振动搅拌技术在水泥稳定碎石基层施工中的应用

陈骁

（山东普润公路工程有限公司，潍坊262500）

1 前言

近年来，振动搅拌技术在现代公路工程中得到广泛应用，逐渐取代了常规的静力搅拌技术，对于预防早期收缩裂缝、延长公路基层使用寿命、改善路况条件有着重要的现实意义。在这一背景下，应在公路施工工程中采取多元化技术，在提升工程管理效率的基础上，提高工程项目的基本质量。

2 振动搅拌技术的作用机理

2.1 破坏水泥团

水泥稳定碎石基层选用碎石作为骨料，通过骨料间嵌锁挤压作用来提供强度，利用细集料、浆液填补骨料空隙部位，硬化过程和水泥混凝土较为相似。采取传统搅拌技术时，虽然混合料经过充分搅拌，但仍有30%以内的水泥颗粒并未完全分散，以水泥聚团形态存在，直接影响到混合料使用性能。应用振动搅拌技术，持续向物料施加搅拌作用力与振动作用力，引导水泥聚团颗粒参与到循环对流过程中，保持颤振状态，以此来破坏物料粘性连接，去除水泥团粒表面水膜，生成更多水化产物，最终起到全面强化混合料使用性能的作用。还可以减少水泥材料用量，或是在水泥材料用量不变的情况下，提高水泥稳定碎石混合料的强度等级。

2.2 增强粘结强度

在混合料搅拌期间，水泥浆硬化后附着在骨料表面，包裹骨料胶结形成整体结构，骨料强度超过水泥石强度，水泥石强度超过骨料表面强度，在水泥石—集料界面上形成界面过渡区，这也是混合料粘结强度的薄弱环节，如图1 所示。应用振动搅拌技术，利用振动能量破坏集料表面水膜结构，逐渐剥离水膜、净化骨料，改善水泥颗粒和骨料表面的粘结条件，通过增加实际接触面积来提高混合料粘结强度[1]。

图1 界面过渡区示意图

2.3 改善低效区

在传统搅拌模式下，圆筒中心部位的搅拌速度较低，拌筒壁处搅拌速度较高，不同区域物料碰撞交换频率存在明显差异，使得混合料搅拌均匀程度不够理想，形成低效区。应用振动搅拌技术，混合料搅拌期间采取类似地震波的振动运动形式，以振动轴作为振源，以物料颗粒、拌合水和空隙气相作为传播介质，把振动波向各个方向传播，振动能量梯度与速度梯度形成优势互补，引导搅拌轴周边物料参与循环对流运动过程。吸收足够振动能量后，通过搅拌叶片把物料带动至筒壁区域，参加更高交换频率的扩散运动，彻底解决传统静力搅拌模式下的低效区问题。

3 振动搅拌技术在水泥稳定碎石基层施工中的应用

3.1 混合料拌制

在混合料拌制环节，施工人员重点掌握原料选型、配备搅拌机、调节含水率、成品检测四方面的技术操作要点。第一，原料选型。必须使用质地坚硬、无杂质的碎石作为骨料，筛除原材料中夹杂的腐殖土、枯枝落叶等杂质，保持原材料洁净状态。如果公路等级为一级公路，还需要在专用库房内隔仓堆放各类原材料。第二，配备搅拌机。根据工程施工要求来配备相应型号的搅拌机，正常情况下，配备DT600ZBT 稳定振动搅拌机即可，该款搅拌机的拌缸长度超过3.4m，进料斗数量在5 个及以上，并设置多块料斗间隔板来预防窜料问题出现。同时，搅拌仓内部配备电子动态计量器，计量误差不超过±0.5%，施工人员向搅拌仓内依次投加碎石、水泥等原材料，计量称重原材料用量[2]。第三，调节含水率。综合分析现场气温、气候条件、公路摊铺运输距离等多项因素，确定各盘混合料的最佳含水率，每隔2h 时测定含水率，每隔4h 测定结合料剂量。如果实际含水率超标或不达标，则采取翻晒晾干、洒水润湿等处理措施。第四，成品检测。混合料拌制完毕后，开展水泥稳定碎石击实试验，准备重型击实仪，根据试验结果，判断混合料的含水量、干密度等各项性能是否达标，必要时调整混合料配合比方案。

