水稳基层双层连铺施工质量关键因素研究

覃林　高山　易超　邵鹏坤

摘要：文章基于来都高速公路水泥稳定碎石基层双层连铺技术应用，进行室内层间抗拉强度试验、层间剪切试验以及现场平整度检测和压实度检测，分析水稳基层连续铺装层间粘结状态，探讨双层连铺施工质量关键控制因素。研究结果表明：水稳上下基层摊铺间隔时间对层间粘结状态、平整度和压实度有一定影响，是双层连铺施工质量关键控制因素；双层连铺工艺能明显改善层间粘结状态，连续摊铺试件的抗剪强度是不连续摊铺试件的2.1倍，剪切强度是不连续摊铺试件的2.4倍；在上下基层不同铺装时间间隔下，上下层纵向平整度差异不大；上基层摊铺机对上基层横向平整度影响＜3 mm。

关键词：道路工程；水稳基层；连续铺装；施工质量

0引言

半刚性基层具有强度高、稳定性好等优点，在高等级公路中得到广泛应用。其中，水泥稳定碎石基层以其造价低、施工工艺简单、早期强度高、养护周期短等特点［1］，在半刚性基层施工中占有重要地位。在各国高等级公路的设计过程中，水泥稳定碎石基层的厚度都＞30 cm，因此传统的施工方法是采用分层不连续摊铺工艺［2］，即先摊铺一定厚度的半刚性混合料，经过长时间养护后再摊铺一层。工程实践表明，这种施工方法不合理：养护周期长；基层容易发生早期破坏；层与层之间的连接效果弱，影响了路面结构的使用寿命［3］。

目前，许多学者对水稳基层双层连续摊铺进行了深入的研究，但大多集中在水稳基层双层摊铺的使用寿命和经济性分析上，对高速公路水稳基层双层连续摊铺施工质量控制的研究较少［4-5］。来都高速公路采用水稳基层双层连铺铺筑水稳基层，双层连铺的工艺为上下基层两台摊铺机连铺连压。因此，本文基于来都高速公路水稳基层双层连铺实体工程，辅以室内层间抗拉试验、层间抗剪试验以及现场平整度检测和现场压实试验，论证水稳基层连续摊铺工艺是否能显著改善层间的粘结性能，分析施工间隔时间对现场平整度以及压实度的影响，为来都高速公路水泥稳定基层双层连续摊铺施工提供依据。

1 试验路工艺及试验方法

1.1 试验路施工工艺

在来都高速公路K251+500～K253+000右幅段落，为水泥稳定碎石基层双层连铺试验段，其上下基层厚度为17 cm+16 cm，上下基层摊铺机重量均为24 t。将试验段分为3个段落：试验段1，在K251+500～K252+000段右幅进行上下基层两台摊铺机连续铺筑，下基层铺设后需要进行压实工序，上下基层摊铺时间差为1 h；试验段2，在K252+000～K252+500段右幅进行连续摊铺，摊铺工艺为采用一台摊铺机，在下基层摊铺完成后摊铺机后退到下基层开始摊铺位置铺筑上基层，上下基层摊铺时间差为3 h；试验段3，在K252+5000～K253+000段右幅开展分层铺筑，下基层铺设6 h后铺上基层。这三段试验段的上下基层碾压工艺均一致。[HJ1.5mm]

1.2 层间抗拉强度试验

试验芯样采用岩心钻孔法，在室内制备并成型连续摊铺和分层摊铺的试件，根据规范《无机结合料稳定材料试件制作方法（梁式）》（T 0844-2009），制备梁式试件，试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm。为模拟现场施工情况，考虑到双层连铺工艺下的下基层摊铺后经过碾压成型需要1 h左右，在室内制备试件时采用分层成型的方式，上下层厚度均为50 mm，在下层制备完成后间隔1 h制备上层作为双层连铺室内试件；同时，以下层制备完成后间隔24 h制备上层作为分层铺筑试件，并以一次成型试件作为对照组。制备过程完成后，用标准固化后的金刚石薄壁空芯对试样进行钻孔，岩心通过两层界面穿透下层；顶面打磨光滑平整，用结构胶粘在圆柱形钢块上。当试件达到结构粘接强度時，放置在万能试验机上将其拉断并记录最大拉力。如下页图1所示为抗拉强度试验示意图。

1.3 平整度现场试验

基层平整度检测包括下基层检测和上基层检测。在下基层压实完成后立即进行下基层平整度检测，待上基层铺筑完成后立即在相同位置处检测平整度。选取3个段落测量纵向平整度，每处连续测5次并取平均值作为代表值，测试点位为路面中间位置；横向平整度选取3个断面，每断面连续测4次并取平均值作为代表值，沿着路面横向测量。

2 结果与讨论

2.1 层间抗拉性能

用式（1）计算界面粘接的抗拉强度。岩心直径使用游标卡尺测量。在本次试验中，D=60.0 mm。除去最大值和最小值后的测试结果如表1所示。

由表1可以看出，双层不连续铺装试件的抗拉强度非常弱，层间结合力几乎为0，双层连续铺装试件的抗拉强度是不连续铺装试件的2.1倍，说明连续铺装与不连续铺装相比，能有效改善层与层之间的粘结状态。连续铺装试件的抗拉强度较对照组为47.5%，说明连续铺装虽然能显著改善层间的结合状态，但与理想的结合状态（完全连续）仍有较大差距。

