浅谈高速公路抗裂型水泥稳定碎石基层施工控制要点

浅谈高速公路抗裂型水泥稳定碎石基层施工控制要点

一、总则

济徐高速公路（江苏段）JX-21合同段总长17.224km，下基层设计为18cm水泥剂量3.5%，上基层18cm水泥剂量4.0%抗裂型水泥稳定碎石基层，根据江苏省高速公路抗裂型水泥稳定碎石基层施工指导意见（苏高技（2006）219文件要求，结合抗裂型水泥稳定碎石基层相关研究成果和施工经验及本项目对抗裂水泥稳定碎石基层施工的实际情况，做以下汇报：

抗裂型水泥稳定碎石混合料配合比设计应采用骨架密实型结构，宜采用振动成型压实法（或重型击实法）进行混合料配合比设计。

抗裂型水泥稳定碎石混合料组成的设计级配符合江苏省高速公路抗裂型水泥稳定碎石基层施工指导意见（苏高技（2006）219文件，其中2.36mm、0.6mm、0.075mm的通过量宜尽量接近级配范围的下限。

抗裂型水泥稳定碎石混合料配合比设计应根据施工图设计确定的强度标准，通过试验选择骨架嵌挤、级配密实、施工和易性好的混合料，并确定设计水泥剂量、最大干密度和最佳含水量。

为减少基层裂缝，应做到以下三点：在满足设计强度的基础上水泥用量；在合成级配满足要求的同时细料、粉料用量；根据施工时气候条件含水量。

施工图纸设计中要求下基层水泥剂量应不大于3.5%，上基层水泥剂量应不大于4.0%。集料合成级配中小于0.075 mm颗粒含量宜不大于3.5%，碾压时含水量宜不超过最佳含水量的1%。

抗裂型水泥稳定碎石混合料配合比设计完成后，应根据配合比调整水稳厂拌流量和K值，使拌制的成品水稳混合料符合配合比设计要求。

二、材料要求

1、水泥

选用徐州苏源水泥厂生产的P.O42.5缓凝水泥。

水泥试验结果汇总表

检测项目	抗折强度Mpa		抗压强度Mpa		比表面积(g/cm3)	凝结时间		安定性
	3d	28d	3d	28d		初凝min	终凝min	雷氏法mm
要求指标	≥3.5	≥6.5	≥18	≥42.5	> 300	≥180	≥360	合格
实测指标	4.8	9.1	19.3	47.4	335.7	320	430	0.5

2、集料

选用山东省微山县两城吉善石料厂的石灰岩碎石，粒径规格为9.5mm～31.5mm、4.75mm ～9.5mm、2.36mm～4.75mm和0～2.36mm四种。所用石料检测各项指标符合规范及指导意见要求，具体检测结果如下：

集料试验结果汇总表

检测  项目

材料  规格	粗集料针、片状含量		粗集料压碎值		0.075mm的通过率		细集料液限		塑性指数
	规定（%）	实测（%）	规定（%）	实测（%）	规定（%）	实测（%）	规定（%）	实测（%）	规定（%）	实测 （%）
1#料	≤18	12.3	/	/	/	0.3	/	/	/	/
2#料	≤18	13.0	≤28	22.5	/	0.4	/	/	/	/
3#料	/	/	/	/	/	1.4	/	/	/	/
4#料	/	/	/	/	≤18	13.1	≤28	18	≤9	3.0

抗裂型水泥稳定碎石混合料中合成碎石的颗粒组成

筛孔尺寸（mm）	31.5	26.5	19.0	9.5	4.75	2.36	0.6	0.075
合成级配(%)	100	95-100	68-86	44-62	27-42	18-30	8-15	0-3.5

