水泥稳定碎石基层特性及施工质量控制技术

◎白菊 龙伟豪

一、引言

水泥稳定碎石作为半刚性材料，以其整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好等特点在路面基层和底基层施工中被广泛应用。目前高等级路面如采用沥青混凝土面层的，一般采用多层次的水泥稳定碎石作为路面基层和底基层。

水泥稳定碎石，是以各种规格的碎石作骨料（一般有三至四种规格的碎石再掺入部分石屑），再加上一定数量的胶凝材料（水泥）和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。碾压良好的水泥稳定碎石基层，压实度极为接近通过室内试验确定得最大干密度（约98%），结构强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。

水泥稳定碎石初期强度就比较高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，相对于石灰土，始终具有较高的强度。水泥稳定碎石的水泥用量一般为混合料质量比率的3%～6%，水泥稳定碎石成型后表面坚实，不易松散，总体稳定性良好，且水稳定性较好，基本不透水，是各级公路的理想基层材料。

由于水泥稳定碎石具备上述的优点，在我国目前的公路建设中经常被使用作为路面基层。

相对与石灰稳定土底基层，水泥稳定碎石作为路面基层有很大的优势。首先，成型后的强度，水泥稳定碎石要大大超过石灰稳定土，根据工程实践经验，一般水泥用量在3%～6%的水泥稳定碎石，其7天无侧限抗压强度结果大致在3.0MPa到4.5MPa之间，水泥用量越大，其强度越高（为减少反射裂缝，一般不超过6%），反观石灰稳定土底基层，石灰用量12%的石灰稳定土，其7天无侧限抗压强度结果约1.0MPa～1.5MPa，由于两者强度形成机理不同，所以表现在结果上，差距十分明显。水泥稳定碎石由于其良好的强度，可以直接作为高速公路、一级公路和其他等级公路的路面基层使用，但石灰稳定土目前已不能直接作为高等级公路的路面基层，仅仅作为相对偏下层的底基层、调平层、加宽路段基础补强处理、台背回填材料等用途。

其次，水稳定性方面，水泥稳定碎石也优于石灰土。石灰稳定土即使成型后，如表面过湿，仍会出现表层泥泞、松散等现象，如经过车辆碾压，很快就会出现结构层局部破坏，坑槽、松裂等病害，而水泥稳定碎石基层成型后，即使表面过湿，仍不会发生结构破坏现象，除非长时间被大量水浸泡，一般不会产生结构性的损坏。

再次，在抗干缩、温缩等方面，水泥稳定碎石也具有较大的优势。石灰稳定土由于其板块成形机理主要靠石灰中的钙离子与土壤发生物理化学反应，加上石灰本身的结晶、碳化作用，与土壤颗粒紧密的结合在一起，使掺入石灰的土壤板结，形成整体的结构，其化学反应，受温度影响较大，气温越低，反应越慢，而且极易产生干缩和温缩裂缝；水泥稳定碎石，由于其强度的主要来源，是不同骨料经过碾压、振动形成致密板块的内部嵌锁力，再加上水泥灰浆的填充和结合力，所以施工碾压工序是其形成强度的重要来源，不仅仅靠材料的物理化学反应，所以受施工环境温度的影响较小，不易产生温缩和干缩裂缝。

相较于水泥稳定碎石，石灰稳定土的优势，在于施工造价较低和对各类筑路资源的节约。但道路工程作为一项影响国计民生的长期性、社会性工程，不能仅仅考虑到眼前的局部利益，而是要考虑到经济发展、道路使用寿命、保养维护、社会影响等方面。使用石灰稳定土作为路面基层，从短期看确实能够降低成本，节约资源，但由于石灰稳定土相较水泥稳定碎石，在强度、稳定性先天有较大劣势，使得道路工程的使用寿命不长，使用周期内的维修、养护工作量较大，而且随着我国经济的迅速发展，大型运输车辆数量快速增长，对道路承载能力的需求也有爆发式的增长，所以，水泥稳定碎石在目前和将来的一段时期内，仍将是路面基层填筑材料的首选。

