水稳基层的施工工艺及质量控制

摘  要:目前，高速公路建设中广泛地采用水泥稳定碎石作为基层，具有整体性好，刚度和承载力大，水稳性以及抗冻性好的特点，对于保证城市道路的使用功能，具有很重要的作用。但是水泥稳定碎石基层采用的原材料为收缩性材料，若原材料的控制不合格、配合比设计不合理及施工工艺不规范就不能发挥其长处，甚至影响沥青面层的使用寿命和高速公路今后的运营情况。简要谈谈常见的质量问题和施工注意要点。

关键词:　水稳基层   常见问题   质量控制                        

一、水泥稳定基层的常见质量问题成因

水泥稳定基层易出现四个质量问题：1、平整度差；2、厚度不够；3、压实度不够；4、强度不够；5、裂缝。如何消除这些质量问题，要搞清它们的形成原因。 

1、平整度差：水稳基层的平整度控制非常重要，因为其是沥青面层的下承层，如果平整度控制不好，一方面会影响面层的平整度，另一方面会造成面层的厚度难以控制从而增加工程成本。产生水稳基层平整度差的原因有以下几个方面。一可能是由于水泥稳定基层混合料含水量不一致，级配发生变化；二是下承层或路基的平整度差，水稳基层铺装后会反射至基层表面。摊铺方法不能保证质量;第三就是摊铺机履带轮下有垫物或者是碾压方法有问题，没有按照规范的程序进行碾压。找平次数少，或找平质量差。摊铺过程中不能保证连续均匀摊铺。第四可能是养护不到位，使基层表面出现松散、坑槽现象。最后一个可能是未能控制施工车辆的通行，而出现基层表面的跑飞现象。以上几个原因都有可能会导致混合料压实度系数不一致。因此应保持混合料的各种指标一致性，同时也要提高碾压工艺水平。应为压路机的操作水平高低，也可影响基层的平整度。

2、厚度（或高程）不够：一个原因是混合料含水量、级配变化。含水量和级配的改变，使压实系数相应改变，测量人员不可能不断改变压实系数。最终致使基层厚（薄）不均，高程超过容许偏差。另一个原因是下承层高程偏高，测量不准确。

3、压实度不够：许多人认为主要是碾压的问题，据我通过长期检测发现，造成基层压实不够，混合料含水量、级配也是一个主要原因。在同等碾压条件下（以含水量为例），以一段混合料含水量低于最低含水量1%，对比另一段混合料含水量高于最佳含水量1%，混合料含水量低的一段基层的压实度为97%，而另一段能达到99%。

4、强度不够：直接表现为取不起样芯，或取得起但表面粗糙，不密实，试压强度低。造成基层强度不够的因素很多，主要是混合料灰剂量和级配不够、不合理造成的。因混合料灰剂量偏小，起粘结作用的细颗粒偏少，导致基层成型、钙化后有一定的空隙，不密实。在基层混合料中，水泥起到主要的钙化作用，细颗粒起着粘结的作用。因此我在混合料配比中，控制细颗粒的通过百分比，以减少空隙增大密度。通过几次对比试验，发现基层密度、强度同时提高了。

5、水泥稳定碎石基层的裂缝有两类:一类是强度不足引起的裂缝，与结构设计和施工质量有关。只要搞好结构设计和加强质量管理，这类裂缝是可以清除的。另一类是收缩裂缝，因为水泥稳定碎石是一种快凝的胶凝材料，和其它胶凝材料一样也有收缩的性质，主要是干缩和冷缩。

二、水泥稳定碎石基层施工时需注意的几个关键问题总结。

国际上的沥青路面通常有两种典型结构：一种是欧美、日本等国采用的柔性基层沥青路面；另一种是法国、南非等国采用半刚性基层的沥青路面。目前我国公路普遍采用了半刚性材料作为基层材料，主要是水泥稳定碎石基层和底基层。为了减少水稳基层常见病害，必须在水稳基层施工中注意以下几个问题。 

1、原材料 

1.1.水泥 

控制水泥稳定碎石混合料的水泥宜采用强度等级不低于32.5级的水泥，3天胶砂强度应大于18MPa。受潮、变质的水泥不得采用，水泥各龄期强度、安定性等应符合规定；水泥初凝时间应大于3h，终凝时间不小于6h。避免因水泥标号过低使得用量偏多而产生较多的反射裂缝。

