大厚度基层施工工艺及质量控制技术研究

李 刚, 张 琦, 黄 欢

(1.蚌埠市公路管理局，安徽 蚌埠 233000;2.合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

截至2018年底，中国的公路通车总里程达484.65万km，其中高速公路总里程14.26万km。我国已建成的高速公路中的90%以上为半刚性基层沥青路面。在今后的国道主干线建设中，由于水泥稳定碎石的强度高、稳定性好，半刚性基层沥青路面仍将主要的路面结构形式[1]。在安徽省高速公路、省道干线公路中半刚性基层结构占有绝大部分，水泥稳定碎石基层的厚度通常在30～36 cm。

长期以来，由于受铺筑厚度的制约的原因，实际施工中水泥稳定碎石基层多采用分层施工，形成层间非连续状态与设计时的层间连续状态是不相符的，降低了基层的承载能力，导致基层受力不利。通过一次性铺筑、一次性碾压成型的水泥稳定碎石基层，本文称为大厚度水泥稳定碎石基层[2]。

大厚度水泥稳定碎石基层因用材厚度大、固有频率较低，摊铺机的振捣器为适应材料的压实特性需采用低频高幅作业[3,4]。随着大吨位压路机和大厚度、大宽度摊铺机出现，为大厚层水泥稳定碎石基层一次施工的提供了条件[5,6]。开展大厚度水泥稳定碎石施工工艺、检测方法及路用性能研究，以及推广使用一次性大厚度水泥稳定碎石基层铺筑施工工艺，可减少基层病害，延长道路使用年限，且可降低施工成本、缩短施工工期。开展此项研究，针对大厚度水稳碎石的施工施工工艺及质量控制的研究十分必要[7]。

1 施工工艺

1.1 施工准备

(1)下承层验收处理。检验底基层是否合格才可进行基层施工。下承层的施工应保证无杂物、无松散，表面洒水湿润。可采用在底基层表面喷洒水泥浆来增加基层与底基层之间的黏结性[8]。

(2)施工放样。施工前先进行放样，确定水泥稳定碎石基层的边缘线，在距离线0.3～0.5 m外每10 m放一桩，测量高程，作为架设高程控制传感器提供基准线。高程采用钢丝引导来控制，钢丝支架布置方式为在曲线段每5 m设一处、直线段应每10 m设一处。钢丝应保证充足刚度，其拉力不小于800 N。

如果设立模板，为避免由于压路机激振力大造成模板位移，可采用双排钢钎固定模板。

1.2 施工过程

(1)水泥稳定碎石基层混合料的拌制。每台拌和机产量不小于500 t/h，宜采用振动搅拌或两次拌和的生产工艺，拌轴长度不小于3.2 m，水泥罐仓容量不小于100 t，冷料斗不少于4个。拌和设备的水、水泥、集料的应采用准确性高的电子计量装置。保证设备的正常使用，应先调试拌和设备，并标定质量控制系统。拌和站设专人实时监控混合料含水率,实验室人员配合拌和站操作人员根据天气情况适当调节含水率。避免因缺料或下料口堵塞发生断料现象的出现,造成级配的破坏,各料仓设专人监控。

(2)混合料运输。运输车辆数目根据拌和能力、摊铺能力进行确定，车辆吨位在20 t以上。应配有帆布等覆盖设施防止水分损失。且应至少保证5辆以上车辆等候卸料。为避免离析现象的出现，对运输车可采取分前后中3次装料的方式，尽量减小出料口与车厢的高度。混合料需采取防水分损失的覆盖措施。运输车辆进入施工现场后，应减速慢行，避免因颠簸造成集料的离析及交通事故。设专人指挥卸料，自卸车应停在摊铺机前0.1～0.3 m，严禁自卸车撞击摊铺机[9]。

(3)摊铺。摊铺机设备实现一次性摊铺应具备大功率、大排量液压元件、大扭矩传动系统,并达到水稳碎石摊铺的均匀度、平整度、密实度要求。摊铺机应具备满埋螺旋二次搅拌能力，均匀输料和布料，摊铺后的表面密实、均匀，无离析。考虑到大厚度水稳基层摊铺预压实度在80%以上，材料的厚度大、固有频率较低，摊铺机的振捣器的低频高幅作业，以及水稳碎石的材料自身特性及摊铺机工作效率，摊铺速度应控制为2～3 m/min。

(4)压路机碾压。应采用大吨位和具有大激振力的压路机进行压实作业。钢轮压路机应有全液压、双驱、前后轮驱动自动控制，碾压起停平稳，不推移、不拥包。胶轮压路机应采用大吨位、液压驱动控制，自动雾化补水。在复压阶段，也可采用垂直振动压路机。复压阶段采用垂直振动压路机低频高幅振动(大振)3遍、高频低幅振动(小振)2遍。

在试验段施工中，主要采用了垂直振动压路机。在试验段施工中采用的是LSV220单钢轮全液压双驱垂直振动压路机。采用LSV220垂直振动压路机低频高幅振动(大振)3遍、高频低幅振动(小振)2遍。

若边部出现塌滑或无法碾压密实的情况，应采用模板支档工序，确保基层边缘部压实度。可采用不宜变形的钢模板。钢模板刚度大，受力不容易损坏，重复利用率高。模板的顶面与基层的设计标高应一致，使用双排钢杆固定，必要时增加钢杆固定。

