水泥穩定碎石路面基層施工技術探討
―――肖春青―――
內容摘要
結合省道248線老坪石至坪石段二級公路改建工程K0+000～K5+900段水泥穩定碎石基層配合比設計、施工控制過程，從施工工藝和施工組織的角度，探討了水泥穩定碎石的施工質量控制過程和控制要點。首先，介紹了省道248線公路基層施工的經驗、教訓及其技術關鍵，對無機結合料穩定材料的干縮特性進行分析。對水泥穩定碎石基層的技術關鍵環節作了重點強調；其次，討論了碎石基層混合料的最佳級配要點及現代化施工工藝和質量控制。對混合料的配比，以實驗室的資料為依據，結合工地的實地情況，選擇最佳配比；最后，討論了半剛性基層施工中的問題。
關鍵詞
水泥穩定碎石 基層 施工 技術探討
前 言
省道248線老坪石至坪石段二級公路改建工程K0+000～K5+900段，因地勢較低且地處武江河泛區，沿線路基基本為強風化紅砂巖，有嚴重的地下裂隙水。設計采用水泥混凝土路面，其基本結構為
一、 組成設計
近年來的實踐表明，水泥穩定碎石作為路面基層應綜合考慮其強度、回彈模量、收縮和抗沖刷能力等指標選擇集料級配、水泥劑量和含水量等。在施工過程中，要想發揮水泥穩定碎石的優良性能，首先應通過其配合比組成設計予以保證。水泥穩定碎石其組成設計大體步驟，如圖1所示。
圖1
（一） 集料級配對抗壓強度的影響
對于半剛性基層路面結構，基層要承受荷載，應具有一定的荷載擴散能力。集料自身強度及級配組成都對水泥穩定碎石基層的承載能力有重要的影響。
公路設計規范中所規定的級配范圍是總結了全國各地的實踐經驗而得來的，該級配范圍是很廣泛的。但我們在具體應用中并 不是只要在這個范圍內的級配就能滿足要求，要因地制宜、根據當 地的實際情況確定級配范圍。
表1給出了四個級配，前三個級配參照規范規定的級配范圍， 選取上、中和下限作為設計標準進行集料組成設計，級配四為S型級配。
表1 水泥穩定碎石級配組成
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31.5 |
26.5 |
19 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
0.6 |
0.075 |
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級配1(%) |
100 |
96 |
89 |
66 |
45 |
35 |
18 |
5 |
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級配2(%) |
100 |
94 |
82 |
55 |
36 |
28 |
14 |
4 |
|
級配3(%) |
100 |
92 |
76 |
49 |
29 |
21 |
11 |
3 |
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級配4(%) |
100 |
99 |
96 |
62 |
28 |
19 |
10 |
3 |
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規范上限通過率(%) |
100 |
100 |
89 |
67 |
49 |
35 |
22 |
7 |
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規范下限通過率(%) |
100 |
90 |
