道路施工中水泥稳定碎石基层施工技术研究

林聪骏

（赣州市公路发展中心安远分中心，江西赣州 342100）

0 引言

水石基层表现出强度大、可用周期长、承载性能优异等特点，在工程中获得了有效使用。水泥稳定碎石的工艺材料，混合了水泥、集料等成分，综合考量摊铺工艺的需求，考虑水石基层可能出现干缩、温缩等问题，在生产混合料时，会添加外掺剂，以此减少基层出现裂缝的现象。

1 工程概况

案例项目全线约有6km，拟定双向通行，共设6 条行车路线，道宽设计为51m，道路通行至2022 年约有10 年，整体路况较好。使用弯沉仪进行路况检测时，发现道路出现较大的弯沉现象。运行取芯设备，随机选点检测，发现芯样结构受损，部分路段的芯样基层处于松散状态。测定基层性能后，认为路面性能较差，无法达到行车要求。经多方主体开会商定，需进行道路基层整改处理，使用水石基层更换原有的基层，以此增强路用效果。

2 水石基层的工艺分析

2.1 水泥性能

选用水泥材料时，不可使用强度较高、凝固较快的水泥。在长期通车的路段上，高强度水泥建成的基层极易出现裂缝问题。案例项目在施工初期制订了材料管理的方案，加强材料管控，从材料根源上减少裂缝问题。

案例项目选择硅酸盐水泥，用作水石基层的基础用料。案例工程入场的水泥材料，质量检测结果如表1 所示。

表1 案例工程水泥材料的质量检测结果 单位：MPa

根据表1 数据发现：案例项目入场的水泥，性能检测结果符合要求，可用作水石基层施工材料。

2.2 碎石

案例项目中的碎石类型较多，具体包括“玄武岩”“石灰岩”等。参照工程水石基层的施工需求，选定“石灰岩”进行施工。案例项目石灰岩入场后，检测石灰岩性能，检测结果如表2 所示。

表2 案例项目石灰岩的性能检测结果

表1、表2 的检测过程，是以“公路集料试验”的相关要求为依据，保证检测操作规范、检测结果可用[1]。

2.3 水石基层工艺内容

2.3.1 工艺准备

施工前，准备工程所需的挖掘、压路等设备，进行相应的施工调试。因工艺材料的终凝用时约为6h，需保持材料施工的持续性，防止设备故障带来的施工中断问题。设备调试成功后，铣刨路面，运行挖掘机处理水稳基层，去除原有性能欠佳的基层结构。运行压路机，进行压实加固。压路机施工完成，开始测量放样，设计中桩，使用水泥浆添加在土基层，以此增加土基、底基之间的黏结效果。

2.3.2 设备性能要求

厚度较大的水石基层施工期间，要求工艺设备拥有较好的性能，为保证一次铺筑成功，可选择DT1800大功率的设备，进行摊铺施工。在摊铺期间，应控制设备碾压速度≤3.0m/min，该案例项目摊铺速度可为2～3m/min。

2.3.3 用料管理

该案例项目拟定了水石基层的施工体系，上基层碎石规格为36cm，下基层碎石规格为18cm。以持续摊铺生产为工艺目标，采取集中拌和生产形式，拌和站的用料处理速度≥500t/h。首先，在混合料生产前期，需获取集料含有的水分情况。依据集料实际含水比例，推算混合料配比方案，以此保证配比合理。用料添加完成，综合控制拌和时间，保持各类材料分布的均匀性。其次，拌和完成输出材料时，需清洁拌和设备死角位置，排除内壁余料，保持用料性能的平稳性。再次，装料前期，需清洁车厢内壁，去除内壁环境黏附的余料，并采取分批次装车形式，防止出现材料离析问题。最后，装车完成，覆盖车厢，防止水分流失。如果未加以覆盖，会出现水分大量流失现象，不利于摊铺、碾压各项工艺的进行。

2.3.4 摊铺

用料摊铺工艺需获得监理同意，方可开展施工任务。在工艺前期，依据放样结果，提前设计导向控制支架。基层厚度不足20cm，可选择一次摊铺工艺，保证施工质量。摊铺期间，在摊铺设备前方5cm 位置停放卸料车，使摊铺设备连接卸料设备。由驾驶员进行慢速卸料，卸料期间，需保持车辆挂在“空挡”位置。

2.3.5 碾压

用料碾压是保证水石基层强度的关键流程，在摊铺施工期间，采取“1 台摊铺+3 轮压路”“1 摊铺+双钢轮压路”的形式，每次碾压施工后，保持碾压段间隔处于50～80m，并在碾压完成的路段添加标识。初压速度保持在1.6km/h，速度变化不超过1km/h。复压、终压时，设备速度取2km/h，速度浮动控制在2km/h以内。实际施工期间，先采用钢轮压路设备进行首次碾压处理，使基层压实程度不小于90%，再用低频高幅振动形式，进行二次碾压。碾压完成，测定基层性能，使用胶轮压路设备，清理碾压形成的轮迹[2]。

2.4 基层力学分析

2.4.1 铺筑工艺分析

该案例工程水石基层的初定方案为“36cm+18cm”，基层整体厚度为54mm，大于30mm，使用一次摊铺的工艺难度较大，对机械选用的要求较高。多数情况下，采取分层铺筑方法，可保证基层质量。分层铺筑的操作方法会建成连续性不强的基层结构，与设计结构的受力设想出现冲突，形成两个薄层分别承担路面作用力，结合点的受力具有集中性，无法保证路用性能。在机械生产技术更新后，较多规格的设备用于施工体系，给予水石基层施工更多可能性。相比分层工艺而言，一次铺筑的工艺方案，更优于分层工艺。依据沥青路面的工艺规划方法，一次铺筑、分层工艺两个方案的力学表现，主要集中于“路表弯沉”“基底拉应力”等各个方面。