1.2.碎石 

 （1）碎石的最大粒经不超过31.5mm，宜按粒经9.5～31.5mm、4.75~9.5mm、2.36～4.75mm和0～2.36mm四种规格备料。采用四种规格备料，尤其是将0~2.36mm集料区分开，对合成级配0.075mm筛孔通过率的控制具有重要作用。 

（2）碎石压碎值应不大于28%，粗集料针片状含量（1：5）应不大于18%，碎石中小于0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数小于9。 

2、混合料组成设计 

2.1.取工地实际使用的集料，分别进行水洗筛分，按颗粒组成进行计算，确定各种集料的组成比例。为保证配制出的混合料具有较好的抗裂性能以及施工时减少离析的产生，建议配合比设计时级配曲线按正“S”形调整。4.75mm以上筛孔通过率宜处于级配范围中值与上限之间,2.36mm以下筛孔通过率宜处于级配范围中值与下限之间，0.075mm筛孔通过率宜不超过3%，2.36mm筛孔通过率宜不低于20%，4.75mm筛孔通过率宜不低于32%。 

2.2.为减少基层裂缝，必须做到三个：在满足设计强度的基础上水泥用量；在减少含泥量的同时，细集料、粉粒用量；根据施工时气候条件含水量。具体要求水泥剂量宜不大于4.5%（建议用高强度水泥，可减少水泥剂量）。集料级配中0.075mm以下颗粒含量不大于3%，含水量宜不超过最佳含水量的1%。 

2.3.水泥稳定碎石7d浸水无侧限抗压强度代表值应满足基层3.5~4.0MPa，底基层为2.5~3.0MPa，这样既保证足够的强度，也避免因强度过高产生较多反射裂缝。基层与底基层强度差异小，有利于减小接触界面上的剪应力。 

3施工过程控制 

3.1.拌和 

（1）高温作业时，早晚与中午的含水量要有区别，要按温度变化及时调整。 

（2）拌和时装载机不宜从底部铲料，避免混进含水量较高的集料，造成拌出的混合料含水量不均匀。 

（3）在保证强度满足设计要求的前提下，施工时综合考虑是否需要增加水泥剂量。建议增加拌和均匀性，尽量不增加水泥剂量。 

（4）拌和机出料不允许采取自由跌落式的落地成堆，装载机装料运输的办法。一定要配备带活门漏斗的料仓，由漏斗出料直接装车运输，装车时车辆应前后移动，分三次装料，避免混合料离析。 

3.2.运输 

（1）应有足够的运输车辆，避免出现等料现象。 

（2）混合料在运输过程中应完全覆盖、防止水分散失。 

3.3.摊铺 

（1）调整好摊铺设备,不得在工作中停车检修,以免混合料因长时间放置,影响碾压密 实度和强度。

（2）基层施工应采用两台摊铺机梯队作业，两台摊铺机宜功能一致，最好为同一机型，以保证路面基层厚度一致，完整无缝，平整度好。 

（3）在摊铺过程中，混合料上覆盖的油布不要掀开，直至摊铺结束。减少水分损失，保持水分均匀性。 

（4）在摊铺后面应设专人消除细集料离析现象，特别应该铲除局部粗集料“窝”，并用新拌混合料填补。 

（5）两台摊铺机的拼接宽度宜不小于20cm，减少拼缝处的离析。 

（6）派专人跟机找平,处理基层平整度。

3.4.碾压 

混合料经摊铺机摊铺成型后,即可用压路机碾压,碾压长度需根据施工现场的实际情况确定, 压路机停车要错开，相距间隔不小于3m，应停在已碾压好的路段上。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。碾压宜在水泥终凝前及试验确定的延迟时间内完成，并达到要求的压实度，同时没有明显的轮迹。如果实测混合料的含水量高于最佳含水量,且气温较低时可适当延长碾压长度,如果混合料已接近最佳含水量且温度较高蒸发快时,应缩短碾压长度,确保在最佳含水量时进行碾压为保证水稳碎石（底）基层边缘强度和压实度，应有一定超宽，用方木或钢型模板支撑边缘。加大压实度，避免因担心超密而减少碾压次数，尽可能多压。碾压成型后及时洒水养生,使基层混合料始终保持在潮湿的状态下。

