馮 銳

（中鐵二十局集團(tuán)第一工程有限公司，江蘇 蘇州 215151）

0 引言

隴西至漳縣高速公路主線總體走向由東向西，起點(diǎn)位于隴西縣文峰鎮(zhèn)赤山子村東側(cè)，設(shè)置文峰樞紐與連霍高速相接，終點(diǎn)設(shè)置漳縣立交與S209相接，路線全長30.599km。連接線設(shè)置黃家門樞紐立交與本項(xiàng)目主線相接，終點(diǎn)設(shè)置十里鋪樞紐互通與隴渭高速相接，連接線長8.191km。主線設(shè)有文峰互通、隴西南互通立交、隴西南服務(wù)區(qū)、黃家門互通、漳縣互通，連接線設(shè)有十里鋪互通，主線與連接線相交于黃家門互通。本文以甘肅地區(qū)隴西至漳縣高速公路路面工程水泥穩(wěn)定碎石基層施工為例，探討半干旱地區(qū)半剛性水泥穩(wěn)定碎石混合料的配制及施工的質(zhì)量控制。

1 隴西至漳縣高速公路項(xiàng)目區(qū)氣候

項(xiàng)目區(qū)地處內(nèi)陸，屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。在甘肅省氣候自然區(qū)域劃分屬于隴東、隴西黃土高原溫冷氣候帶[1]。該氣候帶總的氣候特征為春、秋短促，氣溫變化比較劇烈，晝夜溫差大，降水較少，對應(yīng)的氣候分區(qū)為夏熱冬寒半干旱區(qū)。隴漳高速公路項(xiàng)目區(qū)氣候情況見表1。

表1 隴漳高速公路項(xiàng)目區(qū)氣候情況

2 半剛性水泥穩(wěn)定碎石基層材料設(shè)計(jì)及優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 半剛性水泥穩(wěn)定碎石基層材料設(shè)計(jì)

一般采用水泥、粉煤灰、穩(wěn)定碎石、砂、石屑等筑路材料形成水泥穩(wěn)定碎石混合料，作為水泥穩(wěn)定碎石基層。

水泥穩(wěn)定碎石混合料的最大干密度和最佳含水率的確定通常采用重型擊實(shí)成型法；室內(nèi)測定7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度使用的是靜壓成型試件；但是施工現(xiàn)場一般先采用13T的雙鋼輪壓路機(jī)初壓2～3遍，然后使用重型單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾壓4～6遍，其次使用30T膠輪壓路機(jī)繼續(xù)碾壓2～3遍至密實(shí)，最后使用雙鋼輪壓路機(jī)碾壓直至消除輪跡為止；傳統(tǒng)的半剛性水泥穩(wěn)定碎石混合料試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)場碾壓工藝不相符，室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對現(xiàn)場施工質(zhì)量的控制存在較大的偏差[2]。

（1）半剛性材料質(zhì)量控制指標(biāo)單一。現(xiàn)行規(guī)范對半剛性水泥穩(wěn)定碎石基層材料的要求相對簡單，除限定原材料性質(zhì)和混合料強(qiáng)度達(dá)到要求外，卻忽視半剛性穩(wěn)定碎石混合料基層的抗裂和抗疲勞性能。

（2）在規(guī)范確定的級配范圍內(nèi)難以保證抗裂性能和抗疲勞性能。在規(guī)范級配范圍內(nèi)，不同級配混合料的路用性能卻差別很大，雖能滿足強(qiáng)度指標(biāo)，卻難以保證良好的抗裂性能和抗疲勞性能。

2.2 半剛性水泥穩(wěn)定碎石基層材料的優(yōu)缺點(diǎn)

目前，我國高等級公路的基層大多采用半剛性基層，絕大多數(shù)半剛性基層采用水泥穩(wěn)定碎石混合料，其優(yōu)點(diǎn)在于：板體性強(qiáng)，有較高的承載能力和抗變形能力；良好的抗凍性；能夠利用當(dāng)?shù)夭牧稀?/p>