72 |
47 |
29 |
17 |
8 |
0 |
按照每種混合料的最佳含水量和壓實度要求制作試件，試件在標準養護條件下，養生6天，浸水1天，然后進行測試，其具體結果見表2。
表2 水泥穩定碎石各種級配試件測試結果
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級配編號 |
級配1 |
級配2 |
級配3 |
級配4 |
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強度平均值R |
4.86 |
4.79 |
3.79 |
4.57 |
|
標準差σ |
0.34 |
0.13 |
0.77 |
0.55 |
|
強度代表值R’ |
4.31 |
4.57 |
2.52 |
3.67 |
表中平均值說明， 級配1和級配2和級配4滿足規范要求的混合料7天、強度≥4.0Mpa的要求； 強度代表值說明，級配1和級配2滿足規范要求，這是由于混合料形成的結構密實、粒料間粘結力增強、材料的整體強度得到提高。
（二） 水泥劑量對抗壓強度的影響
根據規范要求，對水泥穩定碎石基層選擇強度值較高的級配中值，按照五個不同的摻量(3%、4%、5%、6%、8%)進行強度試驗。通過試驗對比發現，同樣的級配組成和水泥標號、水泥劑量對混合料的強度影響很大，其強度隨水泥劑量的增加而提高。
（三） 混合料的縮裂特性
水泥穩定碎石的收縮分為干縮和溫縮兩種，其中的干縮是指材料內部水分蒸發而引起的體積收縮現象，主要發生在工程完工后初期階段；當基層上鋪筑面層后，基層的含水量一般變化不大，此時基層的收縮轉化為以溫縮為主。
省道248線老坪石至坪石段二級公路改建工程K0+000～K5+900段施工之前，進行了室內試驗，采用級配2和 5%、6%這兩種水泥劑量進行制件，經過7天養護后進行干縮試驗，經過14天養護后進行溫縮試驗。通過對比發現：干縮應變隨著時間的延長而增加，但到后期增長緩慢；隨著時間的增長，失水率不斷增加，但在失水初期1周后增加迅速，隨后漸趨平緩；水泥劑量對干縮應變有影響，且溫縮應變隨著溫度的增加而增大。與干縮應變相比，在正溫度范圍內由溫度引起的溫縮應變要小的多，而水泥劑量對水泥穩定碎石溫縮特性卻影響不大。
（四） 延遲時間的影響
水泥穩定碎石從加水拌和到碾壓終了，延遲時間對混合料強度及所能達到的干密度有明顯的影響。延遲時間越長，混合料的強 度和干密度的損失越大。因此在水泥穩定碎石基層施工過程中， 既要采用終凝時間較長的水泥以延長凝結時間，又要控制施工的延遲時間以減少強度的損失。
二、 施工技術
路面基層施工，采用集中廠拌、攤鋪機攤鋪，按層次施工。從水穩基層集料的調配，到混合料試件的制作，從試鋪段施工，到大面積的攤鋪，本人一直參與其中。下面結合本工程的水泥穩定碎石基層的實際工作經驗，談談水泥穩定碎石施工前的準備工作、水穩碎石施工工藝以及碾壓結束后的檢測工作。
（一） 施工前的準備工作
1、原材料及配合比設計
（１）原材料采購
首先必須把好料源頭關，其次對所進每批材料都必須按規范要求的檢測頻率進行自檢，自檢合格后報監理組、業主抽檢，經三方檢測合格后才組織上料，同時留樣備查。材料入庫后，必須嚴格管理料場，做到材料整潔無污染，對石料必須進行隔倉處理，插牌明示，細集料采取必要的覆蓋措施，采取加蓋防水彩條布及防雨棚的辦法。
①水泥
硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥都可以用于水泥穩定碎石路面基層施工，禁止使用快硬水泥、早強水泥以及其它受外界影響而變質的水泥。我標項目部經招標采用湖南郴王水泥廠生產的P032.5 早強緩凝水泥。水泥各齡期強度、安定性等應達到相應指標要求：要求水泥初凝時間3小時以上、終凝時間不小于6小時，3d抗壓強度不小于18Mpa。
②碎石
基層用級配碎石備料按粒徑9.5～31
③水
凡飲用水皆可使用，遇到可疑水源，委托有關部門化驗鑒定。項目部就近采用武江河中水源。
(2)配合比組成設計
①取工地實際使用的集料，分別進行篩分。按顆粒組成進行計算，確定各種集料的組成比例，同時要求4．
水穩碎石混合料中集料的顆粒組成通過下列篩孔（mm）的重量百分率（%）
級配 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
范圍 100 90-100 72-89 47-67 29-49 17-35 8-22 0-7
②取工地使用的水泥，按不同水泥劑量分組成試驗。一般水泥劑量按4%、5%、6%、7%、四種比例進行試驗（水泥:集料＝4.0:100、5.0:100、6.0:100、7.0:100）。制備不同比例的混合料，用重型擊實法確定各組混合料的最佳含水量和最大干密度。
③為減少基層裂縫，做到三個限制：在滿足設計強度的基礎上限制水泥用量；在減少含泥量的同時，限制細集料、粉料用量；根據施工時氣候條件限制含水量。具體要求水泥劑量不大于5.5%、集料級配中
④根據確定的最佳含水量，拌制水泥穩定碎石混合料，按要求壓實度（重型擊實標準98%）。制備混合料試件，在標準條件養護6 天，浸水一天后取出，做無側限抗壓強度。
⑤水泥穩定碎石7 天浸水無側限抗壓強度代表值滿足R≥3.5MPa。
⑥取符合強度要求的最佳配合比作為水泥穩定碎石的生產配合比，用重型擊實法求得最佳含水量和最大干密度，經批準，以指導施工。經施工單位、監理組、項目辦三家試驗，最終采用1＃料：2＃料：3＃料：4＃料＝30：30：13：27，水泥劑量5.0%，最佳含水量5.0%，最大干密度
2、基層的準備
（1） 路面現場準備
①外形檢查，檢查底基層高程、中線偏位、寬度、橫坡度和平整度。
②底基層應進行壓實度檢查，凡不符合要求的路段，應分別采用碾壓、填換好的材料等方法處理，達到規定要求。
③清除底基層表面的浮土、雜物等，并將底基層表面灑水濕潤。
（2） 測量準備
提前做好路面中樁、原地面測量，寬度放樣，寬度必須滿足設計要求，為確保邊緣部分壓實度，兩邊支立枕木，確保支撐牢固。按松鋪系數架設好鋼絲繩（一般可采用1.29），松鋪系數測定時采用相對坐標測量的方法，即儀器架立不動，分別測量原地面、碾壓前、碾壓后的相對標高，松鋪系數＝（碾壓前的相對標高－原地面的相對標高）÷（碾壓后的相對標高－原地面的相對標高），取有效碾壓厚度值的松鋪系數平均值作為松鋪系數，大面積攤鋪時再進一步測量。鋼絲繩架設原則為確保厚度的前提下兼顧縱斷高程。開始攤鋪前的前一天進行測量放樣，攤鋪機寬度與傳感器間距，間距為
3、和樓的試拌
通過試拌檢查其運作是否正常，特別是對各材料用量控制是否準確。
（二）水泥穩定碎石施工工藝
1、水穩碎石拌制
（1） 水穩碎石拌和機我部采用一臺WDB500 拌和機，每小時產量500T，實際出料在350T～400T 之間，配5 個進料斗，料斗口安裝鋼筋網蓋，篩除超出粒徑規格的集料及雜物。
（2）所有料斗、水箱、罐倉都裝配高精度電子動態計算器，并經計量部門標定。