相邻碾压带应保证重叠距离为1/2轮宽，后轮必须超过两端的接缝处。压实结束后表面应平整密实，无轮迹和隆起，无“大波浪”现象。严禁压路机调头、急刹车，从而保证保证基层表面不受破坏。

(5)养护。为了提升水稳层的强度，避免基层表面产生干缩裂缝，水稳层需要养护。覆盖养生前应检测水泥稳定碎石基层是否合格。先用洒水车喷雾洒水，然后采用覆盖养生的方式(土工布等)至少养生7 d。在养生期间应封闭交通，严禁运输车辆通行。若必通车无法避免时，应限速在30 km/h，严禁半边通车或履带车辆通行，严禁两边在工序上发生冲突，严禁频繁调动机械。

2 试验段施工

2.1 试验段概况

试验路段位于X046蒙唐路。X046蒙唐路等级为平原微丘区三级公路，设计速度为40 km/h。该路段是怀远县路网中重要的农村通道，它是怀远县西南部连接怀远的重要通道，其经过怀远徐圩乡，河溜镇、万福镇等乡镇，是该乡镇经济发展的主要通道，按照安徽省路网规划，该段道路纳入省道235濉唐路，其经济地理位置十分重要。本次大修段全长6.5 km，起点位于怀远县徐圩乡尚庙街道，终点位于怀远县河溜镇大成处，起止桩号为K43+332-K48+832。路段路面结构如图1所示。

图1 沥青路面结构

2.2 施工设备

采用徐工RP953T超厚摊铺机，具备大厚层抗离析摊铺的能力，最大摊铺厚度不小于500 mm。大叶片变螺距技术有效抵抗离析现象。

压路机采用垂直压路机。碾压工艺：初压，LDH140双钢轮垂直振动水平振荡压路机稳压1遍；复压，LSV220单钢轮垂直振动压路机振动碾压4遍；终压，LDH140压路机收光压实1遍。在大约连续摊铺50 m后开始压实作业，先用LDH140双钢轮压路机稳压1遍(前轮水平振荡、后轮垂直振动组合碾压)；再用LSV220单钢轮垂直振动压路机碾压，大振(低频高幅振动)2遍，速度控制在2 km/h，相邻轮迹重叠不超过20 cm，防止漏压，小振(高频低幅振动)2遍，速度约2 km/h，相邻轮迹重叠不超过20 cm，防止漏压。垂直振动的优点是激振力始终垂直下向传递，影响深度深，上下密实度均匀，表面不松散无裂痕。LDH140双钢轮压路机收光压实1遍。前轮用水平振荡、后轮用垂直振动组合碾压，若表面发干、发白、石子跳动，可使用压路机洒水系统补水，表面效果更佳。

由于垂直振动压路机本身所具有的优点，它的使用克服了以往其他工程中采用该工艺对环形振动压路机超大吨位和超大激振力的依赖性。因此也克服了“全厚式摊铺碾压工艺”通常会出现的模板固定难易变形导致压不到位或压不实、碾压遍数过多造成被压材料的推移易产生鼓包、平整度得不到要求以及上中下层密实度差距大等不足。

3 检测数据及质量评价

对于本试验段，采用了压实度、7d芯样强度、芯样厚度，完整性以及基层顶面弯沉等对于本试验段进行路用性能评价。

3.1 压实度

采用灌砂法，测定基层的压实度(表1)。

表1 基层压实度

经检测压实度代表值>98%，压实度检测合格。

3.2 芯样强度

养生7 d后，在基层路段取芯，并检测芯样强度。芯样强度在2.1～4.3 MPa。大部分芯样强度符合控制要求(表2)。

表2 芯样强度

3.3 芯样厚度、完整性

取芯后，检测芯样厚度，并观察其完整性(表3)。

表3 基层芯样厚度及完整性

3.4 弯沉

使用FWD检测完工路段弯沉值，计算检测弯沉值得代表值(表4)。K45+832-K48+891段采用分成二次成型工艺，K42+332-K43+460段采用全厚式一次摊铺压实工艺。表中弯沉值为记录落锤测定的弯沉值后换算为换算成贝克曼梁法弯沉值。

表4 弯沉值

弯沉设计值为36.4(0.01 mm)，检测试验路段水泥稳定碎石基层弯沉值小于设计值，该路段弯沉合格。全厚式施工路段弯沉值小于分层施工路段的弯沉值。

4 结 论

(1)大厚度水泥稳定碎石基层施工对设备提出了更高的要求。摊铺机必须具备大功率，利用摊铺机自身超大功率、液压元件超大排量、传动系统超大扭矩，通过超级满埋螺旋、二次搅拌、均匀输料和布料，实现一次性摊铺，并达到水稳级配碎石摊铺的均匀度、平整度、密实度要求。

(2)大厚度水泥稳定碎石基层压实设备可采用大激振力的压路机或垂直振动压路机。

(3)采用垂直振动碾压技术施工的大厚度水泥稳定碎石基层试验段，经检测基层压实度良好，基层顶面弯沉值小于分层施工路段弯沉值。