抗裂型水稳碎石基层混合料设计及施工质量控制

贾彦兵

(山西长兴路桥有限公司，山西 长治 046000)

0 引言

路面基层是沥青路面结构的重要组成部分。在我国高速公路建设中，大部分路面选择采用半刚性基层。水泥稳定碎石基层是高等级公路中应用广泛的半刚性基层之一，该种基层强度和承载力较高，具有抗疲劳和破坏性强的特性，且成本低廉，施工方便。水泥稳定碎石基层常出现的质量通病在于容易形成干缩裂缝，使得路面面层出现反射裂缝，降低路面使用寿命。

在施工中，为更好的发挥水泥稳定碎石基层的性能，避免对路面产生危害，则需要正确认识水稳基层的特点，从混合料设计和施工技术入手，采取有效措施来提高水稳碎石基层的施工质量，达到有效延长路面使用寿命的目的。在本文中，介绍了进行水稳碎石基层混合料设计和施工的要点，说明了抗裂型水稳碎石基层良好的路用性能，以期借鉴。

1 概述

在我国高速公路建设中，90%以上的高等级路面采用半刚性材料作为基层。半刚性基层具有承载性强、稳定性好的特性，且造价低，施工方便。但很多路面投入使用后，出现一些普遍性的问题，地表水顺反射裂缝下渗导致出现的唧浆病害(见图1)，基层结构组合设计或施工质量原因导致的结构性病害的发生。这些都使得半刚性基层路面使用寿命低于设计寿命，甚至出现提前破坏现象。

水泥稳定碎石是半刚性基层的一种重要类型，具有较高的强度和模量，板体性好，优良的水稳性与耐久性，施工方便的特点，缺点在于容易产生反射裂缝，见图2。因此，正确认识水稳基层的特点，从结构、构造、材料设计方法、与材料特性相匹配的施工技术入手，扬长避短，提高半刚性基层沥青路面的质量和使用寿命。

图1 唧浆

图2 反射裂缝

在抗裂型水泥稳定碎石基层结构中，通过选择采用的连续级配粗集料形成嵌挤结构的骨架，在骨架空隙中有效填充密实的水泥和细料，从而形成一种骨架密实型的无机结合料。常用于对承载力要求较高的路面，可作为高速公路、一级公路的基层或上基层。

大量的工程实践表明，抗裂型水泥稳定碎石基层配合比设计中，使用的振动成型工艺能最大限度的模拟施工现场(见图3);在基层的级配骨架密实结构中，投入的粗骨料多(见图4)，水泥剂量相对普通水稳基层低;基层压实度高，使得该基层路面的抗压强度和抗裂性能显著提升，在河北、江苏等省市得到了广泛推广和应用，使用效果良好。

图3 振动成型设备

图4 骨架密实级配试件

2 混合料组成设计

在混合料设计中，为保证路基强度符合设计要求，有效减少成型后路面裂缝，应通过混合料组成设计合理确定集料、水泥等的级配比例。为确保混合料施工中的和易性和压实度，采用振动压实法合理确定混合料的最佳含水量和最大干密度等。

2.1 原材料

对原材料要做好料源把关，对原材料生产厂家要进行实地查验合格，对进入施工场地的每批次原料也要进行检测合格后方可使用。

水泥。可选择使用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等，应禁止使用早强水泥。对进入料场的每批次水泥都要通过试验测定其龄期强度、安定性等指标，只有各指标符合规范和设计要求后，方可使用。水泥料场应具有遮阳、覆盖等降温措施。

碎石。碎石是水泥稳定碎石基层的主体，应足够坚硬、耐久且强度符合要求。按设计要求和粒径规格分组进行备料，可分为9.5 mm～31.5 mm，4.75 mm～9.5 mm，2.36 mm～4.75 mm 和0 mm～2.36 mm 四种规格，最大粒径控制在31.5 mm。要求的碎石压碎值不得超过28%，严控针片状含量，以不超过15%为宜。进行集料砂当量控制，应不小于55%。

2.2 确定矿料级配

将施工中实际使用的碎石水洗筛分后，按颗粒组成进行计算，确定各级碎石的比例。在混合料配合比设计中，将级配曲线按正“S”形进行调整，可有效减少混合料离析，也有利于提高混合料的抗裂性。在设计中，将碎石粒径在4.75 mm 以上的筛孔通过率按级配的中值与上限之间进行控制和调整，将碎石粒径在4.75 mm及以下的筛孔通过率按级配的中值与下限之间进行控制和调整。组成抗裂型水稳碎石基层的混合料级配应符合表1 规定。

表1 组成抗裂型水稳碎石基层的混合料级配表

确保粗集料间形成良好的嵌挤效果(见图5)，必须将4.75 mm，2.36 mm，0.075 mm 的通过率严格控制在要求范围内。否则，级配不良难以形成骨架密实结构，见图6。