二、质量控制要点

水泥稳定碎石对施工工序各环节的要求较严格，由于拌合站日产量较大，如果不能提前做好质量控制工作，各环节中间如有一环出了问题即造成一批混合料作废，所以必须做好事前控制工作。

1.原材料的质量关。道路质量能不能达标的前提是施工材料的保质保量。在日常的道路建设中，首先要做的便是准备施工材料，把控优质的施工材料也是建设道路的重点，在采用水泥稳定碎石技术时，重点材料是水泥、水、粗细集料等，进行科学的挑选也是材料准备的关键。

对于水泥稳定碎石所用的各类原材料，要严格控制。

（1）原材料的质量需要符合国标。查阅资料易知，水泥的质量需要达到国标，也能够从网上资料与施工中知道，在施工时一般采用以下几种水泥，即硅酸盐、矿渣硅酸盐、火山灰质硅酸盐水泥，从这些水泥中选择最符合实际情况的种类。其中需要满足很重要的一个前置条件是初凝时间大于6 h，终凝时间不得大于10 h。通过大量的工程实践可知，水泥应采用初凝时间3小时以上和终凝时间较长（宜在6小时以上）的水泥，不得使用快硬水泥、早强水泥和受潮变质的水泥，宜采用32.5号的水泥。按照目前的施工工艺，水泥一般采用散装水泥（采用罐车运输，到拌合站后直接充入水泥罐中），水泥的保持期限不宜超过3个月，如有生产日期超过3个月的水泥，必须经过检验，各项指标合格后才能使用。

（2）粗、细集料的选择。大致的选择标准是集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质。在初次选择合适的集料过程中，由于大量的工作量难免出现失误，为了防止因失误而造成的损失和工程的延长，要在实际的施工过程中根据实际的情况进行抽样检查，来保证在集料的选择上万无一失。

碎石必须采用质量合格的材料，颗粒均匀，强度合格（可采用现场取样检测石料压碎值来确定）含泥量较少，应尽量避免使用再生石料。

再生石料：是指水泥混凝土废料，经粉碎加工，筛分形成的碎石材料，由于石料是采用废弃混凝土块破碎加工而成的，强度和其他指标较天然石料有差别，目前只是处于实验阶段，还未有大规模应用，成功应用的经验不足，所以从质量控制的角度，尽量避免使用再生石料。

（3）施工用水。总体而言，在大部分的情况下，我们可以使用那些符合饮用标准的水。但是还是有一定的具体要求的，那就是这水之中的物质不可以让水泥的强度变差。因此，我们对使用的水的选择要有一定的标准，我们需要经过严谨的试验来测量出水中的物质是否能够达到我们所定的标准。一般来说我们让水泥的抗压强比成为一个所定的标准值。也就是说用水制作的水泥砂浆抗压强度与蒸馏水制作的水泥砂浆的抗压强度比，在一般情况下，上文的抗压强比需要的高90%。

2.各类材料的掺配控制关。水泥稳定碎石生产前，应通过室内试验来确定各种骨料、水泥、水的用量，一旦确定后，应避免频繁调整，特别是水泥用量，不得随意调整。

水泥稳定碎石，容易产生横向裂缝，横向裂缝的成因较为复杂，在拌合生产环节，与骨料的级配、水泥用量、用水量密切相关。

骨料粒径偏细（石屑、小颗粒碎石用量较多），压成后石屑中水分大量蒸发，容易引发横向裂缝。

水泥用量是水泥稳定碎石强度的保证，经过试验可以确定水泥的用量，如果生产过程中水泥用量偏少，水泥稳定碎石强度不足，会产生坑槽、不成形等质量问题；如果水泥用量偏大，则会引发横向裂缝，所以目前水泥稳定碎石的水泥用量一般不超过6%。

用水量也会影响水泥稳定碎石的质量，用水量不足，混合料干，不容易压实，影响密实度，用水量过多，现场碾压时，会产生局部“弹簧”现象，产生“弹簧”的部位，无法压实，该处水稳成型较差，强度低，质量不符合要求；而且用水量过多，也会产生横向裂缝。

