填充式大粒径水泥稳定碎石基层材料级配及施工工艺的改进优化

张业轩，吴海清，王善亮

1.安徽省滁州市交通工程质监站，安徽 滁州 239000

2.滁州市公路管理服务中心，安徽 滁州 239000

3.滁州市交通工程试验检测公司，安徽 滁州 239000

对于沥青路面而言，基层材料的抗变形能力和耐久性能是十分重要的，因此水泥稳定碎石半刚性基层在20世纪90年代得到了普遍的推广应用，但常规水泥稳定碎石基层容易在干缩和温缩共同作用下形成缩裂问题，并且一直没有找到很好的解决办法。由于基层结构裂缝能反射到路面面层，特别是在沥青面层较薄的情况下，反射裂缝具有规律性，容易造成路面水毁损坏，影响公路使用品质和寿命。2019年7月1日实施的《填充式大粒径水泥稳定碎石基层施工技术规程》主要是为了解决基层裂缝问题。填充式大粒径水泥稳定碎石基层在满足强度、回弹模量、收缩和抗冲刷能力等指标的同时，抗裂性能突出，承受荷载能力强，需要投入大量人力，由于摊铺机不能一次性摊铺大粒径混合料，施工管理要求严，施工安全隐患大。2020年10月30日，交通运输部和应急管理部联合发布的《公路水运工程淘汰微机生产安全施工工艺、设备和材料目录》第1.1.8条提到：“水泥稳定类基层、垫层拌和料‘路拌法’施工工艺，应予淘汰。”由于《填充式大粒径水泥稳定碎石基层施工技术规程》采用的是“层铺路拌法”施工工艺，将被限制使用。基于此，文章就上述问题进行了改进及优化实践研究。

1 工程概况

滁州市新昌大道工程位于滁州市南谯区和全椒县域内，起点位于醉翁路与洪武西路交叉处，终点与规划S324平面交叉，路线全长6.818km。当地气候特征为冬季寒冷少雨、春季冷暖多变、夏季炎热多雨、秋季晴朗气爽，四季分明。全市年平均气温为21.4℃，年最低气温为11.4℃。项目按一级公路规划，设计汽车荷载为公路-Ⅰ级，由于土地征迁问题，近期按二级路标准实施。路基宽度为9m，沥青混凝土路面宽度为7m，路面结构层为20cm水泥稳定碎石+18cm填充式大粒径水泥稳定碎石+4cm AC-13 SBS改性细粒式沥青面层。改进优化的填充式大粒径水泥稳定碎石基层施工时间为2020年8—10月，施工期间最高温度为37℃。该项目已于2020年12月30日通过交工验收，经过冬季最低气温-10℃和一个冬季的冻融考验，目前未发现半刚性基层反射结构裂缝。

2 填充式大粒径水稳基层材料级配改进

2.1 级配范围比较

为了直观地比较矿料级配的调整情况，现将填充式大粒径水泥稳定碎石、常规水泥稳定碎石以及改进后的大粒径水泥稳定碎石级配范围进行对照，如表1所示。

从表1中可以看出，改进型填充式大粒径水泥稳定碎石最大粒径采用了填充式大粒径水泥稳定碎石的最小规格大粒径，但粒径比常规级配大。经施工实践，此级配范围适合“厂拌机铺”，大粒径嵌挤、骨架密实。

表1 三种矿料级配通过百分率对照表

2.2 级配调整结果

改进型填充式大粒径水泥稳定碎石由26.5～37.5mm碎石、9.5～19.0mm碎石、2.36～4.75mm碎石、0.075～4.75mm石屑四种集料组成，根据原材料的试验得出矿料级配如表2所示。

表2 改进型填充式大粒径水泥稳定碎石配合比

考虑到改进型水泥稳定碎石骨料偏大，易产生局部离析现象，试验室采用2.36～4.75mm碎石、0～4.75mm石屑分别按55%、45%的比例拌制嵌缝料，对局部离析处进行撒布嵌缝，嵌缝料的配合比如表3所示。

表3 嵌缝料配合比

3 施工工艺的优化

3.1 混合料拌和

在混合料拌和时，实际采用水泥剂量比试验确定的剂量增加0.5%。试验段期间，根据温度、湿度情况，拌和时的外加水与集料天然含水量之和比最佳含水量高出0.4%～0.8%，以弥补混合料在碾压前的水分损失，使碾压时混合料的含水量与最佳含水量的差距在±1%之间。拌和过程中对混合料外观进行目测，并结合试验来验证混合料的含水量及水泥剂量，发现问题应及时进行调整，确保满足施工质量需求。

3.2 混合料运输

装料时运输车辆排队等候在贮料仓下，装料前对车辆车厢进行清洗、晾干，装料时按前→后→中至少三次移动的方法进行装料，不得装料过满，防止装料堆高交叉部产生离析现象。车辆到场后分列两边，前后相距约10m，车辆倒车时统一在摊铺机前30cm处停车，挂空挡卸料。

