覃林　高山　易超　邵鵬坤

摘要：文章基于來(lái)都高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連鋪技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)行室內(nèi)層間抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、層間剪切試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)平整度檢測(cè)和壓實(shí)度檢測(cè)，分析水穩(wěn)基層連續(xù)鋪裝層間粘結(jié)狀態(tài)，探討雙層連鋪施工質(zhì)量關(guān)鍵控制因素。研究結(jié)果表明：水穩(wěn)上下基層攤鋪間隔時(shí)間對(duì)層間粘結(jié)狀態(tài)、平整度和壓實(shí)度有一定影響，是雙層連鋪施工質(zhì)量關(guān)鍵控制因素；雙層連鋪工藝能明顯改善層間粘結(jié)狀態(tài)，連續(xù)攤鋪試件的抗剪強(qiáng)度是不連續(xù)攤鋪試件的2.1倍，剪切強(qiáng)度是不連續(xù)攤鋪試件的2.4倍；在上下基層不同鋪裝時(shí)間間隔下，上下層縱向平整度差異不大；上基層攤鋪機(jī)對(duì)上基層橫向平整度影響＜3 mm。

關(guān)鍵詞：道路工程；水穩(wěn)基層；連續(xù)鋪裝；施工質(zhì)量

0引言

半剛性基層具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在高等級(jí)公路中得到廣泛應(yīng)用。其中，水泥穩(wěn)定碎石基層以其造價(jià)低、施工工藝簡(jiǎn)單、早期強(qiáng)度高、養(yǎng)護(hù)周期短等特點(diǎn)［1］，在半剛性基層施工中占有重要地位。在各國(guó)高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度都＞30 cm，因此傳統(tǒng)的施工方法是采用分層不連續(xù)攤鋪工藝［2］，即先攤鋪一定厚度的半剛性混合料，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間養(yǎng)護(hù)后再攤鋪一層。工程實(shí)踐表明，這種施工方法不合理：養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)；基層容易發(fā)生早期破壞；層與層之間的連接效果弱，影響了路面結(jié)構(gòu)的使用壽命［3］。

目前，許多學(xué)者對(duì)水穩(wěn)基層雙層連續(xù)攤鋪進(jìn)行了深入的研究，但大多集中在水穩(wěn)基層雙層攤鋪的使用壽命和經(jīng)濟(jì)性分析上，對(duì)高速公路水穩(wěn)基層雙層連續(xù)攤鋪施工質(zhì)量控制的研究較少［4-5］。來(lái)都高速公路采用水穩(wěn)基層雙層連鋪鋪筑水穩(wěn)基層，雙層連鋪的工藝為上下基層兩臺(tái)攤鋪機(jī)連鋪連壓。因此，本文基于來(lái)都高速公路水穩(wěn)基層雙層連鋪實(shí)體工程，輔以室內(nèi)層間抗拉試驗(yàn)、層間抗剪試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)平整度檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)，論證水穩(wěn)基層連續(xù)攤鋪工藝是否能顯著改善層間的粘結(jié)性能，分析施工間隔時(shí)間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)平整度以及壓實(shí)度的影響，為來(lái)都高速公路水泥穩(wěn)定基層雙層連續(xù)攤鋪施工提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)路工藝及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)路施工工藝

在來(lái)都高速公路K251+500～K253+000右幅段落，為水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連鋪試驗(yàn)段，其上下基層厚度為17 cm+16 cm，上下基層攤鋪機(jī)重量均為24 t。將試驗(yàn)段分為3個(gè)段落：試驗(yàn)段1，在K251+500～K252+000段右幅進(jìn)行上下基層兩臺(tái)攤鋪機(jī)連續(xù)鋪筑，下基層鋪設(shè)后需要進(jìn)行壓實(shí)工序，上下基層攤鋪時(shí)間差為1 h；試驗(yàn)段2，在K252+000～K252+500段右幅進(jìn)行連續(xù)攤鋪，攤鋪工藝為采用一臺(tái)攤鋪機(jī)，在下基層攤鋪完成后攤鋪機(jī)后退到下基層開始攤鋪位置鋪筑上基層，上下基層攤鋪時(shí)間差為3 h；試驗(yàn)段3，在K252+5000～K253+000段右幅開展分層鋪筑，下基層鋪設(shè)6 h后鋪上基層。這三段試驗(yàn)段的上下基層碾壓工藝均一致。[HJ1.5mm]

