水泥稳定碎石基层施工工艺与质量控制在高等级公路施工中的应用研究——以国道主干线福州绕城公路西北段飞石互通式立体交叉工程为例

周嘉伟

(江苏镇江路桥工程有限公司，江苏 镇江 212000)

1 工程概述

国道主干线福州绕城公路西北段飞石互通式立体交叉工程位于G15沈海高速公路主线K43+120～K44+240处，并与G104国道相接。立交采用主线上跨A型单喇叭，新建5条匝道、连接线全长3 703.491 m。其中：主线为双向四车道，长1 120 m，路基宽24.5 m；A匝道为双向两车道，长434.978 m，路基宽16.5 m；B匝道为单向单车道，长182.27 m，路基宽10 m；C、D、E匝道为单向单车道，长976.241 m，路基宽9.0 m；连接线480 m，路基宽度17.5 m。主线路面设计结构为15 cm级配碎石下基层+16 cm水泥稳定碎石基层+5.5 cm中粒式改性沥青混凝土下面层(AC-20C)+4.5 cm中粒式改性沥青混凝土抗滑表层(AC-16C)。

2 高等级公路水泥稳定碎石基层的技术特征及要求

2.1 高等级公路水泥稳定碎石基层的技术特征

(1)缺点

①水泥稳定碎石基层是由水、胶凝材料和集料混合而成的半刚性材料，脆性大，在收缩过程中，可能发生开裂，导致路面产生反射性裂缝。极少数情况下，还会出现贯穿性裂缝，导致断板。基层产生裂缝后，通过雨水的渗透及冲刷，导致路基遭受破坏。

②水泥稳定碎石基层的承载能力较为敏感，一旦受到的承载能力超过设计荷载的允许值后，破坏速度会越来越快。

③水泥稳定碎石基层在通车运营后，一旦产生破坏，维修难度相对较大。

表1 主要技术指标

(2)优点

①水泥稳定碎石基层具有良好的强度和刚度，水泥稳定碎石基层属于一种典型的半刚性材料基层，这一特点是由水泥水化热作用决定的，其较好的承载能力能够满足极重、特重和重交通等多个交通荷载等级的要求。由于水泥稳定碎石基层是直接设置在沥青路面下的主要承重层，或直接设置在水泥混凝土面板下的结构层，所以基层的承重能力显得尤为重要。

②水泥稳定碎石基层具有良好的水稳定性，并且同时具有和水泥混凝土相似的特点。虽然水泥稳定碎石的强度会受多种因素的影响，如使用的水泥剂量、含水量、养护条件及原材料中的粉尘含量等，但一般情况下，几乎不会受到降雨的影响。

③水泥稳定碎石基层具有良好的平整性，而平整度在施工过程中也是比较容易控制的一个指标，因为摊铺过程多数都是采用摊铺机来完成。这就大大提升了行车的舒适性，也提高了行车的安全性。

④水泥稳定碎石基层具有良好的整体性、抗渗性和耐冲刷性能，在国家标准《公路路面基层施工技术细则》中针对交通行业高等级公路的水泥稳定级配碎石作出了明确的级配区间要求，原材料的级配控制以及施工过程的压实度控制，对水泥稳定碎石基层的整体性和抗渗性起到了“双保险”作用。

2.2 水泥稳定碎石基层的材料要求

作为路面工程施工过程中的关键项目，在进行水泥稳定碎石基层施工作业前，原材料质量必须符合国家相应规范和设计的要求。本工程3%水泥水泥稳定碎石路面基层采用项目当地较为成熟的水泥品牌和具有一定规模的采石场。

2.3 水泥稳定碎石基层施工使用的机械设备

本工程项目部安装了一座WDB600型水稳拌合楼(称量设备经过标定)，配备了2台RP953E型水稳摊铺机、2台613T型双钢轮压路机、2台YZ18T型振动压路机、2台YZ25型振动压路机、1台YL26轮胎式压路机、10台ND3310型自卸车、2台ZL50C型装载机、1辆洒水车。

（5）孕育处理 分3次孕育，包括球化时的埋包孕育、球化完毕的倒包孕育、浇注时的随流孕育，总孕育量控制在铁液重量的0.6%～0.9%。

3 水泥稳定碎石基层施工质量控制

3.1 水泥稳定碎石基层原材料质量控制

(1)水泥的选取

水泥对水泥稳定碎石基层而言是一个非常重要的组成部分，其直接影响水泥稳定碎石基层的最终强度和承载能力。为了满足本工程水稳摊铺过程中水泥的凝结时间要求，本工程所用水泥采用初凝时间大于3 h，终凝时间应超过6 h且小于10 h，强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。除此以外，水泥在使用前还需要根据同批次质保书提供的相关参数进行生产日期核查，并且进行标准稠度用水量、安定性、比表面积、胶砂强度等指标的试验检测，合格后方可使用。

