趙承偉，古鵬翔，黃金城

(1.廣西道路結構與材料重點試驗室，廣西 南寧 530007；2.廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530700；3.廣西桂山高速公路有限公司，廣西 都安 530700)

大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型碾壓工藝研究

趙承偉1，2，古鵬翔3，黃金城2

(1.廣西道路結構與材料重點試驗室，廣西 南寧 530007；2.廣西交通科學研究院，廣西 南寧 530700；3.廣西桂山高速公路有限公司，廣西 都安 530700)

大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型技術具有提高路面基層結構整體性、加快工程進度、節(jié)省施工成本的突出優(yōu)勢，而其質量控制的重點和難點在于碾壓成型。文章采用不同碾壓機械組合和碾壓方式，依托大厚度水穩(wěn)基層試驗段工程，對比分析了三種不同碾壓方式下的大厚度水穩(wěn)基層壓實度、平整度的質量控制水平。試驗段質量檢測結果表明：采用雙鋼輪初壓一遍+32T單鋼輪振壓3遍+37T膠輪搓揉2遍+雙鋼輪收光1遍的碾壓機械組合和碾壓方式可以保證理想的壓實效果和平整度水平。

大厚度；水泥穩(wěn)定碎石基層；碾壓工藝；壓實度；平整度

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層瀝青路面是我國最常用的瀝青路面結構形式，通

常水穩(wěn)基層的設計厚度為55～60 cm，由于受到傳統(tǒng)攤鋪、碾壓機械設備性能的制約，按照底基層、下基層和上基層三層分別先后鋪筑養(yǎng)生的方式施工，并且要求單層施工最大厚度≤20 cm。按照該工藝進行施工可以保證單層水穩(wěn)基層的施工質量，壓實度、平整度和厚度等質量技術指標均相對容易控制。但是，按照該方式分三層施工容易造成水穩(wěn)層的整體性較差[1]，同時由于每層必須進行7 d以上的養(yǎng)生，對施工進度也有較大的影響。

近些年來，隨著攤鋪、碾壓等機械設備的發(fā)展，如大功率抗離析攤鋪機、大噸位單鋼輪壓路機、雙鋼輪壓路機等，使得大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪、碾壓成型具有技術保障。大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型是將原來的三層分層施工變?yōu)閮蓪?，具有提高路面基層結構整體性、加快工程進度、節(jié)省施工成本的突出優(yōu)勢，但其施工難度也提高了很多。為了保證大厚度水穩(wěn)基層的施工質量，許多研究人員對此進行了研究，例如李定倫[2]進行了大厚度水穩(wěn)碎石基層的不同鋪筑方式的應用研究，結果表明，現(xiàn)有的常規(guī)施工機械和施工條件難以保證壓實度和平整度質量，不宜采用全厚式一次攤鋪、碾壓成型。龔起超[2]進行了大厚度水穩(wěn)基層的壓實特性研究，結果表明，采用振動成型可以提高水穩(wěn)基層的最大干密度，有利于控制大厚度水穩(wěn)基層的壓實質量。李煒光[3，4]研究了大激振力作用下的厚層水穩(wěn)的壓實特性，研究表明，大激振力作用下水穩(wěn)基層的連續(xù)性好，有利于阻止基層底部的反射裂縫。重慶交通大學彭乙霄[5]以振動壓實為試驗手段，對水穩(wěn)基層的施工質量進行研究，提出了大厚度的施工技術和質量控制方法，研究表明，振動成型法進行配合比設計有利于大厚度水穩(wěn)基層的質量控制，采用32 t振動壓路機和30 t以上膠輪壓路機可以滿足大厚度水穩(wěn)基層的壓實要求。但是，從目前大厚度水穩(wěn)基層的研究成果來看，對碾壓機械組合和碾壓方式對壓實度、平整度的共同影響的研究較少，因為碾壓工藝不僅決定大厚度水穩(wěn)基層的壓實度，同時也是平整度質量控制的關鍵[6]。

因此，本文依托河池至都安高速公路(簡稱河都高速公路)№B合同段，進行大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型的施工工藝研究，河都高速公路設計的路面結構為18 cm瀝青面層+36 cm 5%水穩(wěn)基層+20 cm 4%水穩(wěn)底基層+18 cm級配碎石墊層，本文對36 cm大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪、碾壓成型進行碾壓工藝研究。工藝試驗總共進行三次，2013年6月23日、7月4日、8月26日先后在K78+800～K79+080右幅、K85+400～+860右幅、K89+950～K90+100右幅采用不同的碾壓設備組合和碾壓方式進行了大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓施工工藝的試驗路施工(以下簡稱為第一次、第二次、第三次)，試驗路總長分別為270 m、460 m、150 m，研究不同碾壓設備組合和碾壓方式對壓實度、平整度的共同影響。