（3）按市高指批復配合比進行生產，同時對混合料進行篩分檢驗級配及做好水泥劑量滴定、含水量、強度等試驗。
2、水穩碎石的運輸
（1） 裝料：裝料根據放料人員的提示，按前、中、后三次作業的方法進行，不得太滿外溢，車內混合料必須在初凝時間內運到工地。
（2） 覆蓋：用油布覆蓋混合料。
（3） 車輛倒車時在攤鋪機前
3、水穩碎石的攤鋪
施工采用一臺三一重工和一臺徐工攤鋪機梯隊作業，攤鋪機拼裝寬度分別為
4、水穩碎石的碾壓
碾壓是關系到基層內在質量的關鍵工序。而影響碾壓工序的關鍵因素又是碾壓組合和含水量。根據試鋪段最終壓實效果，選出最佳碾壓方式作為正常碾壓施工工藝為： DD110 雙鋼輪壓路機靜壓1 遍（ 速度1.5
5、接縫處理
水泥穩定混合料攤鋪時，連續作業不中斷，如因故中斷時間超過2h，則設橫縫，每天收工之后，第二天開工的接頭斷面設置橫縫，每當通過橋涵、特別是明涵、明通，在其兩邊設置橫縫，在其兩邊設置橫縫，基層的橫縫與橋頭搭板尾端吻合。特別注意橋頭搭板前水泥穩定碎石的碾壓。橫縫與路面車道中心線垂直設置，其設置方法：施工結束處碾壓方式與正常段相同，壓路機碾壓至下承層上，碾壓結束待水穩具有一定強度后，將已碾壓密實且高程和平整度符合要求的末端挖成與路中心線垂直向下的斷面，第二天再進行攤鋪。因故中斷時間超過2h，則設置橫縫后，再攤鋪新的混合料。開始攤鋪時，應先量取已鋪水穩碎石路面的厚度，乘以松鋪系數，求得新鋪路段接頭處的松鋪厚度，決定熨平板的高度。
（三）養生和交通管制
每一段的水穩碎石碾壓完畢，并經過壓實度、標高檢查合格后，即可進入養生階段，可采用用濕潤的土工布進行覆蓋，覆蓋2 小時后，用灑水車灑水，灑水車的噴頭用噴霧式，每天灑水次數視氣候而定，整個養生期間始終保持水泥穩定碎石層表面濕潤。在7 天內應保持基層處于濕潤狀態，28 天內正常養護，在養護期間封閉交通。7 天后進行鉆孔取芯，芯樣應完整，表面密實。
三、施工控制
（一） 材料控制
水泥穩定碎石基層材料主要由粗集料、細集料、水泥等拌和而成，防止不合格材料進場是質量控制的關鍵。
集料是水泥穩定碎石基層的主體，對強度的影響取決于集料本身的性質。集料應堅硬、耐久并具有足夠的強度。粗集料應符合規范要求，當大石料較多時，在拌和、運輸、攤鋪過程中易產生大小料分離現象，碾壓成型后易形成“粗集料窩”，對品質不利。因此， 在施工過程中，粗集料的最大粒徑應控制在
水泥質量更是關鍵。施工時應選取初凝時間3h以上，終凝時間較長(大于6h)、標號較低的水泥，為保證其具有足夠的強度，水泥穩定碎石要有足夠的時間進行拌和、運輸、攤鋪和碾壓。我們在施工中采用的水泥為湖南郴王牌32.5Mpa礦渣硅酸鹽水泥。其初凝時間為3小時40分鐘。
（二） 嚴格控制水泥劑量
在施工過程中，要嚴格控制好水泥穩定碎石的水泥劑量。水泥劑量太小，水泥穩定碎石強度則不能滿足承載力要求；水泥劑量太大時既浪費材料，又會使基層產生裂縫，對面層構成局部破壞。所以在施工過程中，要把水泥用量控制在經濟、合理的目標上。
（三） 含水量控制
1、含水量對壓實度的影響。混合料的含水量對水泥穩定碎石基層的質量影響主要包括強度、壓實度等。擊實試驗表明，含水量對壓實度有較大影響。當含水量不同時，相同的混合料在相同的壓實功作用下，會產生不同的壓實度。由此可見，施工時控制好含水量是保證壓實度達到設計標準的關鍵之一。
2、含水量對強度的影響。含水量較小，混合料不但難以碾壓成型，而且因水泥的物理、化學反應不全面而造成結構層強度難以形成，造成板體松散。
