骨架抗裂型水泥稳定碎石基层施工技术与质量控制

关键词：水泥稳定碎石；质量控制要点；技术控制措施；施工工艺 
1.工程概况
人民路是吴江市中心城区的东西向城市主干路，本次工程为人民路西延伸工程（太湖新岸堤—吴模路）道路新建工程（里程范围为K0+000～K4+500.087），道路全长4.5km。
人民路规划红线宽度44m，按机动车道双向6车道布置，标准段车道宽22m，机非绿化隔离带3m， 非机动车道3.5m，人行道4.5m（含1.5m绿化带）。38cm厚水泥稳定碎石（骨架密实型）。
2.对基层的主要技术要求
  （1）有足够的强度和刚度（残余变形、剪切破坏、疲劳破坏）。
  （2）有足够的水稳性和冰冻稳定性（含土较多、塑性大的基层含水量增加强度降低，聚冰带在春融化冻期间材料强度降低。
  （3）有足够的抗冲刷能力（车辆荷载作用下，动水对细料的冲刷）。
  （4）收缩性小（水份减小产生的干缩程度，温缩程度）。
  （5）有足够的平整度。
  （6）与沥青面层有良好的结合。 
3.影响水稳强度的因素
3.1集料对水稳强度的影响
集料的类别和性质是影响水泥碎石强度的重要因素之一。表1列出了碎石水泥稳定后的一些特性。

表1    碎石水泥稳定后特性

无侧限抗压强度 7d  MPa
弯拉弹性模量
MPa
CBR*
水泥用量
（集料的％）
2.8～10.5以上
(7～21)×103
≥600
≤5
3.2水泥的成分和剂量对水稳强度的影响
各种类型的水泥都可以用于稳定碎石。对于同一种集料，水泥矿物成分是决定水稳强度的主导因素。在通常的情况下，硅酸盐水泥的稳定效果较好，而铝酸盐水泥则较差。当水泥的矿物成分相同时，水稳的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高。在硬化条件相似的情况下，当水泥的矿物成分相同时，随着水泥分散度的增大，其化学活性程度和硬化能力也有所增长，从而水泥稳定的强度也大大提高。
3.3含水量对水泥强度的影响
水稳混合料中的含水量对水稳的强度有很大的影响。当混合料中含水不足时，水泥就要与集料争水，若集料对水有更大的亲和力，就不能保证水泥的完全水化和水解作用。水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的 20%。另外，水稳的含水量不适宜时，也不能保证水泥在混合料中的均匀分布，更不能保证达到最大压实度的要求。
3.4工艺过程及养生条件对水泥强度形成的影响
水泥、集料拌和得愈均匀，水稳的强度和稳定性愈高。拌和不均匀会使水泥剂量少的地方强度不足，而水泥剂量多的地方则裂缝增加。延迟2~4h，抗压强度损失11%~26%，6h损失近50%。养生结束后，随着暴露时间增加时就会产生间距5~10m的干缩裂缝。
从开始加水拌和到完成压实的延迟时间，对水稳的密实度和强度有很大的影响。间隔过长，水泥会部分结硬，一方面影响到水稳的压实度，而压实度对强度的影响很大；另一方面将破坏已结硬水泥的胶凝作用，使水稳的强度下降。为保证水泥的水化，在初期养生阶段应采用土工布覆盖洒水保持潮湿，每天洒水的次数和养生天数视当地气候条件而定。
水稳路面基层初期强度高并且强度随龄期增长，提高了路面使用品质，延长了使用寿命，可以节约大量的后期养护费用，具有较好的经济效益。
4.水稳路面基层施工工艺（图1）


图1  基层施工工艺
5.水稳路面基层质量控制
随着水稳在公路路面基层中的广泛应用，同时也暴露出原材料质量不合格、配合比不准确、拌和不均匀、摊铺不平整、粗集料离析、碾压不密实、接缝不平整等质量问题，从而形成强度不足、局部松散破碎、干缩裂缝、起皮、松散、裂缝、弹簧、翻浆等质量缺陷。为了保证路面基层满足设计要求和使用要求，监理必须依据相关规范、标准层层把关，严格控制，重点是控制原材料选择、混合料组成设计和施工工艺过程。
水稳路面基层的原材料主要有水泥、粗集料、细集料、矿粉。为把好原材料质量关，应加强对各类原材料的料源进行实地考察，在使用过程中由现场业主、监理及技术服务公司共同见证按规定频率抽样检验，不合格的材料严禁用于本工程中。
5.1 水泥
  普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥都可用于拌制水泥稳定碎石混合料，宜采用PO.325缓凝水泥；不同类型的水泥具有不同的干缩性.选用干缩性小的水泥,可在一定程度上降低裂缝的几率，推荐普通硅酸盐水泥；不应采用早强水泥，早强水泥水化热比较大，对温缩不利；水泥各龄期强度、安定性等应符合规定；水泥初凝时间应不少于3h，终凝时间不少于6h。
5.2  碎石  
碎石的最大粒径为31.5mm，宜按粒径9.5～31.5mm、4.75～9.5mm、2.36 ～4.75mm和0～2.36mm四种规格备料，其中4号料（0～2.36mm）宜采用玄武岩或辉绿岩石料。碎石压碎值应≯28%，粗集料针片状含量应≯18%（宜≯15％）。1号料与2号料中通过0.075mm的含量应≯1.5%，3号料中通过0.075mm的含量应≯3%，4号料中0.075 mm 通过率应≯15%；碎石中＜0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限＜28%，塑性指数＜9。
水泥稳定碎石颗粒组成应符合表2的规定。
表2  水泥稳定碎石混合料中集料的颗粒组成
                      类型
方筛孔尺寸mm
级配碎石级配范围要求（通过量%）

