李 剛, 張 琦, 黃 歡

(1.蚌埠市公路管理局，安徽 蚌埠 233000;2.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

截至2018年底，中國的公路通車總里程達(dá)484.65萬km，其中高速公路總里程14.26萬km。我國已建成的高速公路中的90%以上為半剛性基層瀝青路面。在今后的國道主干線建設(shè)中，由于水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，半剛性基層瀝青路面仍將主要的路面結(jié)構(gòu)形式[1]。在安徽省高速公路、省道干線公路中半剛性基層結(jié)構(gòu)占有絕大部分，水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度通常在30～36 cm。

長期以來，由于受鋪筑厚度的制約的原因，實(shí)際施工中水泥穩(wěn)定碎石基層多采用分層施工，形成層間非連續(xù)狀態(tài)與設(shè)計(jì)時(shí)的層間連續(xù)狀態(tài)是不相符的，降低了基層的承載能力，導(dǎo)致基層受力不利。通過一次性鋪筑、一次性碾壓成型的水泥穩(wěn)定碎石基層，本文稱為大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層[2]。

大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層因用材厚度大、固有頻率較低，攤鋪機(jī)的振搗器為適應(yīng)材料的壓實(shí)特性需采用低頻高幅作業(yè)[3,4]。隨著大噸位壓路機(jī)和大厚度、大寬度攤鋪機(jī)出現(xiàn)，為大厚層水泥穩(wěn)定碎石基層一次施工的提供了條件[5,6]。開展大厚度水泥穩(wěn)定碎石施工工藝、檢測(cè)方法及路用性能研究，以及推廣使用一次性大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層鋪筑施工工藝，可減少基層病害，延長道路使用年限，且可降低施工成本、縮短施工工期。開展此項(xiàng)研究，針對(duì)大厚度水穩(wěn)碎石的施工施工工藝及質(zhì)量控制的研究十分必要[7]。

1 施工工藝

1.1 施工準(zhǔn)備

(1)下承層驗(yàn)收處理。檢驗(yàn)底基層是否合格才可進(jìn)行基層施工。下承層的施工應(yīng)保證無雜物、無松散，表面灑水濕潤。可采用在底基層表面噴灑水泥漿來增加基層與底基層之間的黏結(jié)性[8]。

(2)施工放樣。施工前先進(jìn)行放樣，確定水泥穩(wěn)定碎石基層的邊緣線，在距離線0.3～0.5 m外每10 m放一樁，測(cè)量高程，作為架設(shè)高程控制傳感器提供基準(zhǔn)線。高程采用鋼絲引導(dǎo)來控制，鋼絲支架布置方式為在曲線段每5 m設(shè)一處、直線段應(yīng)每10 m設(shè)一處。鋼絲應(yīng)保證充足剛度，其拉力不小于800 N。

如果設(shè)立模板，為避免由于壓路機(jī)激振力大造成模板位移，可采用雙排鋼釬固定模板。

1.2 施工過程

(1)水泥穩(wěn)定碎石基層混合料的拌制。每臺(tái)拌和機(jī)產(chǎn)量不小于500 t/h，宜采用振動(dòng)攪拌或兩次拌和的生產(chǎn)工藝，拌軸長度不小于3.2 m，水泥罐倉容量不小于100 t，冷料斗不少于4個(gè)。拌和設(shè)備的水、水泥、集料的應(yīng)采用準(zhǔn)確性高的電子計(jì)量裝置。保證設(shè)備的正常使用，應(yīng)先調(diào)試拌和設(shè)備，并標(biāo)定質(zhì)量控制系統(tǒng)。拌和站設(shè)專人實(shí)時(shí)監(jiān)控混合料含水率,實(shí)驗(yàn)室人員配合拌和站操作人員根據(jù)天氣情況適當(dāng)調(diào)節(jié)含水率。避免因缺料或下料口堵塞發(fā)生斷料現(xiàn)象的出現(xiàn),造成級(jí)配的破壞,各料倉設(shè)專人監(jiān)控。

(2)混合料運(yùn)輸。運(yùn)輸車輛數(shù)目根據(jù)拌和能力、攤鋪能力進(jìn)行確定，車輛噸位在20 t以上。應(yīng)配有帆布等覆蓋設(shè)施防止水分損失。且應(yīng)至少保證5輛以上車輛等候卸料。為避免離析現(xiàn)象的出現(xiàn)，對(duì)運(yùn)輸車可采取分前后中3次裝料的方式，盡量減小出料口與車廂的高度?；旌狭闲璨扇》浪謸p失的覆蓋措施。運(yùn)輸車輛進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后，應(yīng)減速慢行，避免因顛簸造成集料的離析及交通事故。設(shè)專人指揮卸料，自卸車應(yīng)停在攤鋪機(jī)前0.1～0.3 m，嚴(yán)禁自卸車撞擊攤鋪機(jī)[9]。