图5 合格的骨架密实级配

图6 级配不良的芯样

2.3 不同的水泥剂量分组进行振动压实试验

采集施工中实际使用的水泥，按照2.5%～4.5%的不同剂量分别取4 种～5 种比例(以碎石质量为100)进行混合料制备。偏差系数在10%～15%时的试件制备个数9 个，偏差系数在15%～20%时的试件制备个数13 个，通过振动压实成型法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。

2.4 不同水泥剂量的强度试验

按照确定的最佳含水量进行水稳碎石混合料拌制，使用振动击实法制备试件，压实度要求为98%。使用塑料薄膜将试件脱模称重后包覆，在标准养护条件下进行室内养生6 d，再浸水1 d 后取出，将试件表面的自由水使用软布吸去后称重，再进行无侧限抗压强度测定。对比养生前后的试件称重，要求水分损失不得超过10 g，否则作废。

2.5 确定最大干密度、最佳含水量、水泥剂量

水泥稳定碎石基层的7 d 浸水无侧限抗压强度应符合设计要求，一般控制在3.0 MPa～5.0 MPa 之间。同时，采用静压成型法进行试件制备，其7 d 浸水无侧限抗压强度应不小于3.0 MPa。

为确保水稳碎石基层达到设计强度，尽可能的减少基层裂缝，在混合料设计中，应尽量限制水泥剂量，控制细集料和粉料的用量。

3 施工工艺

质量优良的水稳基层，不仅需要良好的配合比设计，还需要正确的施工。在本文中，混合料生产采用集中拌和法，施工现场由两台摊铺机组成梯队进行摊铺，使用一次碾压密实成型的施工工艺。

施工流程主要有:试铺、拌和、运输、摊铺、碾压、养生及交通管制。

3.1 试铺

在正式施工前，应在验收合格的底基层进行试铺。试铺的目的在于验证混合料的配合比和拌和、运输、碾压等工序时间和流程的可行性，对整个施工方案进行调整，以尽量缩短延迟时间。通过对试铺中发现的问题进行合理调整后，确定此次项目施工的标准流程和方法，经批准后即可正式施工。

3.2 拌和

在拌和作业中，按设计要求严格限制水泥的使用剂量。做好含水量控制，可比最佳含水量略高1%，并根据气温、失水情况及时进行调整。高温作业时，早晚与中午的含水量要有区别。为避免混合料离析，混合料装车时，车辆应前后移动分三次装料。

3.3 运输

混合料的运输能力应与拌和能力和摊铺能力相协调，在摊铺机前排队等候卸料的运料车辆不得少于5 辆。为减少混合料运输途中的水分损失，运输车辆应覆盖毡布。为确保施工质量，应尽可能在1 h 内将混合料运至施工现场，对超过水泥初凝时间的混合料则必须废弃。

3.4 摊铺

在摊铺前，将作业面表面的浮土、积水等清除，并洒水湿润。可在摊铺机前一定距离喷洒水泥净浆，以确保上下基层粘结，形成整体。将摊铺机调整到位后应连续摊铺，禁止停机待料，摊铺速度和厚度应均匀。采取降低布料器前挡板的离地高度等防止混合料产生离析的现象。摊铺机后面应设专人消除离析现象。

3.5 碾压

碾压是确保水稳基层施工质量最重要的一环。振动成型法确定，压实标准达到98%以上，要求抗裂水稳基层基本不渗水。稳压采用单钢轮振动压路机静压一遍。压实时，则使用2 台～3 台单钢轮压路机有序碾压开振2 遍～3 遍。收光时，使用1 台～2 台胶轮压路机静压1 遍～2 遍。在施工中，根据路面压实检测情况及时进行调整。

3.6 养生及交通管制

养生是确保水稳基层形成强度的关键。碾压完毕后，应立即使用塑料薄膜覆盖进入7 d 养生期。在养生期间，应采取喷淋等措施确保基层湿润，禁止车辆通行。

4 质量控制

在抗裂型水稳基层施工中，除完善施工组织和设计外，还应坚持做到以下几点:

1)稳定料源。

与普通水稳基层相比，抗裂型水稳基层的级配范围较窄，对原材料的质量控制就更为严格。因此，为确保施工质量，稳定的原料供应源就非常重要。要把好材料的源头关，及时筛分每批材料，及时调整用料比。

2)定期检查机械设备。

建立并落实机械设备的定期检修保养制度。在正式施工前，对施工机械和配件进行检查，做好试机工作，及时排除设备故障，补充缺损配件，杜绝因设备原因而影响工程进度和施工质量。

3)防止混合料离析。

在施工中应采取各种有效措施，防止水泥稳定碎石基层出现离析和开裂。对已经出现的离析和开裂应及时处理，直至将基层铲除重铺。

［1］张万磊.骨架密实型水泥稳定碎石配合比设计与施工技术要点［Z］.2011.

［2］张志祥.抗裂型水稳设计与施工［Z］.

［3］DB33/T 836—2011，公路水泥稳定碎石基层振动成型法施工技术规范［S］.

［4］苏高技(2006)219 号，江苏省高速公路抗裂型水泥稳定碎石路面基层施工指导意见(试行)［Z］.