3.2 混合料运输

在混合料运输环节，提前准备自卸汽车作为运输工具，根据各批次混合料拌制数量来确定自卸汽车的规格、数量，避免因自卸汽车运输能力有限而出现中断供料、现场停工问题。随后，为避免混合料在长距离运输过程中出现离析现象，必须采取三次装料方法，装料期间挪动自卸汽车位置，并在车厢表面覆盖遮荫布等材料，降低混合料表面水分逸散速度。正确装料方法如图2 所示。

图2 混合料正确装料方法

3.3 基层摊铺

在基层摊铺环节，施工人员重点掌握梯队流水作业、施工参数控制、离析控制、连续摊铺、振动压实五方面的技术操作要点。第一，梯队流水作业。为改善摊铺效果，有效消除纵向裂缝，尽量采取梯队作业模式。在工程现场配备数量不少于2 台的摊铺机，摊铺机按照一前一后布局联合开展基层摊铺作业，相邻摊铺机前后间距值控制在10m 以内，摊铺速度保持一致。第二，施工参数控制。提前在工程现场挑选代表性路段，开展试验段施工，或是开展模拟施工试验，根据试验结果来确定各项施工参数的最佳值。基层摊铺期间，实时监督与动态调整各项参数，正常情况下，摊铺速度控制在1.5m/min-2.0m/min以内，纵向重叠摊铺宽度控制在0.3m-0.4m，摊铺压实厚度控制在18cm-20cm 以内，最大摊铺压实厚度不得超过32cm[3]。第三，离析控制。为避免在摊铺过程出现混合料离析问题，提前对摊铺机状态进行调整，根据现场施工情况来调整螺旋分料器安装高度，螺旋分料器和前挡板刮板、熨平板的间隙值控制在25cm 以内，适当调低前挡板刮板高度，必要时额外设置橡胶挡板，避免前挡刮板两侧滚落混合料。第四，连续摊铺。为保证水泥稳定碎石基层成型效果，要求不间断开展供料、螺旋送料作业，并在摊铺机后方安排1-2 名施工人员，持续观察是否出现卡料、虚铺等异常情况，及时铲除窝料，使用全新混合料进行人工填补处理。第五，振动压实。为减少含水量损失、改善压实效果，在基层摊铺期间，配备振动器与夯锤，把振动频率保持在30Hz 以上，夯锤冲击频率保持在20Hz 以上，对已摊铺基层开展振动压实作业。

3.4 基层碾压

在基层碾压环节，采取三阶段碾压方式，按顺序依次组织开展初压、复压和终压作业，不同碾压阶段的压路机型号、施工参数、工艺要求略有不同。第一，在初压阶段，现场配备双钢轮压路机和胶轮压路机，胶轮压路机后方布置双钢轮压路机，碾压遍数在2 遍及以上，碾压速度控制在1.5km/h-1.7km/h。第二，在复压阶段，现场配备重型振动压路机，总体碾压遍数保持在6 遍及以上，先弱振1 遍基层，再强振4 遍基层，最终弱振1 遍基层，碾压速度控制在1.8km/h-2.2km/h 以内。第三，在终压阶段，压路机配置方案与初压阶段一致，不提前设定碾压遍数，而是确定基层表面彻底消除轮迹，且不存在微裂缝、松散等质量通病后，结束碾压作业，碾压速度控制在1.5km/h-1.7km/h 以内。最后，施工人员对水泥稳定碎石基层的压实度、平整度与厚度进行全面检查，如果基层成型质量不达标，增加碾压遍数，开展二次碾压作业[4]。