(2)粗、细集料的选取

水泥稳定碎石基层中碎石宜采用硬质岩石或砾石加工制作而成的碎石，也可直接使用天然砾石。粗、细集料都要选择洁净、干燥、无风化、不含杂质等颗粒。同时基层中碎石的级配选择最为关键，选择粒径过大，则各档集料间的粘结度较差，选择的粒径过小，则会导致基层强度不满足要求且基层表面较为松散。无论是粒径过大还是粒径过小，在级配拟合范围区间曲线时，都难以达到理想曲线。同时，粗集料还应分别进行压碎值、针片状颗粒含量、0.075 mm以下粉尘含量、软石含量等指标的检测，细集料应对其塑性指数、有机质含量、硫酸盐含量等指标进行检测。本工程最终选定C-B-1型为3%水泥稳定级配碎石基层的级配范围。

(3)水的选取

水在水泥稳定碎石基层中也是比较重要的一个组成部分，并非所有的水都可以被用作水泥稳定碎石基层混合料的拌合，前提是拌合水质需符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB 5749)。若拌合用水非引用水还应进行水质检验。本工程用水采用饮用自来水。

3.2 水泥稳定碎石基层混合料配合比的选定

水泥稳定碎石基层混合料配合比包括主要包括目标配合比设计、生产配合比设计、最终施工参数的确定三大部分。进行配合比设计的关键目的在于确定水泥剂量、最佳含水率、最大干密度以及容许延迟时间等参数。

表2 水泥稳定级配碎石混合料级配表

图1 水泥稳定级配碎石基层混合料合成级配筛分曲线图

在生产配合比设计中，根据目标配合比设计中各档材料的所需比例，通过试拌和对拌和设备进行生产参数调试，确定合理的生产参数。同时在此基础上应绘制不少于5个点的混合料剂量标定曲线，还应对水泥稳定碎石混合料进行不同成型时间条件下的混合料强度试验，绘制相应的延迟时间曲线，并根据设计要求确定容许延迟时间。

最终施工参数的确定需要根据后场各档集料每天的含水率不同调整各档料的掺量，还应对每个台班出场的混合料进行重型击实试验，确定结合料剂量的变化、含水率对混合料最大干密度的影响，而不是以生产配合比设计中最大干密度和最佳含水率作为施工的永恒标准。同时还要对混合料制成的试件进行7 d无侧限抗压强度试验，确定混合料每个台班实际抗压强度水平和拌和工艺的变异水平。

最佳含水量对基层压实度有重要影响，含水量多会造成压路机粘轮现象，且基层表面不光滑；含水量少，则无法碾压成型，基层表面松散、泛白。由于外部气温相对较高，试验室内气相对度较低，温度差异较大，还应注意前后场的距离和当日风级大小的相互影响，前场的混合料水分散发比较快，同时基层摊铺过程中还会被底基层吸收一部分的水分，对此，混合料粗粒材料出厂前可以高于最佳含水率0.5%～1%，混合料细粒材料出厂前可以高于最佳含水率1%～2%，同时在施工基层时，底基层还应该进行洒水润湿。

3.3 水泥稳定级配碎石基层混合料的拌和

本工程采用厂拌法进行拌和，拌合场必须按照标准化指南进行建设，场地道路采用C15混凝土硬化且厚度不小于20 cm，格仓建设高度需满足2 m且搭设遮雨棚，水泥罐搭设场地应设置在高地，如果拌合站场地地势低洼，还应设立排水系统或者配备一定数量的抽水泵，以防止雨季积水。

粗、细集料检测合格进场后应按照不同规格堆放在材料仓内，设置标识牌，上报监理人员同意后，将集料、水泥分别倒入经过标定合格的水稳拌合料称量装置中，电控加水，统一拌和。加派试验检测人员在场监督检测混合料出厂时含水率，采用EDTA滴定检测法对照标准滴定曲线确定水泥剂量。对于本工程中采用的水泥稳定碎石，现场实际使用的水泥剂量比室内试验确定的剂量多0.5%。

3.4 水泥稳定级配碎石基层混合料的运输路线

对后场拌和好的混合料要合理安排好运输路线，考虑到运输途中水分的蒸发和施工摊铺的连续性，为保持混合料含水率处于略高于最佳含水率的良好状态，本工程所用运输的自卸车统一加盖篷布保湿，现场组织4名卸料员安排卸料。