1.2 層間抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

試驗(yàn)芯樣采用巖心鉆孔法，在室內(nèi)制備并成型連續(xù)攤鋪和分層攤鋪的試件，根據(jù)規(guī)范《無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試件制作方法（梁式）》（T 0844-2009），制備梁式試件，試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm。為模擬現(xiàn)場(chǎng)施工情況，考慮到雙層連鋪工藝下的下基層攤鋪后經(jīng)過(guò)碾壓成型需要1 h左右，在室內(nèi)制備試件時(shí)采用分層成型的方式，上下層厚度均為50 mm，在下層制備完成后間隔1 h制備上層作為雙層連鋪室內(nèi)試件；同時(shí)，以下層制備完成后間隔24 h制備上層作為分層鋪筑試件，并以一次成型試件作為對(duì)照組。制備過(guò)程完成后，用標(biāo)準(zhǔn)固化后的金剛石薄壁空芯對(duì)試樣進(jìn)行鉆孔，巖心通過(guò)兩層界面穿透下層；頂面打磨光滑平整，用結(jié)構(gòu)膠粘在圓柱形鋼塊上。當(dāng)試件達(dá)到結(jié)構(gòu)粘接強(qiáng)度時(shí)，放置在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上將其拉斷并記錄最大拉力。如下頁(yè)圖1所示為抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖。

1.3 平整度現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

基層平整度檢測(cè)包括下基層檢測(cè)和上基層檢測(cè)。在下基層壓實(shí)完成后立即進(jìn)行下基層平整度檢測(cè)，待上基層鋪筑完成后立即在相同位置處檢測(cè)平整度。選取3個(gè)段落測(cè)量縱向平整度，每處連續(xù)測(cè)5次并取平均值作為代表值，測(cè)試點(diǎn)位為路面中間位置；橫向平整度選取3個(gè)斷面，每斷面連續(xù)測(cè)4次并取平均值作為代表值，沿著路面橫向測(cè)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 層間抗拉性能

用式（1）計(jì)算界面粘接的抗拉強(qiáng)度。巖心直徑使用游標(biāo)卡尺測(cè)量。在本次試驗(yàn)中，D=60.0 mm。除去最大值和最小值后的測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，雙層不連續(xù)鋪裝試件的抗拉強(qiáng)度非常弱，層間結(jié)合力幾乎為0，雙層連續(xù)鋪裝試件的抗拉強(qiáng)度是不連續(xù)鋪裝試件的2.1倍，說(shuō)明連續(xù)鋪裝與不連續(xù)鋪裝相比，能有效改善層與層之間的粘結(jié)狀態(tài)。連續(xù)鋪裝試件的抗拉強(qiáng)度較對(duì)照組為47.5%，說(shuō)明連續(xù)鋪裝雖然能顯著改善層間的結(jié)合狀態(tài)，但與理想的結(jié)合狀態(tài)（完全連續(xù)）仍有較大差距。

2.2 層間剪切特性

現(xiàn)場(chǎng)鉆芯，在室內(nèi)進(jìn)行分層和連續(xù)鋪筑試樣剪切試驗(yàn)。剔除最大值和最小值后，取剩余數(shù)據(jù)的平均值作為抗剪強(qiáng)度值。測(cè)試結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，不連續(xù)攤鋪試樣的抗剪強(qiáng)度很弱，層間粘結(jié)力幾乎為0。連續(xù)攤鋪試件的抗剪強(qiáng)度是間斷攤鋪的3.49倍，表明連續(xù)攤鋪比間斷攤鋪更能有效改善層間粘結(jié)狀態(tài)。

2.3 平整度

各試驗(yàn)段縱向和橫向平整度的測(cè)試結(jié)果見圖2和圖3?！豆饭こ藤|(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80/1-2017）中對(duì)高速公路水穩(wěn)基層平整度的規(guī)定值為8 mm。由圖2和圖3可知，采用荷載為240 kN的攤鋪機(jī)進(jìn)行上基層鋪筑時(shí)，上下兩層的縱向和橫向平整度均滿足要求。不同鋪裝工藝對(duì)上下兩層的縱向平整度影響不大。為更深入地分析不同鋪筑工藝以及上基層鋪筑時(shí)間間隔對(duì)平整度的影響，計(jì)算各平整度測(cè)試段落的平均值和變異系數(shù)，將其匯總于表3。

從表3可得出以下結(jié)論：

不同的鋪筑方式，對(duì)上基層縱向平整度影響較小，但對(duì)上基層橫向平整度有一定的影響。注意到試驗(yàn)段1上基層縱向平整度變異系數(shù)較大，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要為采用的是連鋪連壓施工方式，由于不同段落碾壓完成時(shí)間有差別，導(dǎo)致下基層在未完全凝結(jié)受到上基層攤鋪設(shè)備擾動(dòng)時(shí)有一些變異，但整體而言影響較小。

根據(jù)以上分析，為保證水泥穩(wěn)定基層雙層連續(xù)鋪筑的平整度滿足要求，上基層攤鋪機(jī)在新鋪設(shè)的下基層上行駛時(shí)，應(yīng)禁止緊急啟動(dòng)、緊急制動(dòng)。攤鋪機(jī)應(yīng)盡量保持較低的速度，以防止履帶與下基層之間的縱向力造成鋪設(shè)的地基橫向移動(dòng)。同時(shí)，應(yīng)對(duì)發(fā)生擾動(dòng)的區(qū)域進(jìn)行人工補(bǔ)充水穩(wěn)混合料，并在有擾動(dòng)的位置用小型壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行再壓實(shí)。

