公路路面基层水泥稳定碎石基层技术要点

袁勋

（安徽水利开发有限公司， 安徽 蚌埠 233010）

现代公路工程中， 水泥稳定碎石基层凭借建设成本低廉、 稳定性强、 使用寿命长的优势， 逐渐取代了原有路面基层形式， 提高了工程建设质量与综合效益。 与此同时， 水泥稳定碎石基层也存在温湿度变化敏感等局限性， 在施工期间受到错误操作行为影响， 可能会产生裂缝等质量通病， 进而影响路面的使用性能， 降低其耐久性。 因此， 要保证路面结构的整体性和安全性， 就需要加大对水泥稳定碎石基层施工技术的研究， 从而建设高规格的公路工程。

1 公路路面水泥稳定碎石基层技术概述

1.1 技术原理

水泥稳定碎石基层简称为水稳层， 提前在工程现场准备水泥固结级配碎石， 将所制备混合料在公路路段中依次开展摊铺、 碾压与养护处理， 把级配碎石作为骨料， 在骨料空隙内填充适量灰浆或其他种类胶凝材料， 基于嵌挤原理来形成基层结构， 随着时间推移而持续提高强度与压实度， 最终形成具备良好抗冻性、 抗渗性与较高强度的板结体， 具有表面坚实、 遇水不泥泞的优点。

1.2 技术特点

相比于其他公路路面基层技术， 水泥稳定碎石基层技术具有稳定性强、 抗疲劳性强的特点， 这也是水稳层技术应用价值的主要体现。 第一， 稳定性强， 水稳层凭借碎石间嵌挤锁结状态来维持稳定性与保持强度水准， 正常情况下7d 无侧限抗压强度达到1.5 ～4.0MPa区间， 明显高于其他种类路面基层，因而在承受较重上部荷载时仍可保持结构稳固状态，不易出现基层变形等质量通病。 第二， 抗疲劳性，水稳层中所使用的水泥、 集料等原材料均具备良好物理力学性能， 在水稳层使用期间， 可以有效控制路用性能下滑速度， 在全寿命周期内始终保持良好路况， 不易因过度疲劳而频繁出现裂缝质量通病[1]。

1.3 质量影响因素

根据实际施工情况， 在公路路面基层施工期间，影响水泥稳定碎石基层质量的影响因素多， 如果在原材料、 现场施工操作、 配合比、 养护龄期等， 某一环节出现问题， 都会对水稳层成型质量造成明显的影响。 例如， 从水泥稳定碎石基层强度角度来看，影响因素包括水泥剂量、 级配、 压实度， 与含水率等因素， 如在级配与龄期时间完全相同情况下， 水泥剂量与无侧限抗压强度保持正比关系， 如果水泥剂量偏少， 会明显降低无侧限抗压强度。 从裂缝形成角度来看， 如果所制备混合料含水量不达标， 在路面基层摊铺、 碾压与养护期间， 随着时间推移，基层空隙中所含水分持续蒸腾逸散， 在含水量低于一定标准后出现干燥收缩现象， 含水量越低， 则干燥收缩程度越严重， 最终形成反射裂缝。

2 公路路面水泥稳定碎石基层施工要点

2.1 施工前期准备

为保证公路路面水泥稳定碎石基层施工作业得以顺利开展， 施工过程与作业质量不受其他因素影响， 需要在正式施工前做好设备选型就位、 下承层准备、 测量放样、 原材料选材等方面的准备工作：1） 在设备选型就位方面， 根据公路工程施工要求来选择摊铺机与压路机型号， 将设备转运入场、 停放在指定位置， 并对设备规格型号、 外观质量进行检查， 开展调试运行试验来判断设备工况稳定与否。例如， 对水稳层摊铺均匀度、 平整度有严格要求，并要求一次性完成摊铺作业时， 可选择配备DT1800等型号摊铺机； 2） 在下承层准备方面， 检查下承层表面的平整度、 洁净度是否达标， 清理表面灰尘杂物， 对缺陷部位进行修补处理， 验收通过后在下承层表面淋洒适量水分或喷涂水泥浆， 以此来保持下承层湿润状态， 强化层间粘结效果； 3） 在测量放样方面， 测量人员参照施工图纸， 在现场测量基层边缘线位置并打入标示桩， 将放桩位置与边缘线间距控制在0.4m左右、 相邻桩体间距控制在10.0m左右， 并采取钢丝引导方式来弹放高程控制线， 在曲线路段与直线路段中分别把相邻钢丝支架间距控制在5m和10m， 以及在后续水稳层施工期间重复多次开展复核作业[2]； 4） 在原材料选材方面， 根据工程情况来明确各类原材料的性能指标要求。 例如， 对于水泥材料， 需要选用终凝时间在5 ～8h 左右、 标号不小于32.5、 水化热较小的水泥， 正常情况下选用42.5 标号普通硅酸盐水泥即可。 对于集料， 可选用粒径在4.75mm及以上的破碎砾石作为粗集料，选用无风化、 级配良好的细集料。 而对于拌合水，需要选用水质较高的人畜饮用水， 检测拌合水pH值是否达标， 滤除水体中的固体颗粒等杂质。

