某高速公路抗裂型水泥稳定碎石基层技术研究及应用

镇江市交通工程建设管理处，江苏 镇江 212000

水泥稳定碎石基层作为承重层，在路面结构中起着承上启下的作用，具备优异的强度、刚度、水稳定性，在高等级公路基层中广泛使用。但水泥稳定碎石基层容易产生裂缝，不仅降低了整体强度，还会形成反射裂缝，从而影响路面使用质量，是历来困扰工程建设者的问题。镇丹高速公路为交通部绿色循环低碳公路主题性项目，设计采用低剂量抗裂型水泥稳定碎石，通过优化级配骨架结构，降低水泥含量，从而保证整体强度，减少收缩、增强抗裂性，延长路面使用寿命。

1 技术要求

为更好地指导施工，结合部颁行业标准提出的新要求，对相关内容进行调整，形成该项目抗裂型水稳基层施工指导意见。

1.1 水泥要求的变化

为获得强度保证，明确由“宜采用32.5或42.5级缓凝水泥”改为“宜采用42.5级或以上缓凝水泥”。

1.2 碎石要求的变化

（1）提高粗集料压碎值要求，提高到“应不大于26%”；（2）增加粗集料粉尘含量应小于2%、软石颗粒含量应小于5%的要求；（3）要求3～5mm细集料严格控制小于2.36mm的颗粒含量；（4）将0～3mm细集料满足0.075mm通过率要求，提高到“宜小于等于15%”，如表1所示。

表1 细集料规格要求

1.3 设计要求的变化

（1）基于抗裂水稳需要更好的骨架结构，对合成级配关键筛孔范围进行调整，如表2所示。

表2 项目混合料级配范围

（2）要求三个限制，在满足设计强度基础上限制水泥用量；在减少含泥量的同时，限制细集料、粉料用量；根据气候条件限制含水量。要求水泥剂量不应大于4.5%、集料级配中0.075mm以下颗粒含量不宜大于5%、含水量不宜超过最佳含水量的1%。

（3）提高无侧限抗压强度要求，将静压强度代表值不应小于3.0MPa提高到3.8MPa，并要求采用振动压实法成型的试件7d浸水无侧限抗压强度代表值应满足5.0MPa。

（4）明确混合料设计分目标、生产配合比两个阶段。

（5）要求配合比设计同时使用振动压实法和重型击实法确定最佳含水量和最大干密度，通过最大干密度取值确定两者的转换系数。生产配合比设计阶段可通过重型击实法所验证的最大干密度乘以转换系数确定振动压实法最大干密度。

1.4 施工要求的变化

（1）采用双拌缸拌和楼，具备二次拌和能力，拌和时间不短于15s，提高均匀性，如图1所示。

图1 双拌缸拌和工艺

（2）明确单钢轮初、复压，胶轮压路机和双钢轮压路机终压，单钢轮压路机吨位不小于20t，胶轮压路机吨位不小于30t。

2 原材料准备

原材料质量直接决定抗裂型水稳的成功与否，该项目原材料选择技术标准高于以往，试验结果如表3所示。

表3 集料试验结果

3 配合比设计

3.1 设计理念

注重抗压强度、劈裂强度的平衡设计。严格限制水泥用量，达到设计强度即可，减少水泥过多带来温缩裂缝的风险。合成级配4.75mm通过率控制在30%左右，追求抗压强度、劈裂强度及最大干密度的平衡。最大限度地降低石粉使用量，推荐合成级配2.36mm通过率控制在20%以下，生产配合比设计结果为1#料∶2#料∶3#料∶4#料=37%∶35%∶6%∶22%，如表4所示。

表4 生产配合比设计结果

3.2 采用振动成型设计

（1）规范振动成型压实机振动参数，静面压力为140kPa，频率为35Hz；振幅为1.4mm，激振力为7612N，振动总时间为2min。

（2）相对重型击实法，振动成型法与现场环境契合度高，有助于控制水泥剂量与含水量，在目标及生产配合比设计阶段均使用，对最大干密度的确认意义重大，目标配合比设计结果如表5所示。

表5 项目目标配合比设计结果

4 施工过程控制

4.1 拌和质量控制

石料分为四档粒径，封闭保存；配置双缸强制式连续拌和机，全自动电脑称重，经2次拌和，确保各档石料按设计比例准确投料及搅拌均匀，减少摊铺离析。

4.2 运输环节控制

运输车安装自动伸缩覆盖装置，既加快覆盖速度，减少混合料水分散失；又避免人工覆盖的安全隐患，值得推广运用，如图3所示。

4.3 摊铺环节控制

采用两台摊铺机全断面梯队一次性摊铺，采用钢绞线控制高程和平整度。

4.4 碾压环节控制

现场控制碾压的干密度坚持使用振动成型的最大干密度，最大程度提高碾压效果，使混合料中粗集料相互嵌挤和咬合，达到骨架作用；细集料起到对粗集料间隙的填充和黏合作用，最大程度上增加内部摩阻系数和抗裂作用，是减少基层裂缝的力学依据。

4.5 养生

养生采用覆盖一层土工布洒水养生。低温施工不便采用洒水养生时段，先盖一层塑料薄膜，以起到保湿作用，薄膜上面再盖土工布，气温在5℃以上时，盖1层土工布，在5℃以下时，盖2层土工布。

5 质量验收

5.1 混合料

为确保混合料质量稳定，要求每生产班不少于上、下午各一次级配筛分，确保水泥剂量准确应用，保证级配符合设计要求。混合料关键筛孔变异系数基本控制在5%左右，波动性较小，级配始终控制在一个合理范围，如表6、图4～图6所示。

表6 项目混合料关键筛孔统计表

图4 混合料4.75mm筛孔通过率波动图

图5 混合料2.36mm筛孔通过率波动图

图6 混合料0.075筛孔通过率波动图

5.2 压实度

根据要求频率，现场摊铺同步检测，及时指导碾压。

5.3 无侧限抗压强度

每天上、下午各一次成型，标准养护6d，浸水1d，压力机检测。

5.4 钻芯取样

钻芯取样作为检测重点，养护7d后钻芯，检验芯样成型、集料分布、芯样厚度等，如图7所示。

图7 项目抗裂水稳芯样

6 结论

该项目水稳施工重视原材料质量控制，通过优化混合料设计及施工控制，为防范裂缝创造坚实基础，全线21.63km基层经过冬歇期后，发现裂缝仅76道，且多为表面微裂缝，与以往工程对比，裂缝数量显著减少，抗裂水稳成效显著，总结出以下结论：

（1）该项目粗集料压碎值为21.6%；粗集料0.075mm通过率低于2%，细集料0.075mm通过率低于15%，为高品质水稳提供基础条件。

（2）集料采用9.5～31.5mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm和0～2.36mm四种规格，有利于级配控制及优化。

（3）优化混合料级配设计，注重抗压强度，劈裂强度的平衡设计，严格限制水泥使用量，减少水泥过多带来温缩裂缝的风险，合成级配4.75mm通过率控制在30%左右，合成级配2.36mm通过率控制在20%以内。

（4）配合比按目标及生产配合比两个阶段设计，使用振动压实法和重型击实法确定最佳含水量和最大干密度。

（5）采用双拌缸拌和楼，混合料拌和时间不小于15s，提高拌和均匀性。