1 原材料

(1)水泥：采用武鳴紅獅水泥廠生產的P.C32.5復合硅酸鹽水泥。

(2)碎石：根據(jù)設計文件和施工規(guī)范的要求，碎石分四種規(guī)格，分別是1#料(19～31.5 mm)；2#料(9.5～19 mm)；3#料(4.75～9.5 mm)；4#料(0～4.75 mm)。

(3)水：拌合站使用水采用干凈、清潔的地下水，經外檢水質合格。

2 配合比設計

配合比設計的任務主要是：確定混合料的礦料級配；確定最佳水泥用量；確定最佳含水率；確定最大干密度。級配設計考慮了三個方面：(1)根據(jù)云南、廣西、貴州等地大厚度基層施工經驗，大厚度水穩(wěn)基層混合料組成設計宜根據(jù)壓實厚度適當調整粗細集料比例，兼顧混合料的骨架密實性和施工性；(2)為防止早期開裂，應設置粉料及水泥集料上限，同時要兼顧水穩(wěn)碎石基層抗沖刷特性，設置粉料及水泥劑量下限；(3)級配組成應符合抗離析組成設計理念，保證各級集料能有效填充、施工均勻。通過試驗，級配設計確定的合成級配及摻配比例如表1所示。

表1 配合比材料試驗摻配比例表

本文采用重型擊實和靜壓成型法進行配合比設計，為了保證配合比設計結果的可靠性，采用試驗加核查的方式進行控制，最后采用中試核查后的配合比進行施工控制。

表2 項目各參建方配合比試驗結果表

3 施工過程控制

(1)確定松鋪系數(shù)，控制松鋪厚度

按以往施工經驗確定試鋪松鋪系數(shù)，然后通過測量確定真實的松鋪系數(shù)。測量時每10 m為一個斷面，每一斷面進行B1、B2、B3三個點標高檢測，B1點為距中線2m，B2點為距中6m，B3點為距中10m。先測下承層各點標高H地，攤鋪后，測出各點標高H松，壓實度檢測合格后，測出各點標高H實，然后計算松鋪系數(shù)：松鋪系數(shù)=(H松-H地)/(H實-H地)。根據(jù)河都高速公路前期厚20cm水泥穩(wěn)定碎石松鋪系數(shù)為1.30進行初步控制，前面施工80m后通過測量發(fā)現(xiàn)需要調整，按1.36松鋪系數(shù)進行正式控制，換算松鋪厚度，設計厚度為36cm，則松鋪厚度為36cm×1.36=48.9cm。

(2)混合料級配控制

為了檢驗拌合、攤鋪后水穩(wěn)基層鋪面級配的可靠性，試驗段施工過程中，在攤鋪現(xiàn)場取料進行了水洗篩分，其篩分結果如表3所示。從篩分結果來看，三次施工過程中混合料的級配均在規(guī)范要求范圍內，說明混合料級配控制可靠、穩(wěn)定，滿足大厚度水穩(wěn)基層的施工要求。

表3 各路段混合料篩分檢測結果表

(3)含水量控制

含水率也是大厚度水穩(wěn)施工控制的重點，若含水率偏低，水泥不能充分發(fā)生水化反應、碾壓難度增大；含水率偏高，碾壓過程中容易出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象、后期容易出現(xiàn)開裂問題。

本文大厚度水穩(wěn)基層混合料的最佳含水量是4.3%，混合料的含水量宜控制在最佳含水量0.5%～1%之間，現(xiàn)場用酒精燃燒法檢測含水量。第一次試驗段含水量檢測為4.5%～4.7%，大于最佳含水量0.2%～0.3%，滿足要求；第二次試驗段含水量檢測為4.19%～4.95%，有3個點小于最佳含水量4.3%，15個點大于最佳含水量4.3%，含水量控制不均勻；第三次試驗段含水量檢測8個點為4.18%～4.33%，有5個點小于最佳含水量4.3%，3個點大于最佳含水量4.3%。

(4)水泥劑量控制

為了避免水泥劑量過低造成水穩(wěn)基層承載能力不足，或水泥劑量過高造成水穩(wěn)基層開裂等問題，因此，對水泥劑量的控制也是大厚度水穩(wěn)基層施工控制的重點。本文對施工過程中的水泥劑量進行了嚴格的檢測，三次試驗段的檢測結果分別見表4～6。從檢測結果來看，三次試驗段過程中水泥劑量的添加均在允許波動范圍內，并且比較穩(wěn)定，滿足大厚度水穩(wěn)基層質量控制要求。