2.2 混合料制备与运输

首先， 在混合料制备环节， 提前检查原材料质量状态， 筛除集料中夹杂的腐殖土等杂质， 检查水泥是否出现潮湿、 结块问题， 并要求准备的拌合水pH值在4.6 及以上、 含盐量少于0.005mg/m3。 确定无误后， 按照初步配合比方案开展试拌作业， 对混合料样品性能进行检测， 根据检测报告来调整配合比方案， 确定原材料最佳用量占比。 随后， 使用电子计量装置来称取水泥、 集料等原材料用量， 以及对原材料含水率进行检测， 要求原料用量偏差在0.5%以内、 含水率偏差在±0.5%以内。 最后， 根据所选用拌合机种类来确定投料顺序与搅拌时间，如在使用强制式拌合机时， 工作人员依次在搅拌仓内投加50%碎石、 砂、 水泥与剩余碎石， 同步加水搅拌， 并把搅拌时间控制在90 ～150s以内， 着重观察混合料状态， 确定色泽一致、 混合均匀后， 即可完成搅拌作业， 对混合料性能质量进行检查， 无误后将混合料转运入场， 必须在规定时间内完成水稳层摊铺碾压作业[3]。

其次， 在混合料运输环节， 考虑到混合料状态会受到温度、 车辆颠簸等因素影响， 严重时出现颗粒离析与含水量过度损失等质量问题。 因此， 需要提前规划合理的运输路线， 严格把控运输时间， 并将混合料放置在车厢内密封运输。 例如， 从含水量损失角度来看， 根据工程现场温度与风力等级来确定最大运输时间， 在现场气温保持在20℃左右、 风力等级2 ～4 级时， 将混合料覆盖运输时长控制在4h内， 将无覆盖运输时长控制在1.5h 内。 同时， 待混合料运输入场后， 对混合料含水量损失程度、 状态进行检查， 如果存在含水量过度损失和离析等问题，则将混合料进行重新搅拌。

2.3 摊铺整平

在水稳层摊铺环节， 施工人员提前对公路底基层强度、 下承层洁净状态、 混合料状态进行全面检查， 及时消除质量隐患， 确定无误后， 再启动摊铺机开展基层摊铺作业。 随后， 在工程现场配备2 台或更多台数摊铺机， 对前后台摊铺机的间距与相对位置进行控制调整， 操纵多台摊铺机同步开展摊铺作业， 把摊铺速度保持在2.5m/min 左右， 分多次完成全部路段的水稳层摊铺作业， 把单次摊铺长度控制在50m左右， 并在相邻分区交接部位设置摊铺接缝。 最后， 待水稳层摊铺完毕后， 施工人员对水泥稳定碎石基层的虚铺厚度、 有效摊铺范围、 预压实度进行检查， 对于虚铺厚度不达标、 漏铺部位和预压实度不达标的部位开展人工补铺作业。

此外， 在水稳层摊铺期间， 受到料斗混合料数量、 摊铺方向与速度等因素影响， 可能会出现混合料离析现象， 导致最终成型质量存在不确定性。 例如， 在料斗内混合料数量偏少时， 料斗在摊铺期间处于收合状态， 大颗粒混合料朝刮板方向堆积， 最终在摊铺层中出现窝状离析问题。 对此， 施工人员需要严格控制摊铺宽度、 摊铺方向、 料斗阀门放开程度、 料斗装料量等工艺参数， 并还需观察摊铺层中是否存在离析问题， 及时对离析部位进行返工处理。

2.4 碾压修边

水稳层碾压修边期间要严格遵循“先慢后快”、“先内后外” 施工原则， 在工程现场合理选择水稳层碾压顺序与起始点， 严格控制碾压速度， 在水稳层碾压一段距离后再适当增加碾压速度， 禁止施工人员私自调节碾压速度、 碾压遍数等工艺参数， 或是采取压路机中途刹车、 掉头等违规操作行为。 随后， 为确保水稳层压实度达标， 需要分多次开展碾压作业， 明确各遍碾压作业的碾压速度与压路机型号。 例如， 在初压步骤， 一般情况下配备双钢轮振动压路机， 把碾压速度控制在1.5 ～2.0km/h。 最后， 待碾压完毕后， 对水稳层表面平整度、 压实度进行检查， 如果存在平整度偏差超标、 压实度不达标以及表面残留车辙等问题， 则额外开展适当遍数的碾压作业。 例如， 在水稳层表面存在车辙时， 重复开展终压作业， 直至表面车辙完全消失后， 方可结束碾压， 完成水稳层碾压修边作业。