原材料筛分结果及合成级配

矿料名称（mm）	掺配  比例	31.5	26.5	19.0	9.5	4.75	2.36	0.6	0.075
9.5－31.5	46	100	93.7	58.3	2.2	0.2	0.2	0.2	0.2
4.75－9.5	21	100	100	100	97.5	4.2	0.4	0.4	0.4
2.36-4.75	10	100	100	100	100	95.0	1.1	0.8	0.8
0－2.36	23	100	100	100	100	100	93.2	49.5	13.5
合成级配		100	97.1	80.8	54.5	33.5	21.7	11.6	3.4
要求上限		100	100	86	62	42	30	15	3.5
要求下限		100	95	68	44	27	18	8	0
要求中值		100	97.5	77.0	53.0	34.5	24.0	11.5	1.75

3、水

采用拌和站附近清洁无废水污染的河水。

三、混合料配合比设计情况

根据江苏省高速公路抗裂型水泥稳定碎石基层施工指导意见中规定的矿料颗粒级配范围

抗裂型水泥稳定碎石混合料中合成碎石的颗粒组成

筛孔尺寸（mm）	31.5	26.5	19.0	9.5	4.75	2.36	0.6	0.075
合成级配(%)	100	95-100	68-86	44-62	27-42	18-30	8-15	0-3.5

按不同比例的水泥剂量制备混合料，按设计的矿料比例配料，水泥剂量分别按3.0%、3.5%、4.0%、4.5%四种比例制备试件，分别采用振动压实法和重型击实法确定各组水泥稳定碎石混合料试件的最佳含水量和最大干密度。

根据试验确定的最佳含水量和最大干密度，分别采用振动压实法和静压法成型无侧限抗压强度试件，振动成型仪使用的是浙江土工仪器制造有限公司生产的型号：STJSJI型。

试验时应检查振动成型仪的振动参数，使满足静压力1900N±100 N；激振力为6800-6900N，振动频率为30Hz，振动时间为120s的振实条件，按要求将制备好的混合料装入试模中，然后安装好压头将试模固定好，振动成型后的试件高度为150mm±10mm，脱模后将试件装入塑料袋内封闭，在20℃±2℃，相对湿度≥95%的条件下养护6天，浸水1天后取出，进行无侧限抗压强度试验。试验结果见下表：

振动成型试验及相应无侧限抗压强度试验汇总表

水泥

剂量	振动成型 击实试验		重型 击实试验		静压法成型强度		振动成型法强度
	最大 干密度（g/cm3）	最佳 含水量（%）	最大 干密度（g/cm3）	最佳 含水量（%）	平均值（Mpa）	代表值（Mpa）	平均值（Mpa）	代表值（Mpa）
3.0	2.285	4.2	2.218	4.4	3.9	3.1	6.7	5.1
3.5	2.344	4.6	2.276	4.9	4.1	3.5	7.5	5.8
4.0	2.363	4.8	2.294	5.1	4.6	3.9	8.1	6.1
4.5	2.394	4.8	2.324	5.3	4.9	4.4	9.5	7.0

由上表可以看出，振动成型法平均无侧限抗压强度是静压法平均无侧限强度的1.88倍，试件的密实性较好与静压法，根据以上结果确定选用下基层水泥剂量为3.5%，最大干密度2.344g/cm3，最佳含水量4.6%，上基层水泥剂量为4.0%，最大干密度2.363g/cm3,最佳含水量4.8%，碎石掺配比例为1#料（9.5-31.5mm）: 2#料（4.75-9.5mm）:3#料（2.36-4.75mm）：石屑（0-2.36mm）=46:21:10:23，通过混合料级配调试和相关试验，表明所设计的抗裂嵌挤型水泥稳定碎石混合料的强度性能满足设计要求，室内配合比设计所得结果可用于调试水泥稳定碎石拌和机，使拌制的水泥稳定碎石混合料符合配合比设计要求，经审批后，以指导施工。

四、基层施工

   1、生产质量及施工过程控制状况

水泥稳定碎石基层试铺段施工采用一台WBS650型(生产能力650t/h)粒料稳定土拌和机集中拌合，20吨以上大吨位自卸车运输，两台ABG摊铺机半幅全宽梯队铺筑作业，压路机一次碾压成型。              