當(dāng)然，半剛性基層材料也存在一些不足，主要體現(xiàn)在：由于干縮和溫縮，容易產(chǎn)生裂縫；半剛性基層材料的強(qiáng)度會(huì)在干濕和凍融循環(huán)反復(fù)作用下因疲勞而逐漸衰減；不透水或滲水性差，容易因面層透水造成路面損害；損壞后難以補(bǔ)救。

3 水泥穩(wěn)定碎石配合比的設(shè)計(jì)

3.1 原材料和設(shè)備的選用

3.1.1 原材料質(zhì)量

（1）水泥：選用甘肅祁連山水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5（緩凝）水泥，終凝時(shí)間＞6h且＜10h，初凝時(shí)間應(yīng)＞4h。

（2）集料：集料使用武山磊興砂石料廠生產(chǎn)的花崗巖,集料加工時(shí)分為5檔生產(chǎn)，分別為0～2.36mm、2.36～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19.0mm、19.0～31.5mm五種規(guī)格。粗集料質(zhì)量要求：壓碎值≤26%，針片狀顆粒含量≤15%,0.075mm以下粉塵含量≤1.2%；細(xì)集料應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)，有適當(dāng)?shù)念w粒級配，有機(jī)質(zhì)含量不超過1%，砂當(dāng)量不小于60%。

3.1.2 設(shè)備的選用

（1）振動(dòng)成型試驗(yàn)設(shè)備。振動(dòng)成型壓實(shí)儀的壓實(shí)效果能夠與振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)效果等效，采用振動(dòng)成型法制作的試件可以最大化地模擬施工現(xiàn)場的碾壓壓實(shí)方式，使室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果與現(xiàn)場施工的各項(xiàng)檢測指標(biāo)的檢測結(jié)果具有可比性，能夠更加精準(zhǔn)、有效地把控現(xiàn)場施工質(zhì)量。

（2）拌和設(shè)備。本項(xiàng)目選用山東省濰坊市貝特工程機(jī)械有限公司研制的WCZ系列穩(wěn)定土拌和設(shè)備，配置德通智能科技振動(dòng)攪拌主機(jī)，主機(jī)型號：DT800ZBT，拌和機(jī)的額定產(chǎn)量為800t/h[3]。振動(dòng)攪拌技術(shù)是在雙臥軸攪拌機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)改造而成的新技術(shù)，振動(dòng)源來自攪拌軸和攪拌葉片，在普通強(qiáng)制攪拌的過程中融合振動(dòng)源發(fā)出振動(dòng)。

振動(dòng)攪拌技術(shù)能充分彌散細(xì)集料，混合料不離析。普通攪拌融合振動(dòng)攪拌技術(shù)可以將混合料中的水泥團(tuán)、灰團(tuán)振碎，使細(xì)集料均勻分布在混合料中，可有效防止混合料在拌和中發(fā)生離析現(xiàn)象。振動(dòng)攪拌后的細(xì)集料對粗集料的裹覆性好，容易壓實(shí)。通過振動(dòng)攪拌技術(shù)，水泥發(fā)生水化反應(yīng)更充分，粗集料被水泥水化物和細(xì)集料均勻裹覆，相當(dāng)于在粗集料的表面均勻地裹覆了一層“潤滑劑”，在壓實(shí)過程中，骨料間的相互摩擦阻力變小，事半功倍，更容易壓實(shí)。

3.2 水泥穩(wěn)定碎石混合料目標(biāo)級配

本項(xiàng)目要求水泥穩(wěn)定碎石混合料的合成目標(biāo)級配范圍見表2。

表2 水泥穩(wěn)定碎石混合料的合成目標(biāo)級配范圍

3.3 不同攪拌工藝下水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗壓強(qiáng)度

3.3.1 靜力攪拌與振動(dòng)攪拌方式對比

通常使用兩種不同的攪拌方式進(jìn)行攪拌，即靜力攪拌和振動(dòng)攪拌，兩種攪拌方式的對比見表3。

表3 靜力攪拌與振動(dòng)攪拌對比

3.3.2 水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗壓強(qiáng)度對比試驗(yàn)