我們在施工過程中，采用廠拌法生產水泥穩定碎石混合料。試驗檢測室配備一名專職試驗人員，隨時檢測混合料的含水量。根據施工組成設計確定的最佳含水量并結合當日的溫度、濕度及運距確定混合料的含水量。這樣既可以保證混合料的質量，又能保證施工的進度，避免了不必要的返工處理等問題。
（四） 攤鋪
在省道248線老坪石至坪石段二級公路改建工程K0+000～K5+900段施工過程中， 因底基層為級配砂礫，因此在水泥穩定碎石攤鋪前先在級配砂礫表面灑水浸濕，使用德國產ABG423攤鋪機進行攤鋪。使用攤鋪機進行攤鋪的關鍵是保持作業連續不間斷，因此我們作了充分的準備，拌和方面采用浙江產WBS-300型穩定土拌和站進行拌和，運輸方面采用自卸車運輸，要求一旦攤鋪就連續不斷的進行。
攤鋪時攤鋪機保持勻速行駛，速度為
（五） 壓實
混合料的壓實是一個關鍵工序，也是保證施工質量的重要手段之一。當含水量大于或略大于最佳含水量時，就可以開始碾壓。組織壓實操作時應注意下列各點:
1、采用的壓實機具應先輕后重；
2、碾壓速度應先慢后快，一般速度控制在1.5~
3、組織壓實機具合理的工作路線，直線段一般應先兩側后中 間，以便保持路拱;在彎道部分，由低的一側開始逐漸向高的一側 碾壓。相鄰兩次的輪跡應重迭輪寬的三分之一，保證均勻壓實而 不漏壓，對于壓不到的邊角，應輔以人工或小型機具進行夯實處理；
4、應經常檢查混合料的含水量和密實度，并視需要采取相應 調整措施，以達到符合規定壓實度的要求。
應特別注意的是，任何機械均不得在已完成的或正在被碾壓的路段上調頭或急剎車，以免對結構層造成破壞。當局部混合料過干時，可補充部分水分；如局部發生“軟彈”現象，應及時人工挖開，換填新的混合料，以保證質量。
（六） 養生
水泥穩定碎石的養生是十分重要的一個環節，養生期間的濕度及齡期對水泥穩定碎石的強度影響相當大，在混合料形成初期應進行保濕養生，以保證水泥進行水化反應所需水分。養生期間還應采取封鎖交通的處理措施，除灑水車外其它車輛禁止通行，特別嚴禁重型車輛通行。
我們在施工過程中，除采取了封鎖交通的措施之外，還專門購進了毛氈進行覆蓋養生，這樣既保證了混合料初期形成強度所需要的外界條件又保證了其內在的質量。
（七）施工質量控制中的幾個關鍵問題。
現就路面基層施工質量控制中的幾個關鍵問題作如下分析。
1、現場混合料配比的控制。在已攤鋪而尚未碾壓的水泥穩定碎石混合料中隨機抽樣檢測混合料的配比，水泥與集料的含量以及集料中的級配(尤其小于
2、減少裂縫的產生。水泥穩定碎石基層的裂縫有兩類:一類是強度不足引起的裂縫，與結構設計和施工質量有關。只要搞好結構設計和加強質量管理，這類裂縫是可以清除的。另一類是收縮裂縫，因為水泥穩定碎石是一種快凝的膠凝材料，和其它膠凝材料一樣也有收縮的性質，主要是干縮和冷縮。當發生收縮時，如受到底層或者其它因素限制，就有出現收縮裂縫的可能。故解決此裂縫問題，要先了解影響收縮的原因。水泥穩定碎石混合料的干縮是由水分的散失引起的，失水越多，收縮愈大。這是因為混合料水分蒸發時毛細孔內水面下降，彎月面的曲率變大，在表面張力作用下水的內部壓力比外部壓力小，隨著毛細孔水的不斷蒸發，毛細孔中負壓逐漸增大，產生收縮力使混合料收縮。干縮另一個原因是水化物層間水的脫出，水化硅酸鈣的層間水分子具有吸水膨脹和脫水收縮的特征。
影響混合料干縮性質因素有骨料數量、含水量和密實度等。