3.5 接缝处理

在水泥稳定碎石基层施工期间，受到工艺技术因素影响，常出现各类型施工缝，接缝处理不当则会直接影响到基层成型效果、公路使用状态。因此，施工人员必须做好接缝处理作业，尽量连续完成基层摊铺作业。在摊铺中断时间超过2h 后，在中断部位设置横向接缝，把末端混合料码齐修正，设置方木紧靠混合料表面，另一侧对混合料进行反压处理，反压长度控制在0.5m-1.0m，混合料表面高度略超过方木，继续摊铺混合料时，移除方木，以压实层末端作为摊铺起始点。也可选择铲除横向接缝部位混合料，把压实层末端挖成断面，断面和公路中心线保持垂直状态，继续浇筑混合料。而在处理纵向接缝时，优先采取全幅基层摊铺方式，在纵向接缝部位加大碾压力度，保持纵缝垂直相接状态，不得采取斜接方式。摊铺前幅基层时，在靠近公路中心部位一侧设置方木作为支撑件，方木高度和基层压实厚度保持一致，摊铺另一幅基层前拆除方木。

3.6 养生作业

在养生环节，采取机械洒水、草帘覆盖、土工布覆盖等保湿养生方式，养生期间始终保持水泥稳定碎石基层表面湿润状态，根据碎石种类来确定养生时间。例如，把石灰岩碎石基层养生时间控制在7d 以上，把花岗岩碎石基层养生时间控制在10d 以上。随后，养生期间采取交通管制措施，除去洒水车等机械设备外，禁止车辆通行，到达养生时间后，短期内仅允许轮式车辆通行，并对车辆载重、行驶速度进行严格控制。

3.7 水泥稳定碎石检验

在水泥稳定碎石混合料拌制完毕后，组织开展多项检验，以混合料使用性能作为检验内容，包括无侧限抗压强度、劈裂性能、弯拉强度等。一方面，根据检验报告来判断混合料性能是否满足水泥稳定碎石基层施工要求；另一方面，对比振动搅拌与静力搅拌模式下的混合料性能情况，更加直观的体现振动搅拌技术应用价值。

第一，无侧限抗压强度检验。提前制备圆柱形水泥稳定碎石试件，到达养生龄期后，擦拭试件表面残留技术，称量试件重量。随后，把试件平稳、居中放置在压力机上，启动压力机，持续向试件施加压力，最大破坏压力值、试件截面积的除值为试件无侧限抗压强度。重复上述操作，获取不同搅拌方式下的强度指标。

第二，劈裂性能检验。提前制备大圆柱形试件，把试件养生时间控制在90d 以上，到达时间后取出浸水试件，擦除表面可见水分。随后，在压力机上放置试件，试件顶部、底部各放置15cm 长压条，按照1mm/min 速度匀速加载，根据试件规格尺寸、压条对应圆心角度、压条宽度、破坏时最大压力来计算试件劈裂强度。

第三，弯拉性能检验。提前制备长方形试件，养生龄期设定在90d，到达时间后，把试件放入水中浸泡24h，取出试件后擦净表面水分，称量试件重量，试件侧面标记三分点位置。随后，把试件平稳放置在受压力面，保持试件朝上状态，启动压力机匀速加载，加载速率控制在50mm/min，记录试件完全破坏时的极限荷载值，根据试件规格尺寸、两支点间距值来计算弯拉强度。

4 结论

综上所述，振动搅拌是水泥稳定碎石搅拌技术的未来发展趋势，也是全面改善公路工程施工条件与基层成型效果的重要一环。施工单位必须提高对振动搅拌技术的重视，正确认识到振动搅拌作用机理，由振动搅拌模式取代静力搅拌模式，构建一套全新的水泥稳定碎石基层施工体系，为公路工程建设质量提供技术保障。