3.把握施工时间关。由于水稳碎石的结合材料——水泥有逐步凝结的特性，水泥凝结后，再摊铺、碾压会破坏水泥的强度，造成水泥稳定碎石不能成型，因此，水泥稳定碎石施工必须控制好段落施工的完成时间，保证一段水泥稳定碎石在水泥凝结前就要完成摊铺和碾压工序，确保施工一次成功，目前一般从混合料拌和到碾压结束的时间不宜超过2小时（水泥的初凝时间）；使用缓凝水泥的，可以通过混合料凝结时间的试验，来确定最大容许的碾压延迟时间，再通过试验段进行验证，确定适合工程实际情况的施工控制时间。

4.把握养护关。养护对水泥稳定碎石的强度形成和干缩性影响非常大，所以要充分重视水稳基层的养护工作。水泥稳定碎石碾压完成后，就要覆盖、洒水养护。养护一般采用土工布或麻袋覆盖，洒水车经常洒水，始终保持覆盖面的湿润。养生期一般不少于7天，养生期间禁止一切车辆通行。

5.把验收检测关。养护期结束后，应及时对水稳碎石进行取芯检测，一方面检查结构层的厚度，另一方面检查结构层的成形情况，对于厚度不符合要求或芯样不成形的段落，应及时界定范围，分析原因，及时返工处理。

水泥稳定碎石现场施工，也是影响工程质量的重要环节，要加强施工现场的质量控制，科学、合理组织施工，精细化管理，重点控制摊铺和碾压环节，提高路面基层的强度和稳定性。

三、现场施工控制要点

1.施工前准备工作。

（1）准备下承层。正式开工前需要做足前期准备工作，首先选择300 m～500 m有代表性路段作为试验段以确定合理的铺筑技术参数；同时需要进行相关方面的全面测试，例如进行原本的沥青路面的测试，需要记录沥青路面上的龟网裂和挖槽情况，划定相应的地域，把正常地域与出现问题的地域进行划分。在最后的测试成绩出来后就需要使用水泥稳定碎石基层型式对以上提到的问题地域进行相应填充补足。检查路基表面，确保表面平整、坚实、具有规定的横坡、无明显松散材料、积水和软弱部位等。在进行水稳基层铺前视路面下承层干湿情况对比较干燥部位用水车雾状喷洒以工作面湿润没有积水为度，来实现总体的优良性能以及表现出强的结构力。

（2）严格遵循配合比设计。在施工时，原材料也是施工质量的一大重点，在进行相应的原料采样时应当遵循相关流程，即需要把厂家的检测成果与原料配比和原料的强度等级等方面进行汇总，得出原料的质量测试的相关数据，也是保证原料可以实现相关的需求，使施工的质量得到提升，让设计能够得到实施。

（3）具体施工之前的放祥流程。正式施工的前期准备需要多方面的考量，在原先的路面中需要考虑相关参数，在设计时直线段每20 m设一桩，平曲线段每10 m设一桩。在中桩设立中按试验段参数挂线施工，令其坡度厚度达到最佳的程度。使其能够让水泥稳定碎石材料不偏离到中线，通常来说，中桩的挂线底下都会放置方木来达到这样的效果，就和支撑钢模等效，在做完上文的工作后，测量边桩的高度就需要把横向坡度作为基准，再控制好高程。

2.现场摊铺。

运送混合料的车辆应采用大吨位的自卸车，并且数量满足施工要求，以保证拌和摊铺的连续性和均匀性。运送混合料的车辆应配备覆盖混合料的帆布，特别是夏季，严禁混合料暴晒。接料时车辆应前后移动，避免混合料产生离析。应采取预防措施及时处理抛锚车辆，保证运输车辆处于完好状态，及时、安全、迅速地把混合料运到摊铺现场，避免因车辆故障耽误施工时间，造成混合料废料。

摊铺施工前，施工人员要调试好摊铺机，在施工现场放线，计算好松铺厚度，确定好钢丝绳的高度，拉挂好钢丝绳，对于具备条件的施工现场，建议摊铺前立模，既能够保证边缘的线形美观，最主要能够充分保证边缘部位的压实效果。