溫度下降會使混合料產生溫度收縮，但在負溫階段時，由于水結冰后在結構中產生膨脹壓力，結構有膨脹的趨勢，而負溫下材料本身又要產生收縮。由此可見，負溫階段混合料結構產生了膨脹與收縮兩種相反的作用。而工程實踐中發現，負溫階段均表現為冷縮而無膨脹現象，這可能是由于冷凍的體積膨脹，尚不足以抵消溫度下降而引起的冷縮及結構抗拉強度大于膨脹壓力的原因。
從上面分析，導致裂縫出現的外因如下:
（1）施工含水量過大。收縮裂縫的發生與發展和含水量有密切關系，含水量大則干縮和冷縮都大，因而施工中必須嚴格控制含水量。
（2）壓實度不夠，結構中存在大孔隙的結構才有可能產生較大 的收縮孔隙，也是水分的藏身之處。
（3）施工期間重車行駛的影響。在混合料結晶結構形成后，車輪作用使結構破壞產生細微裂縫，收縮裂縫就有可能在這些地方出現。
（4）剛度增長的影響。混合料基層的剛度隨齡期的增大而增大，變形能力減少，容易因收縮而開裂，故混合料的剛度不宜過大。
為了減少干縮裂縫，除了上面提出的控制好施工含水量，保證基層密實度以外，應采取如下幾點措施:
（1）增加混合料的粉末含量，可減少干縮；
（2）適當減少混合料中二灰含量，以減低其剛度；
（3）預設收縮縫，使裂縫有規律，也易于養護；
（4）在施工中，應及時鋪筑面層，可防止水分蒸發，避免表層失水過多而開裂；
（5）選用石粉材料時，石粉的塑性指數不宜過高，材料拌和要均勻。
3、嚴格控制碾壓含水量。沿線各施工單位由于原材料的差異，其重型擊實試驗得出的最佳含水量值差別較大(6.5%~8.5%，個別還在9%以上)，即使混合料配比完全相同，情況也是如此。
影響擊實試驗成果的因素是多方面的，原材料的差異是基本方面，與不同的試驗設備與人員也有關系。從控制干縮變形的角度考慮，希望最佳含水量值越小越好。因為它是施工含水量的控制標準，如本工程規定，施工(碾壓)含水量應在最佳含水量接近，正負一個百分點范圍。實際上各工地按最多不超過2個百分點來掌握，因為碾壓含水量愈大，混合料成型過程中的失水量也愈多，收縮變形量則愈大，增加了干縮開裂的可能性。但實際情況又不可能按預期的設想行事，有幾個地方水泥穩定碎石混合料的碾壓含水量超過最佳值較多(3~4個百分點)，其主要原因并非人為加水失控，而是原材料中碎石的原始含水量太高(濕灰的平均含水量為 10%，最高達20%)。盡管進度應服從于質量，但不能因個別環節上的問題而延誤總體的施工進度。
四、心得體會
1、原材料是工程質量的根本，只有使用合格的原材料才能確保路面施工質量，對材料嚴格進行招投標管理。
2、應該通過試驗復核驗證，得到較為準確的做大干密度和最佳含水量，更好的控制施工壓實度。
3、根據碎石含水量以及不同批次石料級配情況及時調整施工配比。
4、混合料水泥劑量的測定宜在水泥加入后的十分鐘內測定，壓實度宜在水泥初凝前進行，此時挖試坑容易，而且此時測得的含水量比較能反映最佳含水量情況下的壓實程度。
5、水穩基層一定要堅持做到7 天養生，28 天正常養護。
五、 結束語
通過省道248線老坪石至坪石段二級公路改建工程K0+000～K5+900段水泥穩定碎石的施工，我們不難發現，水泥穩定碎石的級配對其強度是非常重要的，級配的好壞對水泥劑量的使用多少具有絕對的控制作用。另外，組織協調施工機械的好壞也是保證工程質量的重要手段。同時，要根據不同的地區差異，因地制宜確定不同的級配，采取不同的配合比。只有不斷的總結經驗，才能在水泥穩定碎石施工中對各項技術指標進行更好的控制。
參 考 文 獻
1、公路工程基層施工技術規范（JTJ034-2000）. 北京：人民交通出版社 2000
2、無機結合料試驗規程（JTJ057-1994）. 北京：人民交通出版社1994