级配下限
级配上限
31.5
100
100
19
72
85
9.5
40
58
4.75
25
38
2.36
16
28
0.6
8
15
0.075
0
5
5.3水
    凡饮用水皆可使用，遇到可疑水源，应委托有关部门化验鉴定。    
6.现场试验段的施工
在进行大面积的正式施工前应根据初步确定的设计配合比铺筑试验段，通过试验段的铺筑，以获得最优生产配合比、合适的拌和时间、摊铺速度、压实机具的组合及碾压工艺、松铺系数及合适的作业长度等一系列控制参数，提出标准施工方法。试验段除强度及几何尺寸满足要求外，现场钻芯取样的完整性也是控制的关键环节，试验段长度宜为100～150m，宜选用两种或多种不同的碾压组合，必要时可调整水泥用量及含水量试验。
6.1  混合料的拌和
拌合注意事项：①计算当天的施工配合比；②含水量要比最佳含水量略高1%以内，并应根据气温、失水情况进行调整；③随时在线检查配比、含水量是否变化；④料斗上口必须安装钢筋网盖，筛除超出粒径规格的集料及杂物，同时，为避免施工时冷料斗串料，料斗需加高隔板； ⑤装车时车辆应前后移动，分三次装料。
6.2  混合料的出料和运输
拌和机出料不允许采取自由跌落式的落地成堆、装载机装料的办法，应采用带活动门漏斗的料仓，由漏斗出料直接装车，装车时车辆应前后移动，分三次装料，避免混合料离析。运输注意事项：①装料前应将车厢清洗干净；②运输车辆数量一定要满足拌和出料与摊铺需要；③应尽快将拌成的混合料运送到铺筑现场，超过水泥初凝时间，必须予以废弃；④配备毡布。车上的混合料应覆盖，减少水分损失；⑤运输车卸料有专人指挥。
6.3 混合料的摊铺
摊铺注意事项：①摊铺机前30～40m内喷洒水泥净浆；②摊铺机连续摊铺（确保摊铺现场待卸料车不少于5辆）；③梯队作业 ，型号一致，参数一致；④摊铺机宜连续摊铺，禁止摊铺机停机待料，摊铺机的摊铺速度一般宜在1m/min左右；⑤摊铺机在安装、操作时应采取如降低布料器前挡板的离地高度等混合料防离析措施；⑥螺旋布料器应有三分之二埋入混合料中；⑦尽量减少摊铺机收放料斗；⑧摊铺机后面应设专人消除离析现象。
6.4 混合料的压实
1）每台摊铺机后面，应紧跟振动压路机和轮胎压路机进行碾压，一次碾压长度一般为50～80m。碾压段落必须层次分明，设置明显的分界标志，有监理旁站。
2）碾压应遵循试铺路段确定的程序与工艺。注意稳压要充分，振压不起浪、不推移。压实时，遵循稳压（遍数适中，压实度达到90%）→振动碾压→胶轮稳压的程序，压至无轮迹为止。碾压完成后用灌砂法检测压实度。
3）压路机碾压时应重叠1/2轮宽。
4）压路机倒车应自然停车，不许刹车；换挡要轻且平顺，不要拉动基层。在__遍初步稳压时，倒车后应原路返回，换挡位置应在已压好的段落上，在未碾压的一头换挡倒车位置错开，要成齿状，出现个别拥包时，应进行铲平处理。
5）压路机碾压时的行驶速度，第1～2遍为:1.5～1.7km/h，以后各遍应为:1.8～2.2km/h。
6）压路机停车要错开，相隔间距≮3m，应停在已碾压好的路段上。
7）严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头和急刹车。
8）碾压宜在水泥初凝前及试验确定的延迟时间内完成，达到要求的压实度，同时没有明显的轮迹。
9）为保证水泥稳定碎石基层边缘压实度，应有一定的超宽；对用方木或型钢模板支撑时，也应有一定超宽。
6.5横缝设置
1）水泥稳定碎石混合料摊铺时，应连续作业，如因故中断时间超过2h，则应设横缝；每天收工之后，第二天开工的接头断面也要设置横缝；要特别注意桥头搭板前水泥碎石的碾压。
2）横缝应与路面车道中心线垂直设置，接缝断面应是竖向平面。其设置方法：①压路机碾压完毕，沿端头斜面开到下承层上停机过夜；②第2天,将压路机沿斜面开到前一天施工的基层上，用3m直尺纵向放在接缝处，定出基层面离开3m直尺的点作为接缝位置，沿横向断面挖除坡下部分混合料，清理干净后，摊铺机从接缝处起步摊铺；③压路机沿接缝横向碾压，由前一天压实层上逐渐推向新铺层，碾压完毕再纵向正常碾压；④碾压完毕，接缝处纵向平整度应符合水泥稳定碎石基层质量标准规定。
6.6检查控制
碾压完成后用灌砂法检测压实度。碾压要达到要求的压实度，同时没有明显的轮迹。
采用振动成型法成型的水泥稳定碎石7d浸水无侧限抗压强度代表值应≮5.0MPa。同时，应采用静压法成型进行7d无侧限抗压强度试验，强度代表值应≮3.0MPa。
水泥稳定碎石基层质量标准见表3。