3.5.养生 

（1）养生方法：对已完成碾压并经压实度检测合格后应立即进行养生,不能延误。养生可用不透水的塑料薄膜覆盖或用湿砂覆盖进行养生,也可用沥青乳液进行养生,还可以在完成的基层上即时做下封层,利用下封层进行养生,同时也可在已完成混合料直接洒水养生。按技术规范养生期应不小于7d,在养生期间洒水车必须在另外一侧车道上行驶，人工手持水龙带，跨过中分带喷洒养生水。除洒水车外,绝对禁止重型车辆行驶。 在7d内应保持基层处于湿润状态，28d内正常养护。养生结束后，必须将覆盖物清除干净。 

（2）用洒水车洒水养生时，洒水车的喷头要用喷雾式，不得用高压式喷管，以免破坏基层结构，每天洒水次数视气候而定，整个养生期间应始终保持水泥稳定碎石层表面湿润。 

（3）在养生期间应封闭交通。 

4、主要质量检查验收项目 

4.1.压实度 

（1）干密度用灌砂法检查，最好使用直径20cm的灌砂筒，试坑挖深应为铺层的全厚，使检测结果代表该层平均干密度。从试坑中取出的结果代表该层平均干密度。从试抗中取出的全部混合料试样在工地现场用液化气炉炒干法测定含水量，以减少试验误差，并对压实度不合格点能及时碾压。基层碾压结束便立即挖坑试验。监理抽检应于施工单位自检同时进行。如果不及时检查，由于水泥稳定碎石早期强度发展较快，达一定强度后，挖洞取样工作将非常困难。 

（2）施工过程中的质量检查标准应是每个检查点的压实度不小于98%，对压实度不合格的检查点应及时处理，直至合格为止，只有在交工验收时才允许用数理统计算术平均值的下置限进行检验与评定。 

4.2.厚度 

（1）采用挖坑法测量路面厚度，即用灌砂法进行压实度检查的同时，测量试坑的深度即该层路面的厚度。如果想得到基层的总厚度时，挖坑法比较困难。较理想的检查方法是定点高程测量及算出路面厚度。 

（2）路面厚度的检查标准和质量评定方法，施工过程和交工验收两个阶段相同，均采用数理统计算术平均值的下置信界限计算出厚度的代表值。 

4.3.水泥剂量标准曲线 

（1）现行规范规定，水泥质量与干燥集料质量之比的百分数称为水泥稳定碎石混合料的水泥剂量，施工中均采用EDTA滴定法测定。制备标准曲线时应配制五组不同水泥剂量的混合料，其中间为设计剂量，集料均为设计确定的级配，混合料用最佳含水量。每种剂量配制1800g湿混合料试样，分成6份，每个试样300g进行滴定，取6个试样试验结果的平均值作为该剂量消耗EDTA标准溶液的毫升数。不用将水泥稳定碎石混合料中大于4.75mm颗料集料筛除后余下的细混合料进行滴定。 

（2）实践证明，由于采用了6个原状混合料试样进行检验，取其结果的平均值，基本上消除了试样粗，细集料颗粒不均匀而引起的误差，比筛除粗集料后试验更符合实际，结果更准确，操作更方便。

5、现场混合料配比的控制。

在已摊铺而尚未碾压的水泥稳定碎石混合料中随机抽样检测混合料的配比，水泥与集料的含量以及集料中的级配(尤其小于5mm的细料含量)，将混合料内的水泥洗去，再检测集料的级配，既费工，又欠精确。我们则采用的室内标准配比的水泥碎石混合料烘干所做的筛分试验结果，作为施工现场检查混合料配比与集料级配的依据，以方便检查。 

6、减少裂缝的产生。

当发生收缩时，如受到底层或者其它因素，就有出现收缩裂缝的可能。故解决此裂缝问题，要先了解影响收缩的原因。对于道路上的半刚性基层，要求其具有较小的收缩性。半刚性材料的收缩包括二个方面，水泥稳定碎石混合料的干缩是由水分的散失引起的，失水越多，收缩愈大。这是因为混合料水分蒸发时毛细孔内水面下降，弯月面的曲率变大，在表面张力作用下水的内部压力比外部压力小，随着毛细孔水的不断蒸发，毛细孔中负压逐渐增大，产生收缩力使混合料收缩。干缩另一个原因是水化物层间水的脱出，水化硅酸钙的层间水分子具有吸水膨胀和脱水收缩的特征。影响混合料干缩性质因素有骨料数量、含水量和密实度等。 温度下降会使混合料产生温度收缩，但在负温阶段时，由于水结冰后在结构中产生膨胀压力，结构有膨胀的趋势，而负温下材料本身又要产生收缩。由此可见，负温阶段混合料结构产生了膨胀与收缩两种相反的作用。而工程实践中发现，负温阶段均表现为冷缩而无膨胀现象，这可能是由于冷冻的体积膨胀，尚不足以抵消温度下降而引起的冷缩及结构抗拉强度大于膨胀压力的原因。