表4 第一次試驗路水泥劑量滴定(EDTA)檢測數(shù)值表

注：設計水泥劑量5.0%，不小于設計值-1.0%

表5 第二次試驗路水泥劑量滴定(EDTA)檢測數(shù)值表

表6 第三次試驗路水泥劑量滴定(EDTA)檢測數(shù)值表

(5)碾壓控制

碾壓工藝是本文研究的重點，主要是針對不同碾壓設備的組合和碾壓方式進行研究，本文大厚度水穩(wěn)基層試驗段施工壓路機配置為：1臺13/17t的雙鋼輪+1臺32t的大噸位單鋼輪+1臺37t的膠輪壓路機。為了分析不同的碾壓工藝對壓實度、平整度等質量指標的影響，本文設計了三種碾壓工藝，分別在不同的試驗段進行試驗，碾壓工藝的設計如表7～9所示。

第一種基本屬于傳統(tǒng)的碾壓工藝，只是采用了大噸位的32t單鋼輪壓路機(傳統(tǒng)通常為26t)，大噸位壓路機第一遍碾壓時應采用前靜后振的碾壓方式，避免產生較大的擁包，見表7。

表7 第一次試驗路碾壓工藝參數(shù)表

第二種碾壓工藝采用了雙鋼輪，因為水穩(wěn)基層過后，攤鋪機的松鋪厚度偏大，初始密度偏小，若直接采用大噸位的單鋼輪壓路機，初始壓縮變形大，容易發(fā)生推移擁包。所以，采用噸位較輕的雙鋼輪，相當于提高初始攤鋪壓實度，減小大噸位壓路機的壓縮量，提高平整度。此外，本次減少了32t振動壓路機的遍數(shù)，見表8。

表8 第二次試驗路碾壓工藝參數(shù)表

第三種碾壓工藝為了能保證壓實度和平整度均能達到理想的效果，不減少32t振動壓路機的遍數(shù)，同時在初始增加小噸位的雙鋼輪提高初始壓實度基礎上，也在膠輪碾壓完畢后，再采用雙鋼輪進行收光，進一步提高大厚度水穩(wěn)基層的平整度，而且雙鋼輪的碾壓遍數(shù)少，前后調整靈活，見表9。

表9 第三次試驗路碾壓工藝參數(shù)表

4 質量檢測

根據(jù)大厚度水穩(wěn)施工的經驗，壓實度和平整度是其質量控制的重點和難點，因此，本文主要針對不同碾壓工藝下的壓實度和平整度進行分析。

(1)壓實度

從壓實原理來說壓路機的激振力是隨著壓實層的深度增加而逐漸衰減的，所以，厚度越厚，壓實層底部的壓實功就越小，為了全面掌握大厚度水穩(wěn)基層的壓實效果，本文針對大厚度的上部、下部分別進行了壓實度的檢測。

第一次試驗段的壓實度檢測結果如表10所示，從該壓實度檢測結果來看，采用該碾壓工藝能滿足壓實度要求，同時其上下部的壓實度比較接近，相差應≤1.2%，說明當混合料處于松散狀態(tài)時壓路機激振力有效傳遞到大厚度水穩(wěn)基層底部。

表10 第一次試驗路壓實度檢測結果表

第二次試驗段的壓實度檢測結果如表11所示，從表11可知，該碾壓工藝雖然能滿足規(guī)范要求，但其整體壓實效果明顯比第一次差，主要原因是其減少了32t壓路的遍數(shù)。同時其上下部壓實度相差較大，最大達到了4.2%，主要原因是為了提高平整度，初壓采用小噸位雙鋼輪壓路機，提高了上部的初始密實度，形成了“殼效應”，一定程度上影響了壓路機的激振力有效傳遞。

表11 第二次試驗路碾壓五遍后的壓實度數(shù)值表

第三次試驗段的壓實度檢測結果如表12所示，從該壓實度檢測結果來看，該碾壓工藝壓實度檢測結果滿足規(guī)范要求，其上部壓實度和第一次比較接近，說明增加雙鋼輪壓路機對于壓實度貢獻不大，而下部壓實度較第二次有了明顯提高，上下壓實度差<2.0%。

表12 第三次試驗路碾壓五遍后的壓實度數(shù)值表

(2)平整度

由于大厚度水穩(wěn)基層的松鋪厚度大，壓縮量大，而且采用大噸位壓路機，因此，平整度控制是其施工質量控制的難點。本文對現(xiàn)場平整度檢測進行統(tǒng)計，得出不同試驗段的平整度檢測情況如表13所示。