(3)攤鋪。攤鋪機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)一次性攤鋪應(yīng)具備大功率、大排量液壓元件、大扭矩傳動(dòng)系統(tǒng),并達(dá)到水穩(wěn)碎石攤鋪的均勻度、平整度、密實(shí)度要求。攤鋪機(jī)應(yīng)具備滿埋螺旋二次攪拌能力，均勻輸料和布料，攤鋪后的表面密實(shí)、均勻，無離析?？紤]到大厚度水穩(wěn)基層攤鋪預(yù)壓實(shí)度在80%以上，材料的厚度大、固有頻率較低，攤鋪機(jī)的振搗器的低頻高幅作業(yè)，以及水穩(wěn)碎石的材料自身特性及攤鋪機(jī)工作效率，攤鋪速度應(yīng)控制為2～3 m/min。

(4)壓路機(jī)碾壓。應(yīng)采用大噸位和具有大激振力的壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。鋼輪壓路機(jī)應(yīng)有全液壓、雙驅(qū)、前后輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制，碾壓起停平穩(wěn)，不推移、不擁包。膠輪壓路機(jī)應(yīng)采用大噸位、液壓驅(qū)動(dòng)控制，自動(dòng)霧化補(bǔ)水。在復(fù)壓階段，也可采用垂直振動(dòng)壓路機(jī)。復(fù)壓階段采用垂直振動(dòng)壓路機(jī)低頻高幅振動(dòng)(大振)3遍、高頻低幅振動(dòng)(小振)2遍。

在試驗(yàn)段施工中，主要采用了垂直振動(dòng)壓路機(jī)。在試驗(yàn)段施工中采用的是LSV220單鋼輪全液壓雙驅(qū)垂直振動(dòng)壓路機(jī)。采用LSV220垂直振動(dòng)壓路機(jī)低頻高幅振動(dòng)(大振)3遍、高頻低幅振動(dòng)(小振)2遍。

若邊部出現(xiàn)塌滑或無法碾壓密實(shí)的情況，應(yīng)采用模板支檔工序，確?；鶎舆吘壊繅簩?shí)度。可采用不宜變形的鋼模板。鋼模板剛度大，受力不容易損壞，重復(fù)利用率高。模板的頂面與基層的設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)一致，使用雙排鋼桿固定，必要時(shí)增加鋼桿固定。

相鄰碾壓帶應(yīng)保證重疊距離為1/2輪寬，后輪必須超過兩端的接縫處。壓實(shí)結(jié)束后表面應(yīng)平整密實(shí)，無輪跡和隆起，無“大波浪”現(xiàn)象。嚴(yán)禁壓路機(jī)調(diào)頭、急剎車，從而保證保證基層表面不受破壞。

(5)養(yǎng)護(hù)。為了提升水穩(wěn)層的強(qiáng)度，避免基層表面產(chǎn)生干縮裂縫，水穩(wěn)層需要養(yǎng)護(hù)。覆蓋養(yǎng)生前應(yīng)檢測(cè)水泥穩(wěn)定碎石基層是否合格。先用灑水車噴霧灑水，然后采用覆蓋養(yǎng)生的方式(土工布等)至少養(yǎng)生7 d。在養(yǎng)生期間應(yīng)封閉交通，嚴(yán)禁運(yùn)輸車輛通行。若必通車無法避免時(shí)，應(yīng)限速在30 km/h，嚴(yán)禁半邊通車或履帶車輛通行，嚴(yán)禁兩邊在工序上發(fā)生沖突，嚴(yán)禁頻繁調(diào)動(dòng)機(jī)械。

2 試驗(yàn)段施工

2.1 試驗(yàn)段概況

試驗(yàn)路段位于X046蒙唐路。X046蒙唐路等級(jí)為平原微丘區(qū)三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為40 km/h。該路段是懷遠(yuǎn)縣路網(wǎng)中重要的農(nóng)村通道，它是懷遠(yuǎn)縣西南部連接懷遠(yuǎn)的重要通道，其經(jīng)過懷遠(yuǎn)徐圩鄉(xiāng)，河溜鎮(zhèn)、萬福鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是該鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要通道，按照安徽省路網(wǎng)規(guī)劃，該段道路納入省道235濉唐路，其經(jīng)濟(jì)地理位置十分重要。本次大修段全長6.5 km，起點(diǎn)位于懷遠(yuǎn)縣徐圩鄉(xiāng)尚廟街道，終點(diǎn)位于懷遠(yuǎn)縣河溜鎮(zhèn)大成處，起止樁號(hào)為K43+332-K48+832。路段路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 瀝青路面結(jié)構(gòu)