2.5 覆盖养护

在覆盖养护环节， 要求施工人员在水稳层表面覆盖塑料薄膜或是湿润麻袋片等材料， 人为营造湿润、 温度稳定的养护环境， 水稳层在养护状态下持续提高强度与固结成型， 需要根据施工要求来确定最短养护时间， 正常情况下把养护时间控制在7d 以上， 并在养护期间定期在表面淋洒水分， 始终保持水稳层表面湿润状态。 同时， 还需要在特殊情况下采取防护措施， 如在炎热夏季采取遮阳措施， 在寒冷冬季采取防冻措施， 避免水稳层受到外部气温影响出现开裂、 体积膨胀变形等质量通病。

3 公路路面水泥稳定碎石基层施工质控措施

3.1 试验段施工

在现代公路工程中， 水泥稳定碎石基层工艺流程复杂， 该环节质量标准严格， 如果工艺参数设定不当， 将会明显影响水稳层成型的质量与路面路用性能。 因此， 为优化施工技术方案， 提前发现并处理工艺缺陷， 需要在工程现场选择一处代表性路段作为试验段， 按照施工技术方案开展试验段施工作业， 以此来总结施工经验、 论证施工技术方案是否具备可行性与现场实操条件。 随后， 在试验段施工完毕后， 对水稳层压实度、 芯样强度、 芯样厚度与完整性、 弯沉值与平整度进行全面检测， 深入分析各处质量缺陷的形成原因， 在其基础上采取改进措施。 例如， 在试验段水稳层压实度不达标时， 可以增加碾压遍数、 调整碾压速度、 更换其他规格型号压路机， 并在水稳层碾压期间同步向表面淋洒适量水分， 以此来解决水稳层表面发白、 石子跳动等问题。

3.2 基层路用性能试验

在路面水泥稳定碎石基层施工完毕后， 要求施工单位对路用性能进行全面检测[4]， 对比检测结果与施工标准， 以此来判断水稳层成型质量是否达标，从中发现质量隐患并组织开展返工作业， 避免在后续影响到公路路况与交通安全。 一般情况下， 需要在基层路用性能检测环节设立无侧限抗压强度、 抗析强度与抗压回弹模量等试验项目。 例如， 在抗析强度试验项目中， 提前准备三组试件， 分别保持为完全连续状态、 半连续状态和光滑状态， 将养生龄期设定为90d， 根据试件尺寸、 跨距与破坏极限荷载等已掌握信息来计算各组试件的弯拉强度， 对比试验结果与施工标准， 判断水稳层抗析强度是否达标[5]。

3.3 原材料质控

为减小材料因素对水稳层施工质量乃至公路结构性能造成的影响， 施工单位需要提前对所准备各种类原材料的性能质量进行全面检查， 退回劣质材料。 例如， 对于水泥材料， 将水泥细度、 凝结时间、抗压强度、 抗析强度与安定性等作为检测内容， 如检测水泥细度是否小于10%、 水泥初凝时间是否超过45min， 水泥在3d 和28d 龄期时的抗析强度是否超过2.5MPa与5.5MPa。 而对于粗集料， 以粒径值、压碎值、 针片状含量与含泥量等作为检测内容， 如检测粗集料压碎值是否在30%以内、 针片状含量是否在20%以内、 含泥量是否小于1%。

3.4 路面成型质量变异控制

根据路面成型质量检测结果来看， 在水泥稳定碎石基层施工期间， 受多方面因素影响， 在碾压环节偶尔出现成型质量变异问题， 包括压实度变异、厚度变异和平整度变异等， 施工单位需要了解各类参数变异问题的形成原因， 并在施工方案中采取相应防治处理措施。 例如， 针对压实度变异问题， 要求施工人员在水稳层整形结束后操控18t三轮压路机在全宽范围内继续开展碾压作业， 将重叠宽度控制在1/2 轮宽左右， 按照从内到外顺序完成超高路段水稳层碾压作业， 以及按照从两侧至中间顺序完成平曲线路段和直线路段的水稳层碾压作业。 针对厚度变异问题， 需要采取准确计算松铺系数、 调整松铺厚度、 优化碾压参数的防控措施， 并在水稳层压实厚度较大情况下采取分层摊铺、 分层碾压方式[6]。

4 结语

公路建设当中， 路面水泥稳定碎石基层是重要的核心部分， 公路的质量好不好， 路面水泥稳定碎石基层是决定性的因素。 要想公路能长期的保持稳定性和耐久性， 路面水泥稳定基层工程建设的好坏是关键。 因此， 施工单位必须提高对水泥稳定碎石基层施工技术的重视程度， 全面掌握技术操作要点，严格把控混合料制备、 摊铺整平、 碾压修边等施工环节作业质量， 并采取试验段施工、 路用性能试验、原材料质控、 成型质量变异控制等质控措施， 为水泥稳定碎石基层施工质量提供保证。