表13 不同試驗段平整度檢測結果統(tǒng)計表

從該檢測結果來看，第一次試驗段平整度控制水平最差，主要是由于沒有使用雙鋼輪進行初壓，因為攤鋪機松鋪后混合料的松鋪密度較小，直接采用大噸位的壓路機會造成初始壓縮量大，同時容易造成松鋪混合料推移、擁包，所以導致平整度控制偏差。

第二次試驗段平整度控制水平明顯得到改善，主要原因是增加了小噸位的雙鋼輪壓路機進行初壓，使得大噸位壓路機碾壓前，鋪面的松鋪密度大幅提高，鋪面對大噸位推移擁包的抵抗能力增強，所以明顯提高了平整度的控制水平。

第三次為了進一步提高平整度的控制水平，增加了收光的雙鋼輪壓路機，從平整度的檢測結果來看，收光的效果比較明顯，說明雙鋼輪收光可以有效處理膠輪碾壓完后的輪跡和壓路機停機處的小擁包。

5 結語

通過對大厚度水穩(wěn)基層不同碾壓工藝的對比研究，可以得出如下結論：

(1)大厚度水穩(wěn)基層施工應配置相應大功率、大噸位的攤鋪、碾壓等機械設備，應至少配置碾壓設備包括：13/17t雙鋼輪壓路機1臺、32t大噸位單鋼輪壓路機1臺、36t以上膠輪壓路機1臺。

(2)大厚度水穩(wěn)施工不能采用常規(guī)厚度施工的小噸位壓路機，32t大噸位單鋼輪壓路機對大厚度水穩(wěn)基層壓實貢獻較大，為保證壓實度的質量控制合格，至少滿足其碾壓3遍以上，其中第一遍為前靜后振。

(3)雙鋼輪壓路機可以有效提高大厚度水穩(wěn)基層的平整度控制水平，采用其初壓可以提高鋪面的初始壓實度，減少大噸位壓路機造成推移擁包現(xiàn)象；采用其進行收光可以有效消除膠輪輪跡和壓路機的停機造成的小擁包。

(4)對于>36cm厚的大厚水穩(wěn)基層一次攤鋪碾壓成型，建議采用文中的第三種碾壓工藝，利用大噸位單鋼輪壓路機在保證壓實度合格的基礎上，可采用小噸位雙鋼輪壓路機提高平整度質量。

[1]范文東.整體性基層水泥穩(wěn)定碎石使用研究[D].西安：長安大學，2012.

[2]李定倫，羅 竟，鄧廷權，等.大厚度水泥碎石基層鋪筑方式的應用研究[J].公路工程，2015(5)：204-207.

[3]李煒光，范文東，韓 慶.大激振力作用下厚層水穩(wěn)碎石壓實特性研究[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版)，2011(2)：241-245.

[4]李煒光，范文東，韓 慶，等.整體性基層水泥穩(wěn)定碎石結構使用現(xiàn)狀研究[J].公路，2011(9)：38-42.

[5]龔起超，鐘 凱.大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層壓實特性研究[J].公路工程，2012(6)：222-223.

[6]肖世品.厚層水泥穩(wěn)定碎石基層壓實機理及路用性能研究[D].西安：長安大學，2009.

Study on One-time Paving and Rolling Process of Large-thickness Water Stabilized Base

ZHAO Cheng-wei1，2，GU Peng-xiang3，HUANG Jin-cheng2

(1.Guangxi Key Laboratory of Road Structures and Materials，Nanning，Guangxi，530007；2.Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530700；3.Guangxi Guishan Expressway Co.，Ltd.，Du’an，Guangxi，530700)

The one-time paving and rolling of large-thickness water-stabilized base has the outstanding advantages such as improving the structural integrity of pavement base，speeding up the project progress and saving the construction cost，and the key and difficult points of its quality control are the rolling forming.By adopting the different rolling mechanical combination and rolling methods，relying on the test section engineering of large-thickness water-stabilized base，this article compared and analyzed the quality control level of compaction and flatness of large-thickness water-stabilized base under three different rolling modes.The quality inspection results of test section showed that：the rolling mechanical combination and rolling method of one primary rolling by double steel wheel+ rolling 3 times by 32T single-drum vibration+ rubbing 2 times by 37T rubber-wheel + one polishing by double steel wheel can guarantee the ideal compaction effect and flatness level.

Large thickness；Cement stabilized macadam base；Rolling process；Compaction degree；Flatness

趙承偉(1968—)，高級工程師，主要從事公路試驗檢測工作；

古鵬翔(1977—)，高級工程師，主要從事高速公路工程技術管理工作；

黃金城(1978—)，工程師，主要從事公路試驗檢測工作。

U415.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.11.003

1673-4874(2016)11-0012-06

2016-10-22