(1)、采用走钢丝方法确定摊铺摊铺边线并立模，模板采用不易变形的型钢，高度16cm。两个模板连接位置设置横向连接并设置支撑，保证立模效果。

   

         模板端部连接                              立模效果

3、混合料的拌合控制

试铺段采用一台WBS650型粒料稳定土拌合机集中拌制，最大拌和产量为650t/h。拌和机采用电脑控制各电子动态计量器，拌和前分别对拌和机各料斗进行了流量试验验证及电子动态计量器的计量标定,使集料、水泥、水的容许误差分别满足±2%、±0.3%、±1%的要求。

开始拌合前对料场的各种集料取样进行筛分和含水量检测，检验各种单档集料的颗粒组成变化以验证混合料的合成级配与标准级配的偏差，同时根据检测的各档料的天然含水量计算混合料的天然综合含水量，最终确定实际需外加的水量。

⑴、混合料的级配控制情况

    从拌合前对各档集料的筛分情况看，各单档集料的颗粒组成稳定，混合料的合成级配趋近于标准级配。拌合过程中通过各种措施保证原材料规格的稳定性；保证拌和机称量系统的准确性和控制系统的可靠性；配备带活门漏斗的料仓并使车辆分次移动装料，以避免装料离析等措施使混合料拌合均匀、级配控制准确、稳定。在拌合过程中对混合料取样筛分，颗粒组成范围符合指导意见的要求，具体见下表：

水泥剂量4.0%混合料取样筛分表

混合料	通过下列筛孔（mm）的百分率（%）
	31.5	26.5	19.0	9.5	4.75	2.36	0.6	0.075
级配设计范围	100	95-100	68-86	44-62	27-42	18-30	8-15	0-3.5
配比设计 合成级配级配	100	97.1	80.8	54.5	33.5	21.7	11.6	3.3
生产拌和 级配检验  1	100	96.2	81.4	51.9	32.6	21.3	11.6	3.1
生产拌和 级配检验  2	100	95.8	82.4	52.9	32.3	21.8	11.1	3.0
生产拌和 级配检验  3	100	94.6	83.5	52.1	33.6	22.4	11.6	2.9
生产拌和 级配检验  4	100	94.9	85.7	53.4	34.9	21.1	11.8	3.1

从上表可以看出，混合料级配满足施工指导意见要求且筛分试验结果相差不大，从而可得混合料级配比较稳定。

⑵、水泥剂量控制情况

本次试铺段采用4.0%水泥剂量，拌合生产中实际采用的水泥剂量为混合料组成设计时确定的水泥剂量4.0%。开始拌和之后，随机抽检共24个样品进行EDTA滴定，水泥剂量分布在3.9%-4.4%范围内，平均值为4.2%，满足设计水泥剂量±0.5%的容许误差范围，检测结果详见下表：

混合料灰剂量滴定数据表

序号	1	2	3	4	5	6	7	8
灰剂量（%）	4.1	4.4	4.2	4.4	3.9	4.3	4.2	4.4
序号	9	10	11	12	13	14	15	16
灰剂量（%）	4.2	4.0	4.0	4.2	4.2	4.4	4.2	4.0
序号	17	18	19	20	21	22	23	24
灰剂量（%）	4.1	4.1	4.0	3.9	4.0	4.1	4.2	4.2

⑶、混合料的含水量控制情况

根据气温高低变化，含水量按最佳含水量加0.5～1.0％控制,从现场施工情况看，碾压过程中未出现弹簧和明显的表面干散现象。

     在规模施工中，为使含水量达到较理想的控制状态，及时观察、了解天气（气温、风力、阴晴等）和运距情况，加强前后场的联系和沟通，随时掌握现场碾压 过程中的含水量变化，以便及时通知后场拌和做出调整。

4、运输

⑴、运输严格按照施工指导意见的要求执行，试铺段的位置选择复兴河桥小桩号处，距离拌和场较近，载重25吨自卸车从装料、过磅、运输及到场卸料整个环节大约需要30分钟，本次试铺采用拌合产量按照400吨/ 小时，试验段采用15辆自卸车运输，完全能够满足拌和出料与摊铺能力的需要。

