水泥稳定碎石基层施工技术的改良应用分析

2023-01-08刘永垒赵弘宇

建筑施工 2022年4期

李俊任鑫刘永垒赵弘宇董凯

中国建筑第八工程局有限公司华北分公司天津 300452

国内外有关资料表明，半刚性基层由行车荷载引起的弯拉应力的大小与基层厚度的平方成反比，即厚度越大，弯拉应力越小，因此路面结构设计中水泥稳定碎石基层厚度通常在25～36 cm。实际施工过程中一般分为2层摊铺、碾压，后续在公路建设过程中不断发展创新，逐渐衍生出两层连铺、大厚度宽幅摊铺2种改良工艺。本文主要对2种改良工艺进行对比阐述[1-6]。

1 水泥稳定碎石基层摊铺工艺介绍

水泥稳定碎石基层受混合料配比、摊铺碾压机械、场地条件等因素影响，无统一工艺参数，均需在正式施工前组织试验段施工，用以验证水泥稳定碎石混合料配比可行性，确定松铺系数、摊铺方法、压实机具的选择和组合、每天的作业长度等工艺性参数。

水泥稳定碎石基层的具体施工流程如下：

1）施工前准备：下承层标高、宽度、横坡等交验合格，清扫洒水湿润、喷洒水泥净浆；按照试验段施工及成形情况选定适宜的生产配合比、水泥剂量。

2）测量放样：分幅边线设钢钎控制点，按试验段确定松铺系数，架设基准钢丝网控制标高。

3）培路肩（立模板）：土路肩/钢模板作侧模，模板支架高度严格按照基准钢丝网确定高度执行。

4）配料拌和：按照已验证生产配合比组织水泥稳定碎石混合料拌和，严控原材料质量。

5）运输：根据试验段施工情况及运距情况合理确定运输车辆配置数量，摊铺机开始摊铺前，运输车辆到场不少于5辆。

6）摊铺整形：摊铺机械根据单幅摊铺宽度合理选用，首先确定施工方法，双机梯次摊铺时，两机启动间隔5～10 m，两幅搭接不少于30 cm；单机单幅全断面摊铺时，注意混合料离析控制。一般摊铺机的摊铺速度保持在1.0～ 1.5 m/min。

7）碾压：松铺距离达到50 m左右，应及时对已铺层实施碾压。采用20 t以上振动压路机、14 t双钢轮压路机、30 t胶轮压路机组合碾压，基层碾压作业的基本模式为：初压→复压→终压→收边。具体碾压机械组合及碾压遍数、碾压速度根据试验段施工情况合理选用。

8）横缝设置：水泥稳定类混合料摊铺时，必须连续作业不中断，如因故中断时间超过2 h，则应设横缝；再次摊铺时，压路机沿接缝横向碾压，由前一压实层逐渐推向新铺层，碾压完毕后再正常碾压。

9）养生：透水无纺土工织物覆盖，洒水养生不少于7 d。

2 基于水泥稳定碎石基层工艺的思考

常规25～36 cm厚水泥稳定碎石基层施工均采用两层摊铺工艺，即对水泥稳定碎石基层设计厚度均分，首层摊铺完成后洒水养生不少于7 d，再组织上层摊铺，重复首层施工工艺。

上述两层摊铺工艺在后续施工及使用过程中暴露出以下问题：上层振动碾压过程中对下层已成形水泥稳定碎石造成破坏；出现层间受力状态，降低基层作为整体结构的承载力；单层养护时间至少7 d，两层施工，两次养护，拖慢整体施工进度。

基于上述水泥稳定碎石基层两层摊铺的局限性，如果能够实现水泥稳定碎石基层一次碾压成形，则能有效避免上层施工时对下层的振压破坏，缩短分层养护时间，加强基层整体性。

后续在公路建设过程中，各公路建设者经过不断的实践探索，首先提出两层连铺概念，即首层摊铺完成并检测压实度合格后，在首层水泥未终凝的状态下继续上层摊铺碾压，两层同时养护7 d。该方法有效解决分层摊铺时，上层振动碾压对下层已成形水泥稳定碎石基层造成振动破坏的问题，缩短了养护时间，在一定程度上增强了基层的整体性。

针对基层整体性增强问题，后续又以机械改良为出发点，逐渐衍生出大厚度宽幅摊铺工艺，即采用宽幅、大厚度摊铺机、大吨位压路机，对25～36 cm水泥稳定碎石一次摊铺碾压成形，在两层连铺的基础上对基层整体性进行再次增强。

3 两层连铺工艺分析

两层连铺工艺相对于分层摊铺，最大的不同点在于上下两层水泥稳定碎石基层施工的连续性，具体的施工流程基本相同，在此不做赘述，仅对工艺主要把控点进行阐述分析。

3.1 工艺原理

两层连铺主要是在水泥初凝至终凝时间间隔内完成两层水泥稳定碎石的摊铺，从而保证上层振动碾压过程中下层水泥未终凝，水泥稳定碎石处于未成形状态，降低了对下层水泥稳定碎石的破坏。

该工艺施工难点在于人机的配合程度及现场组织能力，必须保证4～6 h内完成上下两层路面基层的摊铺。

3.2 机械组合

两层连铺工艺对施工机械的需求与分层摊铺基本一致，无特殊要求，但正式施工前必须选取100～200 m试验段试铺，对水稳拌和站供应能力、作业人员及施工机械的配合程度、现场组织能力进行验证，确保4～6 h内完成上下两层的摊铺。