分別對拌和樓的各檔集料皮帶秤、水泥及水進(jìn)行流量標(biāo)定，并確定流量參數(shù)，在拌和機(jī)的成品輸送皮帶上分別取樣。試驗(yàn)方法一：同一水泥劑量下，將水泥劑量設(shè)定在3.5%，對7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，繪制折線圖（見圖1）；試驗(yàn)方法二：調(diào)整水泥劑量的大小，在不同水泥劑量下，進(jìn)行對比分析7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果，繪制折線圖（見圖2）。

圖1 水泥劑量3.5%的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

圖2 不同水泥劑量的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

結(jié)果分析：在同一水泥劑量3.5%下，對7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，振動(dòng)攪拌比靜力攪拌無側(cè)限抗壓強(qiáng)度高0.6～0.9MPa，平均強(qiáng)度提高21.8%。

在達(dá)到水泥穩(wěn)底碎石基層的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求強(qiáng)度3.5MPa時(shí)，振動(dòng)攪拌水泥劑量為3.4%，靜力攪拌水泥劑量為3.9%，水泥用量可降低12.8%。

4 水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量控制

4.1 水泥穩(wěn)定碎石基層施工中存在的問題及措施

4.1.1 底基層取芯出現(xiàn)底部松散爛根

主要由兩個(gè)原因造成，原因一：上路床的表面干燥存在浮土，攤鋪水泥穩(wěn)定碎石基層前未進(jìn)行充分的灑水濕潤，而造成底基層脫水出現(xiàn)下部松散現(xiàn)象；原因二：攤鋪機(jī)攪籠兩側(cè)前擋板未加裝橡膠擋板，攤鋪機(jī)行走時(shí)，大骨料滾落下沉[4]。

采取的措施：

（1）攤鋪水泥穩(wěn)定碎石前對路床進(jìn)行充分的灑水濕潤，并對路床進(jìn)行復(fù)壓，基層施工前應(yīng)將底基層頂面清掃干凈后灑水泥凈漿。

（2）攤鋪機(jī)攪籠兩側(cè)前擋板安裝橡膠擋板，攤鋪時(shí)確保橡膠擋板底部距地面高度小于5cm，并不出現(xiàn)大骨料滾落下沉現(xiàn)象；將螺旋布料器降到離地15～20cm，加長螺旋布料器的長度，距離側(cè)擋板小于30cm，以盡量減少大粒徑骨料因滾落到底部而出現(xiàn)取芯爛根現(xiàn)象，攤鋪過程中，調(diào)節(jié)料位器的大小，始終保持螺旋布料器有2/3埋置在水泥穩(wěn)定碎石混合料中[5]。

4.1.2 底基層取芯出現(xiàn)底部松散爛根集料離析現(xiàn)象控制

對堆放集料的場地進(jìn)行硬化，澆筑混凝土隔斷墻，搭設(shè)封閉的鋼結(jié)構(gòu)大棚，避免揚(yáng)塵污染集料，并采取科學(xué)和合理的排水設(shè)置和措施。在運(yùn)輸卸料堆放過程中保證各檔不同粒徑的集料相互隔開，不得發(fā)生串料現(xiàn)象，及時(shí)使用挖機(jī)翻拌，防止卸料過程中發(fā)生大骨料的堆積現(xiàn)象。

加高相鄰料倉之間的隔板高度，以防不同規(guī)格的集料在上料過程中發(fā)生竄料現(xiàn)象，并在料倉出料口安裝振動(dòng)器輔助下料，防止料倉堵塞出現(xiàn)下料不連續(xù)的問題。