⑵、运输过程中，车内混合料采用防雨布覆盖，减少了整个运输过程表层混合料含水量的散失。

覆盖过程                                            覆盖后

⑶、从运料车摊铺卸料的外观情况看，运料车在装料过程中前后移动，分前、后、中多次装料，避免了粗集料的离析现象。

⑷、混合料运输车辆行车路线上马道后沿道路右幅到试铺段现场，试铺段当天在上马道处派专人指挥交通，缩短了整个运输环节的时间。

⑸、运输车辆到达现场后，由专人管理和指挥卸料。在摊铺机前保证3～5辆运料车等候卸料，以做到连续、不间断摊铺。 

5、摊铺

⑴、摊铺设备的调试

基层试铺段采用两台ABG423摊铺机摊铺，两台摊铺机拼宽均为6.5m。摊铺前调整和精确设置摊铺机螺旋送料器的高度和长度，料位器设高位；检查摊铺机的传感系统和夯实系统，施工中加强控制螺旋送料器内的混合料高度和送料速度，降低受料斗的收斗幅度和频率。

⑵摊铺工艺的实施

摊铺机就位后，按松铺系数（试铺段拟定为1.3）计算出松铺厚度，调整熨平板高度并在下面垫与松铺厚度等厚的木块，调整好熨平板仰角。

根据摊铺速度、摊铺厚度及摊铺后的初始密实性标准，调整摊铺机夯锤振幅为四级半，使摊铺后的初始密实度达到80％左右。将螺旋送料器调整到最佳状态，螺旋送料器内混合料表面以略高于螺旋布料器2/3为度，以避免表面离析和层底粗料集中现象发生。 

两台摊铺机呈阶梯式进行摊铺混合料，前后间距为10m。为保证摊铺过程的匀速、缓慢、连续、不间断，试验段采用摊铺速度为1.0-1.2 m/min。

6、碾压

⑴、基层试铺段碾压遵循的原则和注意事项

本次试铺段碾压段落长度控制在50 m左右。碾压段落设置了初压、复压及终压分界标牌并设专业技术员负责碾压，控制整个碾压过程。

碾压遵循的原则：先轻后重，先静后振，由低向高，由边向中。碾压时重叠1/2轮宽。

使用钢轮压路机均设置了防粘轮装置，基本消除混合料粘轮现象。

严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头和急刹车，以保证水泥稳定碎石基层表面不受破坏。

控制碾压含水量，在（最佳含水量+1％-最佳含水量-1％）区间内及时进行碾压。

碾压过程中的质量控制：现场设专业技术员负责碾压管理工作，监管碾压遍数、碾压段落、压路机不漏压、不过压、无急刹车、禁止其它车辆驶入等情况；试验人员在现场检测混合料含水量、均匀度、压实度；测量人员在压实过程中跟踪检测标高和平整度。

⑵、试铺段碾压方案的实施 

基层试铺段混合料的压实由2台XP302轮胎压路机、3台XSM222单钢轮振动压路机组合，试铺段的碾压方案采用两种碾压组合对比和两种碾压遍数对比，两种方案均振动碾压四遍后开始检压实度，每压一遍检压实度一次，直到压实度符合要求为止。

两种碾压方案分别为：

第一种碾压为，初压为胶轮，碾压两遍，碾压速度为1.5-1.7km/h；复压采用三台单钢轮在全幅宽度范围内紧跟循环碾压六遍（前后及往返为一遍，碾压速度1.8-2.2km/h，碾压方式为第一遍前进静压，后退弱振，其余各遍均为强振），四遍后检测压实度直至符合要求（压实度≥98%）；终压为胶轮碾压两遍，速度为1.5-1.7km。