2.4 上下基層攤鋪間隔時(shí)間對(duì)平整度的影響

為分析上下基層攤鋪間隔時(shí)間對(duì)平整度的影響，以上下基層攤鋪間隔時(shí)間為橫坐標(biāo)，以上下基層平整度差為縱坐標(biāo)，繪制坐標(biāo)圖，見圖4。由圖4可知：

（1）對(duì)于縱向平整度而言，攤鋪時(shí)間間隔對(duì)上下基層平整度差影響較小，表明不同的攤鋪時(shí)間間隔對(duì)路面縱向平整度未有明顯影響。

（2）對(duì)于橫向平整度而言，攤鋪時(shí)間間隔對(duì)上下基層橫向平整度差有明顯影響，且隨著間隔時(shí)間的增加有增大趨勢(shì)，表明攤鋪時(shí)間間隔時(shí)間越長(zhǎng)，上基層橫向平整度越差。但總體而言，上基層攤鋪機(jī)對(duì)橫向平整度的影響可控制在＜3 mm。

（3）從圖4可以發(fā)現(xiàn)，上下基層攤鋪時(shí)間差值在1 h時(shí)，上下基層無(wú)論是橫向平整度差值還是縱向平整度差值均較小。因此，在下基層攤鋪后，上基層的最佳攤鋪時(shí)間為＜1 h。

2.5 上下基層攤鋪間隔時(shí)間對(duì)壓實(shí)度的影響

由現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，繪制不同上下基層攤鋪時(shí)間間隔與壓實(shí)度的關(guān)系曲線，見圖5。由圖5可知：

隨著間隔時(shí)間增加，上基層壓實(shí)度變化較小，均在97%～100%，無(wú)太大波動(dòng)，而下基層壓實(shí)度有明顯變化，表現(xiàn)為隨著間隔時(shí)間增加而減小。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因?yàn)樗嗑哂幸欢ǖ臐?rùn)滑作用，在1 h內(nèi)攤鋪上基層時(shí)，下基層水泥未達(dá)到初凝時(shí)間，上基層的碾壓工藝一定程度上增加了下基層的壓實(shí)度；當(dāng)間隔時(shí)間為3 h，碾壓上基層時(shí)，下基層水泥已經(jīng)達(dá)到初凝時(shí)間，上基層的碾壓作用對(duì)下基層有一定的擾動(dòng)作用，因而影響了壓實(shí)度的提高；當(dāng)間隔時(shí)間為6 h時(shí)，下基層水泥已經(jīng)達(dá)到終凝時(shí)間，而上基層的碾壓可能會(huì)對(duì)其有一定的破壞作用。

2.6 最佳間隔時(shí)間的確定

從以上的研究可以得出結(jié)論：隨著間隔時(shí)間的增加，上下基層的橫向平整度差值和下層的壓實(shí)度越來(lái)越差，下層的固結(jié)度和層間的結(jié)合狀態(tài)不斷惡化。下層的均勻性、上層的密實(shí)性和層與層之間的狀態(tài)是雙層連續(xù)鋪裝技術(shù)最關(guān)注的3個(gè)方面。因此，為了保障雙層連續(xù)鋪裝基層的施工質(zhì)量和基層之間的結(jié)合狀態(tài)，建議上層鋪裝的最佳時(shí)間為下層鋪裝后的1 h內(nèi)。此時(shí)，上層的平整度擾動(dòng)最小，上層的穩(wěn)固性作用較理想，同時(shí)保證了層間的結(jié)合。因此，在施工組織時(shí)，應(yīng)在下層鋪裝水穩(wěn)基層后盡快進(jìn)行上層鋪裝，既能保證施工質(zhì)量，又能保證層間粘結(jié)良好。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)室內(nèi)層間性能試驗(yàn)，證明雙層連續(xù)鋪裝技術(shù)能顯著改善層間的粘結(jié)狀態(tài)，但與理想狀態(tài)（全連續(xù)）仍有差距。連續(xù)攤鋪的抗拉強(qiáng)度是間斷攤鋪的2.1倍，抗剪強(qiáng)度是間接攤鋪的2.4倍。

（2）通過(guò)平整度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果分析，間隔時(shí)間對(duì)縱向平整度影響不大，但隨著鋪設(shè)間隔時(shí)間的增加，上下層橫向平整度差逐漸增大。基于檢測(cè)結(jié)果，提出了平整度擾動(dòng)控制措施。

（3）分析了上下基層攤鋪間隔時(shí)間對(duì)平整度和壓實(shí)度的影響，提出了雙層連續(xù)攤鋪的最佳間隔時(shí)間，建議上層鋪筑的最佳時(shí)間為下層鋪筑后的1 h內(nèi)。

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作者簡(jiǎn)介：覃 林（1974—），高級(jí)工程師，主要從事公路工程建設(shè)管理研究工作。