2.2 施工設(shè)備

采用徐工RP953T超厚攤鋪機(jī)，具備大厚層抗離析攤鋪的能力，最大攤鋪厚度不小于500 mm。大葉片變螺距技術(shù)有效抵抗離析現(xiàn)象。

壓路機(jī)采用垂直壓路機(jī)。碾壓工藝：初壓，LDH140雙鋼輪垂直振動(dòng)水平振蕩壓路機(jī)穩(wěn)壓1遍；復(fù)壓，LSV220單鋼輪垂直振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓4遍；終壓，LDH140壓路機(jī)收光壓實(shí)1遍。在大約連續(xù)攤鋪50 m后開始?jí)簩?shí)作業(yè)，先用LDH140雙鋼輪壓路機(jī)穩(wěn)壓1遍(前輪水平振蕩、后輪垂直振動(dòng)組合碾壓)；再用LSV220單鋼輪垂直振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，大振(低頻高幅振動(dòng))2遍，速度控制在2 km/h，相鄰輪跡重疊不超過20 cm，防止漏壓，小振(高頻低幅振動(dòng))2遍，速度約2 km/h，相鄰輪跡重疊不超過20 cm，防止漏壓。垂直振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是激振力始終垂直下向傳遞，影響深度深，上下密實(shí)度均勻，表面不松散無裂痕。LDH140雙鋼輪壓路機(jī)收光壓實(shí)1遍。前輪用水平振蕩、后輪用垂直振動(dòng)組合碾壓，若表面發(fā)干、發(fā)白、石子跳動(dòng)，可使用壓路機(jī)灑水系統(tǒng)補(bǔ)水，表面效果更佳。

由于垂直振動(dòng)壓路機(jī)本身所具有的優(yōu)點(diǎn)，它的使用克服了以往其他工程中采用該工藝對(duì)環(huán)形振動(dòng)壓路機(jī)超大噸位和超大激振力的依賴性。因此也克服了“全厚式攤鋪碾壓工藝”通常會(huì)出現(xiàn)的模板固定難易變形導(dǎo)致壓不到位或壓不實(shí)、碾壓遍數(shù)過多造成被壓材料的推移易產(chǎn)生鼓包、平整度得不到要求以及上中下層密實(shí)度差距大等不足。

3 檢測(cè)數(shù)據(jù)及質(zhì)量評(píng)價(jià)

對(duì)于本試驗(yàn)段，采用了壓實(shí)度、7d芯樣強(qiáng)度、芯樣厚度，完整性以及基層頂面彎沉等對(duì)于本試驗(yàn)段進(jìn)行路用性能評(píng)價(jià)。

3.1 壓實(shí)度

采用灌砂法，測(cè)定基層的壓實(shí)度(表1)。

表1 基層壓實(shí)度

經(jīng)檢測(cè)壓實(shí)度代表值>98%，壓實(shí)度檢測(cè)合格。

3.2 芯樣強(qiáng)度

養(yǎng)生7 d后，在基層路段取芯，并檢測(cè)芯樣強(qiáng)度。芯樣強(qiáng)度在2.1～4.3 MPa。大部分芯樣強(qiáng)度符合控制要求(表2)。

表2 芯樣強(qiáng)度

3.3 芯樣厚度、完整性

取芯后，檢測(cè)芯樣厚度，并觀察其完整性(表3)。

表3 基層芯樣厚度及完整性

3.4 彎沉

使用FWD檢測(cè)完工路段彎沉值，計(jì)算檢測(cè)彎沉值得代表值(表4)。K45+832-K48+891段采用分成二次成型工藝，K42+332-K43+460段采用全厚式一次攤鋪壓實(shí)工藝。表中彎沉值為記錄落錘測(cè)定的彎沉值后換算為換算成貝克曼梁法彎沉值。

表4 彎沉值

彎沉設(shè)計(jì)值為36.4(0.01 mm)，檢測(cè)試驗(yàn)路段水泥穩(wěn)定碎石基層彎沉值小于設(shè)計(jì)值，該路段彎沉合格。全厚式施工路段彎沉值小于分層施工路段的彎沉值。

4 結(jié) 論

(1)大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工對(duì)設(shè)備提出了更高的要求。攤鋪機(jī)必須具備大功率，利用攤鋪機(jī)自身超大功率、液壓元件超大排量、傳動(dòng)系統(tǒng)超大扭矩，通過超級(jí)滿埋螺旋、二次攪拌、均勻輸料和布料，實(shí)現(xiàn)一次性攤鋪，并達(dá)到水穩(wěn)級(jí)配碎石攤鋪的均勻度、平整度、密實(shí)度要求。

(2)大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)設(shè)備可采用大激振力的壓路機(jī)或垂直振動(dòng)壓路機(jī)。

(3)采用垂直振動(dòng)碾壓技術(shù)施工的大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層試驗(yàn)段，經(jīng)檢測(cè)基層壓實(shí)度良好，基層頂面彎沉值小于分層施工路段彎沉值。