2.2 层间剪切特性

现场钻芯，在室内进行分层和连续铺筑试样剪切试验。剔除最大值和最小值后，取剩余数据的平均值作为抗剪强度值。测试结果如表2所示。

从表2可以看出，不连续摊铺试样的抗剪强度很弱，层间粘结力几乎为0。连续摊铺试件的抗剪强度是间断摊铺的3.49倍，表明连续摊铺比间断摊铺更能有效改善层间粘结状态。

2.3 平整度

各试验段纵向和横向平整度的测试结果见图2和图3。《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）中对高速公路水稳基层平整度的规定值为8 mm。由图2和图3可知，采用荷载为240 kN的摊铺机进行上基层铺筑时，上下两层的纵向和横向平整度均满足要求。不同铺装工艺对上下两层的纵向平整度影响不大。为更深入地分析不同铺筑工艺以及上基层铺筑时间间隔对平整度的影响，计算各平整度测试段落的平均值和变异系数，将其汇总于表3。

从表3可得出以下结论：

不同的铺筑方式，对上基层纵向平整度影响较小，但对上基层横向平整度有一定的影响。注意到试验段1上基层纵向平整度变异系数较大，产生该现象的原因主要为采用的是连铺连压施工方式，由于不同段落碾压完成时间有差别，导致下基层在未完全凝结受到上基层摊铺设备扰动时有一些变异，但整体而言影响较小。

根据以上分析，为保证水泥稳定基层双层连续铺筑的平整度满足要求，上基层摊铺机在新铺设的下基层上行驶时，应禁止紧急启动、紧急制动。摊铺机应尽量保持较低的速度，以防止履带与下基层之间的纵向力造成铺设的地基横向移动。同时，应对发生扰动的区域进行人工补充水稳混合料，并在有扰动的位置用小型压实设备进行再压实。

2.4 上下基层摊铺间隔时间对平整度的影响

为分析上下基层摊铺间隔时间对平整度的影响，以上下基层摊铺间隔时间为横坐标，以上下基层平整度差为纵坐标，绘制坐标图，见图4。由图4可知：

（1）对于纵向平整度而言，摊铺时间间隔对上下基层平整度差影响较小，表明不同的摊铺时间间隔对路面纵向平整度未有明显影响。

（2）对于横向平整度而言，摊铺时间间隔对上下基层横向平整度差有明显影响，且随着间隔时间的增加有增大趋势，表明摊铺时间间隔时间越长，上基层横向平整度越差。但总体而言，上基层摊铺机对横向平整度的影响可控制在＜3 mm。

（3）从图4可以发现，上下基层摊铺时间差值在1 h时，上下基层无论是横向平整度差值还是纵向平整度差值均较小。因此，在下基层摊铺后，上基层的最佳摊铺时间为＜1 h。

2.5 上下基层摊铺间隔时间对压实度的影响

由现场压实试验结果，绘制不同上下基层摊铺时间间隔与压实度的关系曲线，见图5。由图5可知：

随着间隔时间增加，上基层压实度变化较小，均在97%～100%，无太大波动，而下基层压实度有明显变化，表现为随着间隔时间增加而减小。产生该现象的原因为水泥具有一定的润滑作用，在1 h内摊铺上基层时，下基层水泥未达到初凝时间，上基层的碾压工艺一定程度上增加了下基层的压实度；當间隔时间为3 h，碾压上基层时，下基层水泥已经达到初凝时间，上基层的碾压作用对下基层有一定的扰动作用，因而影响了压实度的提高；当间隔时间为6 h时，下基层水泥已经达到终凝时间，而上基层的碾压可能会对其有一定的破坏作用。

2.6 最佳间隔时间的确定

从以上的研究可以得出结论：随着间隔时间的增加，上下基层的横向平整度差值和下层的压实度越来越差，下层的固结度和层间的结合状态不断恶化。下层的均匀性、上层的密实性和层与层之间的状态是双层连续铺装技术最关注的3个方面。因此，为了保障双层连续铺装基层的施工质量和基层之间的结合状态，建议上层铺装的最佳时间为下层铺装后的1 h内。此时，上层的平整度扰动最小，上层的稳固性作用较理想，同时保证了层间的结合。因此，在施工组织时，应在下层铺装水稳基层后尽快进行上层铺装，既能保证施工质量，又能保证层间粘结良好。

3 结语

（1）通过室内层间性能试验，证明双层连续铺装技术能显著改善层间的粘结状态，但与理想状态（全连续）仍有差距。连续摊铺的抗拉强度是间断摊铺的2.1倍，抗剪强度是间接摊铺的2.4倍。

（2）通过平整度现场检测结果分析，间隔时间对纵向平整度影响不大，但随着铺设间隔时间的增加，上下层横向平整度差逐渐增大。基于检测结果，提出了平整度扰动控制措施。

（3）分析了上下基层摊铺间隔时间对平整度和压实度的影响，提出了双层连续摊铺的最佳间隔时间，建议上层铺筑的最佳时间为下层铺筑后的1 h内。

参考文献：

［1］李青仙.水泥稳定碎石基层双层连铺施工技术应用［J］.交通世界，2022（16）：113-115.

［2］安 平，高俊启，盛余祥，等.基于基层大厚度和双层面层一体摊铺的基面连铺技术［J］.公路与汽运，2021（5）：59-61，64.

［3］杨 武.水泥稳定碎石基层双层连续摊铺施工工艺及质量控制［J］.交通世界，2020（7）：22-23，49.

［4］胡 涛.水稳碎石底基层双层连铺技术在潮湿多雨地区的应用［J］.智能城市，2020，6（10）：222-223.

［5］许军朝.水泥稳定碎石双层连铺施工工艺［J］.交通世界，2016（33）：8-9，11.

作者简介：覃 林（1974—），高级工程师，主要从事公路工程建设管理研究工作。