自卸车运料摊铺机可在材料摊铺时发挥不可代替的作用，它能保证材料摊铺的平整性。使用过程中，摊铺机的使用量应根据施工面的宽度决定：多台摊铺机在工作时应当保持5 m～10 m的适当间隔，行驶速度一般控制在3.5 m/min，除特殊情况例如当运料不及时或拌和过程出现问题时可降低摊铺机的行驶速度至2.5m/min～3.0m/min，然后按照规定的松铺厚度将混合料摊检测摊铺机的使用，局部粗集料拥堵时要及时的清除换填。

摊铺现场应严格杜绝“车机互等”现象；既不能因摊铺机等运输车而影响已铺好段面的压实；也不能让车辆长时间的闲置等待摊铺培加延迟时间，前后场应协调作业、步调一致。摊铺过程中应随时检查松铺厚度，发现铺好的段落松铺厚度不符合机械预设值时，应由技术人员及时调整摊铺机两侧探头。摊铺机后应指定专人进行检查，检查摊铺的均匀性，对局部出现的蜂窝现象及时进行处理。

3.碾压。

施工质量是一个道路工程的重中之重，而保障质量的一个重要因素就是混合料碾压质量，所以，我们应该严格监察压实工序的进度与结果，按照试验段标准进行。当选择使用压路机碾压时，需要保持碾压速度先慢后快，速度建议1.5 km/h～2.4 kn/h，需要落实先轻后重的技术原则，为了保障碾压过程不出现漏压的情况，需要压路机在进入弯道时先从表面较低的一侧进行压实，还需要注意碾压轨迹的重叠部分保持在轮宽的1/3。把握好小型机械和人工处理的采用，将它们用在大型机械无法处理的边角处，这样既可省时省力又经济。最后，碾压至表面无松散，无坑洼，无碾压轮迹。碾压完成后，及时检测压实度，高度，厚度等指标。合格后封闭交通进行养生。

碾压应在水泥终凝前及试验路确定的延迟时间内完成，并达到要求的压实度，碾压好的段落，表面应没有明显的轮迹。碾压结束后应立即采用灌砂法进行压实度和厚度检查（水泥凝结后很难挖坑），为了减少振动对压实度的影响，应与正在碾压段落间隔一段，每碾压段应按抽检频率要求随机进行检查，根据试验人员给出的检测结果，及时调整碾压速度、碾压遍数等，保证达到设计的压实度。

4.养生。水泥稳定碎石在完工之后，后期需要一定的保养与养生，我们可以通过对水泥稳定碎石使用土工布遮盖，后期定时定量进行洒水工作，这些都是保障水泥稳定碎石强度的主要技术。这些技术可以为水泥稳定碎石提供或者保持足够的水分来让水泥发生化学反应。为了在水泥稳定碎石混合料在初期具有优良的基础与环境，这就需要采取土工布遮盖的技术，这样可以很好的保障水泥的强度。同时还有重要的一点，在保养与养生阶段需要确保只有洒水车在道路上，严禁其他车辆随意通行。

5.混合料的含水量控制。混合料的压实度、强度等性能影响着含水量的多少，如果碾压过程中混合料出现翻浆、裂纹等现象，极有可能是混合含水量过高造成的；如果碾压过程中混合料松散，那么有可能是含水量过低造成的。所以要想混合料搅拌时集料颗粒和含水量符合设计要求，就要在混合料拌和前先对搅拌设备进行调试，一般情况下含水量控制在最佳含水量的±2%。除此之外还要注意在把混合料运输到施工作业面时要遮盖，这样有利于保存混合料的含水量。搅拌过程中，要按照规定频率对混合料的各项指标进行检测。

四、结语

随着社会的进步发展，对于建筑道路的要求愈来愈高，机械化更是成为了主流，而施工速度越来越快，水泥稳定碎石施工的安全与质量控制就更加重要，不仅仅祛除了道路的质量隐患，防止造成更大的经济损伤。本篇文章提出了影响施工质量的一些因素，以及施工前的一些准备工作，提出了几点控制要点，这些都与现在的施工技术相关联，希望可以对本技术有所帮助。