若组织配合能力不能满足时限要求，但仍想采用两层连铺，则必须在现有机械人员配置的情况下增加1倍，上下层同步梯次摊铺。

3.3 层间结合

底基层与基层接触面须喷洒水泥浆以保证结合力，基层分层摊铺时，上下两层之间仍须洒布水泥浆。由于两层连铺是在下层水泥终凝前完成上层水泥稳定碎石摊铺，原则上不用洒布水泥浆，两层水泥稳定碎石在振动碾压过程中存在一定程度的融合，可有效增强层间结合。

若施工过程中出现意外情况，导致两层施工间隔增加，同样须洒布水泥浆，保证层间结合。

3.4 施工周期

两层连铺工艺，两层连续施工，整体养护7 d即可组织面层施工。

3.5 压实度检测

水泥稳定碎石基层压实度检测通常采用灌砂法。在压实度检测方面，相对于分层摊铺工艺，两层连铺并无特殊要求。

分层摊铺在首层碾压完成，采用灌砂法检测压实度合格后，立即覆盖土工织物洒水养生7 d，再组织上层施工；而两层连铺是在首层碾压完成，采用灌砂法检测压实度合格后，立即组织上层施工，因此对于两层连铺压实度检测，常规灌砂法即可满足工艺要求。

4 大厚度宽幅摊铺工艺分析

大厚度宽幅摊铺工艺相对于分层摊铺、两层连铺工艺，对施工机械的适用性依赖性更大。具体的施工流程基本相同，但相对于常规工艺，需配备大型摊铺机、重型压路机，保证摊铺宽度、厚度及压实度。

4.1 工艺原理

大厚度宽幅摊铺是指采用一台摊铺机取代以往并机分层摊铺，一次性摊铺超过以往规定的最大厚度，而传统的摊铺机械显然不能满足大厚度宽幅摊铺要求。

国内外各个生产厂家都先后推出了自己的大型摊铺机，使大厚度宽幅摊铺工艺越发成熟，大型宽幅摊铺机＋重型振动压路机相结合，能切实保证大厚度水泥稳定碎石基层的压实度。

4.2 机械组合

不同于分层摊铺及两层连铺的常规机械组合方式，大厚度宽幅摊铺对机械要求更高。水泥稳定碎石基层双层摊铺一般采用7～9 m摊铺机，压路机组合方式为单钢轮压路机（18～22 t）、双钢轮压路机（14～15 t）、胶轮压路机（25 t）。

相对而言，大厚度宽幅摊铺需要大型摊铺机（12 m以上）辅以重型单钢轮压路机（30 t以上）振动碾压，双钢轮、胶轮压路机协助挤密收面。

4.3 层间结合

大厚度宽幅摊铺工艺利用大型摊铺机、大吨位压路机对路面基层进行一次性摊铺碾压成形，将基层作为一个整体，一次性摊铺解决以往分层摊铺出现的层间结合问题，更好地发挥基层作为主要承重层整体受力的特性。

4.4 施工周期

大厚度宽幅摊铺工艺，一次摊铺碾压成形，整体养护7 d即可组织面层施工。

4.5 压实度检测

灌砂法压实度检测主要针对15和20 cm厚度，目前尚没有关于一次性铺筑的厚层水泥稳定碎石结构压实度检测方法。目前应用大厚度宽幅摊铺工艺的公路项目，一般采用灌砂法分层测试压实度，即基层顶面压实度检测完成后开挖试坑，对下层15～20 cm范围再次检测。

由于上层开挖过程中对碾压成形的水泥稳定碎石结构产生了扰动，一般下层压实度检测结果均存在较大偏差。因此，对于大厚度宽幅工艺，目前尚不存在成熟的压实度检测方法。

5 工艺对比分析

两层连铺工艺、大厚度宽幅摊铺工艺作为水泥稳定碎石基层摊铺分层摊铺的改良创新，主要出发点均在于增强路面基层整体性、缩短施工周期两方面。受施工组织人机配合程度、机械更新换代、试验设备匹配等因素影响，均存在不同程度的限制性。

两层连铺工艺的难点在于人机的配合程度及现场组织能力，必须保证4～6 h内完成上下两层路面基层的摊铺，外部影响因素多、容错性差。一旦出现施工组织不到位、水稳拌和站供料不连续、劳务作业班组协作能力不足、机械故障等情况导致摊铺中断2 h以上，就会出现质量隐患，即首层水泥稳定碎石中水泥已终凝，而上层运料车来回碾压、压路机振动碾压均会对首层已摊铺水泥稳定碎石层造成不可逆伤害，严重影响基层质量。

若因故中断时间过长，不能保证规定时限内完成两层连续摊铺作业，则只能放弃两层连铺，已摊铺层尽快覆盖洒水养生，及时封闭交通，严禁运料车、压路机等重型机械通行。

大厚度宽幅摊铺工艺难点在于摊铺设备、压实度检测设备的性能匹配。

随着我国公路事业的快速发展，对大型宽幅摊铺机的市场需求越来越大，部分设备厂商采用速成方式，将常规（7～9 m）摊铺机螺旋和熨平板接长≥12 m，而整机参数却没变。

这种机型在宽幅摊铺时，由于功率不足，只能将螺旋位置提高，其结果是因高速旋转而降低螺旋的二次搅拌作用，使物料产生上下层离析和宽度方向上的离析。同样由于功率的原因，加大宽度将导致振捣功率不足，故只能用小振幅工作，继而影响预压实度。

同时，随着道路压实机械的快速发展，对应的试验设备却相对落后，目前仍不存在成熟的大厚度水泥稳定碎石压实度检测方法，工后试验检测不能直观反映施工质量，存在一定的质量隐患。