  表3  水泥稳定碎石基层质量标准
检查项目
质量要求
检查规定
备注

要求值或容许误差
质量要求
最低频率
方法

压实度
％
≮97
符合技术规范要求
1点/1000m2
用灌砂法检查，采用振动击实标准

平整度mm
≤10
平整、无起伏
3处/20m
用3m直尺连续量10尺，每尺取最大间隙

纵横高程mm
±15
平整顺适
1断面/20m
每断面3~5点用水准仪测量

厚度
mm
±10
均匀一致
1处/200m/车道
每处3点，路中及边缘任选挖坑丈量

宽度mm
不小于设计
边缘线整 齐，顺适，无曲折
1处/40m
用皮尺丈量

横坡度 ％
±0.3

3个断面/100m
用水准仪测量

水泥剂量 ％
±0.5

每2000m26个以上样品
EDTA滴定
及总量校核
拌和机拌和后取样
级配

符合表1要求
每2000m21次
水洗筛分
拌和机皮带取样
强度 MPa
3～5
静压法成型强度≥3.0MPa;振动压实成型强度≥5.0MPa
1组／2000m2
7d浸水抗压强度

含水量（％）
+0～+1
最佳含水量
随时
烘干法

外观要求
① 表面平整密实，无浮石，弹簧现象；
② 无明显压路机轮迹。
注：（1）水泥稳定碎石基层7d龄期必须能取出完整的钻件，如果取不出完整钻件，则应找出不合格界限，进行返工处理。
  （2）水泥稳定碎石级配宜控制在设计级配范围以内，不应超过设计级配范围的上限。施工中关键筛孔级配值与生产配合比设计值允许误差为：0.075mm，±2%；2.36mm，±4%；4.75mm，±7%。
6.7 养生及交通管制
6.7.1养生方法
应将麻布或透水无纺土工布湿润，然后人工覆盖在碾压完成的基层顶面。覆盖2小时后，再用洒水车洒水，在7d内应保持基层处于湿润状态，28d内正常养护。养生结束后，应将覆盖物清除干净。
6.7.2洒水方式
用洒水车洒水养生时，洒水车的喷头要用喷雾式，不得用高压式喷管，以免破坏基层结构，每天洒水次数应视气候而定，整个养生期间应始终保持水泥稳定碎石层表面湿润。养生期间应封闭交通。
7.结语
水泥稳定碎石施工，随着施工机械化程度的提高，施工速度的加快，事先和事中控制显得尤为重要，否则将给实体造成一定的质量隐患，带来一定的经济损失。为此，提出了控制要点和控制措施是与当时施工技术条件相对应的，随着原材料质量、机械化程度、施工经验等方面的变化可能会提出不同的控制要点及控制措施。
参考文献
[1]孙兆辉等.水泥稳定碎石基层材料干缩及影响因素分析[J].建筑材料科学报,2006,（02）：166-171
[2]郭忠印等.水泥稳定碎石基层施工质量控制[J].公 路,2004,（09）：157-162
[3]吴江市松陵大道、学院路西延、高新路西延及人民路西延工程路面施工指导意见汇编