第二种碾压方案为初压一台单钢轮全幅宽度范围内碾压两遍，第一遍静压，第二遍前进静压，后退弱振，速度为1.5-1.7km；复压为两台单钢轮在全幅宽度范围内紧跟循环碾压五遍（前后及往返为一遍，碾压速度1.8-2.2km/h，四遍后检测压实度直至符合要求（压实度≥98%）；终压两台胶轮，碾压速度为1.5-1.7km/h，碾压方式为静压3遍；

其中K8+000-K8+150段采用碾压方案一施工；K7+840-K8+000段采用碾压方案二施工。

⑶、不同碾压方案的效果对比 

从试铺路段的压实度跟踪检测情况看，两种压实方案都达到了预期效果；

 经综合对比分析，两种碾压方案都能达到压实效果，但从现场碾压情况看，第一种碾压方案的初压采用轮胎压路机搓揉2遍，减少了细料上浮现象，较好的保持了摊铺后混合料的骨架结构，同时即能够减轻复压时细料的粘轮现象，又能够减少混合料含水量的散失。因此选用碾压组合方案一，即初压为胶轮，碾压两遍，碾压速度为1.5-1.7km/h；复压采用三台单钢轮在全幅宽度范围内紧跟循环碾压六遍（前后及往返为一遍，碾压速度1.8-2.2km/h，碾压方式为第一遍前进静压，后退弱振，其余各遍均为强振）；终压为胶轮碾压两遍，速度为1.5-1.7km。

不同碾压方案现场压实度对比

碾压

方案	编号	干密度（g/cm3）	最大干密度（g/cm3）	压实度 （％）
1	1	2.323	2.363         2.363	98.3
	2	2.337		98.9
	3	2.344		99.2
	4	2.342		99.1
2	1	2.332		98.7
	2	2.342		99.1
	3	2.354		99.6
	4	2.320		98.2

7、养生及交通管制

⑴在第一段碾压完成后立即进行质量检查，并开始养生。

⑵覆盖养生方法：采用薄膜保湿与两层土工布覆盖的养生方法。在覆盖塑料薄膜并检查无漏盖、破损后，覆盖两层土工布；土工布覆盖完成后用红砖将纵、横缝压实，防止土工布及塑料薄膜被掀起。

⑶基层养生7天，在养生期间，由专人负责检查维护和交通封闭，确保薄膜和土工布覆盖完好。

      正在覆盖薄膜和土工布                      覆盖土工布后        

五、7天无侧限强度对比    

7天无侧限强度对比表：

水泥

剂量	振动成型击实试验		静压法强度		振动成型法强度
	最大干密（g/cm3）	最佳含水量（%）	平均值（Mpa）	代表值（Mpa）	平均值（Mpa）	代表值（Mpa）
4.0	2.363	4.8	4.5	3.9	8.6	6.3

六、结语

 (1)静压和振动是构成水泥稳定碎石强度的不同受力类型，由其构成的混合料的组成结构、压实特性及物理力学性质有着显著的不同。

(2)试验结果证明了以振动击实确定的最佳含水量、最大干密度作为现场施工质量控制标准更为合理。

七、振动成型法较静压法施工的优劣性

1、振动成型法优势

(1)振动成型的集料级配属于骨架密实型，粗集料占的比例较大，相应细集料比较少，小于0.075mm 颗粒含量不大于3.5%，可以显著减少裂缝。

(2) 由于振动成型机激振力大（6800N-6900N），振动时加强了集料之间互相填充嵌挤，成型干密度较静压成型法大。

(3) 用振动成型机成型的无侧限试件，其抗压强度比静压法大，内部比较密实，吸水率要比静压法小很多。说明其路用性能较好，有足够的强度和刚度，稳定性和抗冲刷效果好。

(4) 由于最大干密度较大，对现场施工提出更高的要求，尤其是碾压这一部分，采用大吨位压路机，速度和遍数都要严格控制，从而整体提高施工技术水平。

2、振动成型法劣势

(1)制件过程中振动成型仪工作时产生的环境噪音较大，对试验室其它操作室影响较大，对经理部的日常生活影响较大。

(2)振动成型仪制件过程中操作过程太过繁重，工作量较大。