3.3 混合料摊铺

（1）摊铺前在摊铺范围两侧及中心线位置直线每隔10m（曲线每隔5m）打一导杆，拉出摊铺基准线，并打好厚度控制线支架，根据松铺系数算出松铺厚度，决定控制线高度，挂好控制线。

（2）摊铺前先检查摊铺机各部分运转情况，在摊铺机起步位置熨平板下垫厚度为23cm（摊铺层厚度18cm+虚铺厚度5cm）的方木。起步时先用较低速度摊铺，调整摊铺机自动料位计，使螺旋布料器均匀转动且有2/3部分埋入混合料中，以减少混合料离析；待路拱横坡度等指标满足设计要求后，再按正常速度1.5m/min连续摊铺，如图1所示。

图1 改进型填充式大粒径水泥稳定碎石一次性摊铺

（3）摊铺机拼装宽度为5m，摊铺时右半幅先进行摊铺，右侧走钢丝，左侧以铝梁进行控制，摊铺长100m时，退回起点摊铺左半幅，使之与右半幅及时合拢。

（4）摊铺过程中加强对摊铺质量的检查，对局部离析处进行人工翻拌或直接补嵌缝料（因采用的配合比骨料偏大，容易产生离析现象），如图2所示。

图2 局部离析处进行人工补料

3.4 质量控制关键点

（1）应采用振动压实法确定最大干密度和最佳含水量（最大干密度为2.40～2.45g/cm3），候场拌和设备计量需要检定和校准，使配合比配料准确。另外，试验室应每天检查配比执行情况，严禁未经允许私自调整。

（2）试验段开始前需要按照设计配合比进行试拌筛分，满足设计配比要求后方可生产。

（3）提高检测含水率，正常施工时比最佳含水率高1个百分点控制。

（4）选择性能良好的摊铺机，这样可以减少离析现象发生，选用大吨位振动压路机（26J），三轮压路机吨位为21～25t，如图3所示。

图3 采用26J振动压路机碾压及碾压后基层表面状

（5）离析率应控制在施工面积的5%，若离析率偏大或偏小，应及时调整生产配合比，易产生结构层上下贯通离析的部位为摊铺机分料器中部、边部以及双幅摊铺时的中缝位置。

（6）处理离析现象时分工要明确，现场技术管理人员负责检查，劳务工人4～5人负责撒布嵌缝料及进行适度翻拌，分为三个步骤，即摊铺后检查处理一遍、稳压后处理一遍、振动结束后检查处理一遍。

4 质量检查验收标准与结果

（1）施工质量标准与控制按《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20—2015）执行。

（2）实体检测。改进型填充式大粒径水泥稳定碎石基层主要参数如下：压实度≥98%、回弹弯沉验收值为36（0.01mm）、无侧限抗压强度≥6MPa、厚度为18cm。经检测，各项指标均满足设计要求。改进型填充式大粒径水泥稳定碎石主要指标如表4所示。

表4 改进型填充式大粒径水泥稳定碎石主要指标

从表4中可以看出，改进后的大粒径水泥稳定碎石基层的压实度、回弹弯沉代表值、无侧限抗压强度均满足设计要求。

（3）新工艺的优点。①机拌机铺效率明显提高，日进度达到5000m2，较原来的层铺路拌法效率提高了1倍。②工人劳动强度降低，现场劳务人员只需15人即可完成摊铺、平整、处理离析等施工任务。相较于层铺路拌法，人工找补离析更容易、更轻松。③摊铺机摊铺平整度合格率较层铺路拌法工艺有大幅度提高，经实测平均合格率在90%以上。④基层承载力较常规水泥稳定碎石有所提高，经取芯，完整芯样占比为60%，抗压强度达到5.5MPa，松散芯样占比为40%，既能满足强度指标要求，又能满足抗裂要求。

5 结束语

改进型填充式大粒径水泥稳定碎石吸收了填充式大粒径水泥稳定碎石的防裂原理，是用2～4cm大粒径碎石形成骨架，用小粒径的水泥稳定碎石填充骨架空隙，经压实成型的一种路面材料。其优点是和常规水泥稳定碎石基层一样，采用机拌一次性摊铺，还具有防裂性。在实际应用中，主要应控制好级配、离析找补、碾压等关键工序，就能保证工程质量，从而延长沥青路面的使用寿命。

滁州市新昌大道工程是滁州市规划的重要干线，相关人员将对路面质量及使用情况进行跟踪监控，并将改进型填充式大粒径水泥稳定碎石应用在不同厚度的沥青面层和不同等级公路的实践中，以期不断改进完善施工工艺，提高施工质量。