3.5 水泥稳定级配碎石基层混合料现场摊铺

水泥稳定级配碎石是本工程的关键节点，其直接影响到整条路面结构层的施工质量，混合料的摊铺也是水泥稳定碎石基层施工的核心工序。项目投入两台徐工牌RP953E型多功能摊铺机组成梯队共同施工进行摊铺作业。在摊铺过程中前后两台摊铺机轨道重叠25 cm。摊铺时应注意控制两台摊铺机行进速度均匀一致，摊铺速度控制在1.5～1.6 m/min之间为宜。要求摊铺机操作手不得随意增快或减慢摊铺速度，并且不得猛烈地加速或猛烈减速，保证两台摊铺机摊铺厚度一致、横坡度一致、摊铺平整度一致、振动幅度一致，两机摊铺接缝平整。在摊铺机前进过程中，两机纵向直线距离宜保持在5～8 m左右，且两机距离要保持相对稳定。摊铺机的螺旋送料搅拌器两端的混合料高度要保持和送料螺旋同高或稍低，否则应及时停止摊铺，等混合料输送充足后再行摊铺。自卸车应在摊铺机前10～30 cm处停车，由摊铺机前顶紧贴汽车后轮，再慢慢起斗卸料。摊铺机行进时，应始终保持同路线方向行驶，摊铺机行走时标尺上自然垂落的左右测平传感器的中心应对准水泥稳定级配碎石左右控制边线，以便保证摊铺宽度、厚度准确。

在摊铺过程中，摊铺机的螺旋布料器应有三分之二埋入水稳混合料中。摊铺机两侧的高度传感器设置好后应安排专人看护，随时检查摊铺高程与基准线高度是否一致，并做好记录，若发现标高出现偏差应立即纠偏。考虑到水泥稳定碎石是冷料摊铺且熨平板自重较大，为有效保证摊铺过程中横坡的准确性，宜将熨平板的高度调整好适当的反拱。

摊铺工作进行中应当随时关注混合料的离析情况，应设专人及时消除粗细集料离析现象。对于粗集料“窝”和粗集料“带”，应同时撒布细集料，并拌和均匀；对于细集料“窝”，应增补粗集料，并拌和均匀。严重离析部位应挖除后采用符合要求的水稳混合料填补。

3.6 水泥稳定级配碎石基层混合料现场碾压

为了有效保证水泥稳定级配碎石基层施工质量，提升压实效果，本工程在碾压时配备了2台613T型双钢轮压路机、2台YZ18T型振动压路机、2台YZ25型振动压路机、1台YL26胶轮压路机，选择了如下施工工艺，取得了良好的效果。先用613T双钢轮压路机静压1遍，碾压速度控制在1.5～1.7 km/h之间，再用YZ18T型振动压路机采用高频低幅的方法碾压第2遍，碾压速度控制在1.5～1.7 km/h之间，再用YZ25型振动压路机采用高频低幅的方法碾压2遍，碾压速度控制在1.8～2.2 km/h之间，再用YZ25振动压路机静压1遍，最后用1台YL26胶轮压路机碾压揉搓2遍，碾压完成后，在确保压实度的前提下，路面表面没有轮迹。

3.7 水泥稳定级配碎石基层混合料的养生

水泥稳定级配碎石基层碾压完成并经压实度检测合格后，应立即养生。水泥稳定碎石级配碎石基层养生期宜不少于7 d，严格意义上来说，基层从摊铺碾压完成，到铺筑上层结构层之前都属于养生期。7 d是水泥稳定级配碎石基层施工质量控制的一个时间节点，在第7 d需要开展一系列的质量评定检测，因此，一般情况下，无机结合料稳定材料施工后需要养生7 d，但这并不是意味着，仅需要养生7 d。本工程采用洒水养生联合土工布覆盖养生的方法。养生期间封闭交通，洒水车的喷头采用喷雾式，不得用高压式喷管，以免破坏基层结构，每天洒水次数视气候而定，高温期施工，上、下午各洒2次，养生期间始终保持混合料表面湿润。

4 结束语

综上所述，水泥稳定碎石基层是目前最常用的路面结构层之一，本文分析了高等级公路中水泥稳定碎石基层施工工艺与质量控制，分析结果表明水泥稳定碎石基层的施工工艺及质量控制，对工程总体质量具有深远影响。为保证公路工程质量，延长工程实体的使用寿命，需要严格把关原材料质量，同时还需要严格控制每一道施工工序质量，不断提升高等级公路的施工质量，促进我国公路基础设施建设行稳致远。