26.5 100 100～90 94～81 19 68～86 100～90 87～73 83～67 16 92～79 82～65 78～61 13.2 83～67 75～58 73～54 9.5 38～58 71～52 66～47 64～45 4.75 22～32 50～30 50～30 50～30 2.36 31～22 36～19 36～19 36～19 1.18 26～12 26～12 26～12 0.6 8～15 19～8 19～8 19～8 0.3 14～5 14～5 14～5 0.15 10～3 10～3 10～3 0.075 0～3 7～2 7～2 7～2

3.7 施工工艺

农村公路技术等级较低，对于水泥稳定级配碎石或砾石，推荐采用集中厂拌和摊铺机摊铺的工艺,并应在水泥初凝之前完成碾压成型工作。混合料碾压成型后每层的压实厚度不宜小于150mm，最大厚度不宜大于200mm。

部分农村公路出现了碾压厚度稍大于200mm的情况，如220mm、240mm、260mm或者280mm。碾压厚度的增加，虽然可以减少结构层的数量，改善层间结合性，提高路面的整体性。但要实现大厚度的摊铺和碾压，需要具备相应大功率拌和、摊铺和碾压设备，但具体碾压厚度应根据试验路段的试验结果来确定。

对于上、下两层连续摊铺的现象在农村公路中也越来越常见，虽然可以有效改善层间结合状态，缩短养生时间，节约成本，节省工期。但缺乏对下层质量的有效控制，出现下层压实度不符合技术要求，整体性较差，钻心取样的芯样完整性较差，导致“夹心层”的出现。

对于厚度较大，需分层摊铺碾压时，应在下层施工质量检测合格后，再摊铺上层。此种施工方法也存在几种弊端：（1）在进行路面结构层设计时，基层是作为一个整体层进行验算，施工时却为两个独立的薄层，而且形成较为光滑的结构面，导致上层弯拉应力增大，对整个基层的使用产生不利的影响，造成整个基层的整体性较差。（2）下层压实成型后需要养护7天以上才能达到规定的设计强度，如分层施工，必将造成工期延长。（3）在上层施工过程中，大吨位的运输车辆和压路机的使用会对下层造成一定的影响，导致基层结构松散、发生细微裂缝等现象。（4）有研究表明，如上下层粗集料级配不同、结合剂量不同、施工时间间隔等原因，会造成上下层裂缝互相反射。

3.8 养生与交通管制

基层从摊铺碾压完成，到上层铺筑之前都是养生期。7d龄期无侧限抗压强度是施工质量控制的主要指标，养生期不宜少于7d，并且延长至上层结构开始施工前2d。在养生7d后，其结构强度仍无法承受施工期间的大型运输荷载，非常容易产生各种裂缝，因此应通过合理安排施工工序，制定交通方案，以保证养生周期，适当提高混合料的早期强度或限制通过车辆的轴载。

《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中规定，水泥稳定材料类的标准养生温度为20℃±2℃，标准养生湿度不小于95%，保持试件表面有一层水膜且不能用水直接冲淋。所以，当基层完工后，宜采用透水土工布或塑料薄膜全断面覆盖，根据养生期间的温度控制洒水时间和次数，始终保持已完工基层表面湿润直至下一道工序开始。

疲劳开裂寿命主要受基层混合料的弹性模量、厚度和弯拉强度影响。《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中规定，水泥稳定类材料的弯拉强度和弹性模量试件的养生龄期应为 90d，但在农村公路实际施工中，往往因为工期等原因，会过早地开放交通，致使该养生龄期很难达到，造成基层结构发生早期破坏。所以，为了实现水泥稳定粒料基层的设计强度，有必要尽可能地延长交通管制时间，减少交通荷载对基层材料初期强度的影响。

3.9 施工质量检验

在具备完整的目标配合比报告和生产配合比报告时，应在生产路段上铺筑长度为200～300m的试验路段，及时检测原材料技术指标、混合料的级配、水泥剂量并制作7d龄期无侧限抗压强度试件。对试验段养生7d后，及时检测标准养生试件 7d无侧限抗压强度、测定试验段钻心取样标准试件强度、测定弯沉指标，然后对配合比、含水量、松铺系数及碾压工艺等进行总结，形成试验段总结报告。

正式施工过程中，后场控制的关键内容主要为原材料和混合料的抽检，前场控制的关键内容主要为目测含水量、是否离析、压实机械组合和碾压次数、压实度检测、现场取样强度检测和钻心取样检测整体性。