2.4.2 力学模型

使用线上平台建立路面模型，添加相关的技术参数。技术参数方案如表3 所示。

表3 技术参数方案

表3 中的a 值取260mm，S 结果约为0.03580m2。表3 建立的力学模型，是以碾压设备与路面接触区域为目标，介于两个基层之间的位置，分析摊铺期间两个基层的相互关系。设定了接触面的相关信息，建立了接触属性，进行模拟施工。接触面共含有两种作用力，可使用库伦摩擦模型，客观表达作用力，以u 模拟作用力的摩擦过程。

2.4.3 参数设计

参照一次铺筑、分层作业的两类工艺，针对案例项目进行水石基层的模拟施工。工况a：基层方案为“20cm+16cm”。工 况b：“36cm+18cm”。工 况c：“18cm+18cm”，工况d：“16cm+20cm”。各工况均是“上基层厚度+下基层厚度”。考量各基层之间的接触期间，u 摩擦系数取值为0.5。工况e～f 的工艺为“一次铺筑”，工况e 铺筑36cm，工况f 铺筑34cm，工况h 铺筑30cm，工况g 铺筑26cm。加上分层铺筑工艺，共有8 个工况，进行水石基层性能对比。

2.4.4 分层工艺力学分析

在标准轴载条件下，分层工艺力学分析结果，如表4 所示。

表4 标准轴载条件下，分层工艺力学分析结果

由表4 对比发现：工况b“36cm+18cm”的方案，路表弯沉量较小，与工况d 相近。其他应力对比时，b 工况相比d 工况均有一定优势。为此，分层铺筑时，工况b 性能最佳。

2.4.5 一次铺筑力学分析

利用线上平台，模拟一次铺筑的4 个工况，在标准轴载条件下，测定各位置的力学表现。测定结果如表5 所示。

表5 标准轴载条件下一次铺筑各工况的力学表现

如表5 数据发现：在标准轴载条件下，一次铺筑方法中，厚度较大时，路表弯沉量会逐渐变小，相应减弱面层承受的应力。而单次铺筑36cm 的水石基层，在8个工况的力学分析中，路表弯沉量最小。由此推断：一次铺筑工艺的基层性能更优异，工况e 相比工况b路表弯沉量会减少12.2-11.3=0.09mm，基层承受的拉应力减少了0.042-0.0401=0.0019MPa。

2.5 试验段检测

使用工况e 进行一次铺筑，碾压施工后，测定各点工艺质量。该案例项目使用灌砂法进行测定，共选择5 个点测定基层强度，7d 抗压性检测结果在3.54～3.68MPa 之间，均大于3.5MPa，符合水石基层强度的检测要求[3]。

2.6 工艺质量管理措施

2.6.1 材料质量控制

水石基层施工，较为关键的是水泥、碎石两种材料。材料质量，在一定程度上关联着基层施工质量。为此，在施工期间，不可选用劣质材料。严控材料性能，进行必要的性能检测，保证材料性能符合要求。

2.6.2 用料比例

合理配制混合料，能够显著提高路面性能，合理控制路面缝隙宽度，最大程度地展现混合料的稳定性。加强材料配比管理，依照3.0%、4.0%等比例，逐一进行黏合处理，选择最佳的配比方案。使用振动、重型的工艺，逐步调整用料方案。在拌和前期，需进行用料含水量检测，如果含水量较高，将会严重危及路面性能，甚至会出现裂缝、翻浆等不利问题。

2.6.3 接缝处理

针对工程中存在的接缝问题，可选择适宜的方式，给出接缝处理方案。使用较多的接缝处理方法，含有“平接缝”“斜接缝”两种方式。其中，斜接缝方法的使用率较高，能够用于各个等级公路的工程任务，但此方法在一次铺筑施工中，不具有适用性。平接缝处理的施工环节，旨在保证工程质量，维持工程结构的美观性。为此，在接缝处理期间，需有效控制路面平整性，保证路面压实效果。在接缝处理完成时，保持接缝处无凸凹问题。该案例项目依据一次铺筑施工任务，给出的接缝处理方案如下：一是针对性能不合格的路段，再次进行摊铺、碾压施工之前，需有效清除残余泥浆，保证工艺处理到位，方可重新摊铺施工。二是接缝处理时，需严格参照设计方案，保证处理质量。

2.6.4 工程检查

水石基层工艺完成时，依照公路质量检查的相关要求，逐一测定水石基层的性能。工程质量检查时，需查看工程高度、结构宽度、平整性各类工艺数据。检查碾压厚度、压实性各项参数的规范性。采取现场取样方法，获取水石基层的样芯，测定样芯强度。要求施工后7d 的样芯抗压性能不小于3.5MPa。检测工程压实性时，使用水准仪有效测定各个断面，检测间隔为40m，各断面选择的测点数量为5～9 个。

2.6.5 水石基层养生

在水石基层结构成型后，测定平整性、压实性各项性能符合要求，方可进行洒水养生。如果采取“喷洒”养护形式，应防止出现直冲面层的情况。使用养生布时，需规范遮挡，各段养生布的拼接长度应大于0.3m。覆盖养生用时需多于7d，养生期间路面不可有车辆通行。

3 结语

综上所述，水石基层是道路施工的关键工艺，存在结构干缩、温缩的质量危害，需严控工艺流程，融合质量管理，保证路面性能。该案例工程施工后，进行多个工况方案的力学对比，最终选定工况e，进行一次铺筑，基层厚度取36cm，以此有效控制路面弯折量，保证路面基层性能符合要求，为国内道路基层施工奠定了良好的基础。