在裝料過程中，運(yùn)輸車要前后移動(dòng)，按前、后、中裝料的順序裝料，避免混合料在裝車過程中發(fā)生離析現(xiàn)象[6]。

4.1.3 含水率的控制

在試鋪的過程中，后場水泥穩(wěn)定碎石混合料拌和含水率的微調(diào)控制未能及時(shí)滿足前場攤鋪碾壓的需求，在終壓未結(jié)束時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石底基層表面出現(xiàn)松散離析現(xiàn)象，后經(jīng)過人工篩分細(xì)料修補(bǔ)離析、人工補(bǔ)灑水泥漿、噴霧器噴水及水車噴霧灑水等方法，改善了底基層的表觀質(zhì)量。問題分析：隴西地處西北地區(qū)，屬于干旱區(qū)，氣候干燥，當(dāng)日攤鋪時(shí)氣溫10℃～22℃，天氣晴朗，東南風(fēng)3級，混合料水分蒸發(fā)較快，在后續(xù)的施工中，根據(jù)當(dāng)日的天氣狀況提高混合料的出站含水量，前場技術(shù)試驗(yàn)人員及時(shí)反饋現(xiàn)場攤鋪碾壓時(shí)的含水量，根據(jù)現(xiàn)場情況及時(shí)調(diào)整含水量的大小，含水率得到了很好控制。

4.2 水泥穩(wěn)定碎石混合料的拌和施工質(zhì)量控制技術(shù)

水泥穩(wěn)定碎石混合料拌和施工質(zhì)量控制技術(shù)如下：

（1）對拌和樓各檔集料皮帶秤、水泥及水進(jìn)行流量標(biāo)定，確定流量參數(shù)；

（2）在上料倉的料斗上部口設(shè)置鋼筋網(wǎng)罩，防止超粒徑集料和其他雜物進(jìn)入拌缸內(nèi)；

（3）為避免上料時(shí)常發(fā)生竄料現(xiàn)象，料斗用擋板隔開并將擋板進(jìn)行加高處理；

（4）在拌和機(jī)料斗上安裝振動(dòng)器，并配備2名工作人員，監(jiān)管拌和機(jī)料斗的下料情況，輔助下料，清除鋼筋網(wǎng)罩上的超粒徑集料和其他雜物，以防出現(xiàn)卡堵或料斗下料緩慢的現(xiàn)象，如果出現(xiàn)問題，應(yīng)立即通知拌和司機(jī)停止生產(chǎn)，進(jìn)行維修；

（5）拌和現(xiàn)場必須配備試驗(yàn)人員，按要求的頻率檢查拌和時(shí)間、水泥劑量、含水量及篩分試驗(yàn)，檢測各檔集料的配比是否滿足配比要求，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)地進(jìn)行修正，若偏差較大應(yīng)立即停止生產(chǎn)，找出原因，不耽誤生產(chǎn)，并做好試驗(yàn)檢測記錄；

（6）開始拌和前，試驗(yàn)人員必須在早、中、晚檢測各檔集料的含水率，然后根據(jù)最佳含水量，并結(jié)合氣溫、濕度、運(yùn)距以及前場試驗(yàn)人員反饋的攤鋪碾壓時(shí)的混合料含水量的大小是否偏離最佳含水量，確定混合料拌和時(shí)的含水量，一般大于最佳含水量值0.5～1.5；

（7）在拌和機(jī)的死角得不到充分?jǐn)嚢璧幕旌狭?，每天拌和結(jié)束后及時(shí)將其排除，避免混到混合料中，影響施工質(zhì)量；

（8）為避免上料時(shí)常發(fā)生竄料現(xiàn)象，料斗用擋板隔開。

5 結(jié)束語

目前，我國高等級公路的基層大多采用半剛性基層，絕大多數(shù)半剛性基層采用水泥穩(wěn)定碎石混合料，具有板體性強(qiáng)，較高的承載能力和抗變形能力；良好的抗凍性及能夠利用當(dāng)?shù)夭牧系葍?yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。一般采用水泥、粉煤灰、穩(wěn)定碎石、砂、石屑等筑路材料形成水泥穩(wěn)定碎石混合料，以此作為水泥穩(wěn)定碎石基層。本文以甘肅地區(qū)隴西至漳縣高速公路路面工程半剛性水泥穩(wěn)定碎石基層施工為背景，通過研究不同攪拌方式下，不同因素對水泥穩(wěn)定碎石混合料性能的影響，系統(tǒng)全面評價(jià)水泥穩(wěn)定碎石混合料的各項(xiàng)性能。對水泥穩(wěn)定碎石基層施工中存在的底基層取芯出現(xiàn)底部松散爛根、集料離析現(xiàn)象控制、含水率的控制等問題提出解決措施。