　  基层材料的干缩和温度收缩是引起基层结构产生横向裂缝的主要原因。对沥青面层的开缝特别是反射裂缝的发生有很大影响，另外一个原因是在车辆荷载作用下产生的裂缝。 

　　1、干缩性裂缝：干缩性裂缝的情况有两种，一是水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为7 d）的干缩；二是养护期满后到施工沥青封层或透层、摊铺沥青混凝土面层这段时间的干缩。其机理基本上是一样的，只是其损害的程度有所不同。 

　　水泥稳定碎石压实成型到正常养护期（一般为7d ）期间，由于混合料本身的水份和养护洒水的水分蒸发以及混合料内部水化作用发生的毛细管作用、分子间吸附作用力和碳化收缩作用等，引起基层混合料体积在一定程度趋于减小而收缩，出现拉裂的现象。如果这段时间天气正常，气温没有太大变化，混合料（基层）从最佳含水量到较干燥的干缩过程可称之为一次性的干缩，其产生的裂缝是有限的。 

　　从基层养护期满后到施工沥青封层或透层油、摊铺沥青混凝土面层之间，如果这段时间间隔较长，自然天气从睛到雨，从雨到睛，风吹日晒雨淋，基层料从“较干燥→饱水状态→较干燥→饱水状态”反复循环作用，水分反复的“蒸发、饱和、蒸发、饱和”，多次重复干缩过程，必然会使基层出现较严重的拉裂现象，在薄弱地方就表现为裂缝，这种破坏在多雨的地区特别明显。养生结束后，如其上为沥青面层，应先清扫基层，立即喷洒透层或粘层沥青、在清扫干净的基层上，也可先做下封层，以防止基层干缩开裂。 

　　2、温缩性裂缝：也就是热胀冷缩产生的裂缝。万物都具有热胀冷缩的性质，水泥稳定碎石基层属半刚性体，也不会例外。在水泥路面设计和施工中，设置伸缩缝的做法规范中已有明确的规定，并且在施工和实际中得到广泛的应用，取得了显着的成效。但长期以来，在水泥稳定碎石基层的设计规范或施工技术规范中却没有提出来，这有待于进一步探索。 

　　水泥无机结合料内部的不同矿物颗粒组成的固相、液相和气相体，在温差作用中必然会使其产生热胀冷缩的体积变化，从而引起温缩性裂缝。 

　　（1）固相矿物不同的胀缩性：碎石原材料矿物（主要为SiO2、AI2O3）组成的热胀冷缩系数为810-6/℃，水泥稳定碎石生成的新胶结矿物主要成分为C-S-H凝胶体，热胀冷缩系数一般为10～2010-6/℃。由于两者组成的固相复合稳定材料的矿物具有不同的热胀冷缩性，在温度变化时其胀缩值是不相同的。 

　　（2）液相（水）的热胀缩性：自由水、毛细水、结构水、结晶水存在于混合料内部的孔隙中和胶体中，水的热胀缩系数为7010-6/℃。当温度升高时，可以产生相当大的扩张力使颗粒间距增大而产生膨胀。 

　　（3）气相的热胀缩性：混合料毛细孔、内部孔隙充盈着气体。夏天时水稳层内部结构气体体积受热充分膨胀，结构内的颗粒相应充满扩张力。冬季时，原膨胀的气体体积收缩，颗粒内的结构应力减小，产生收缩力，体积变小。当扩张力超过临界值时，水稳层就会产生起拱；当收缩力超过结构拉应力时，便产生横向裂缝。 

　　3、荷载性裂缝 

荷载性裂缝一般发生在基层的底部，由于车辆荷载的反复作用，裂缝逐渐向上扩展至表面，车轮荷载作用下产生的裂缝反映在面层，往往不是单独的、稀疏的或较有规则的裂缝，而是稠密的，有时是相互联系的。

从上面分析，导致裂缝出现的外因如下:                                                                     （1）施工含水量过大。收缩裂缝的发生与发展和含水量有密切关系，含水量大则干缩和冷缩都大，因而施工中必须严格控制含水量。                                                    （2）压实度不够，结构中存在大孔隙的结构才有可能产生较大的收缩孔隙，也是水分的藏身之处。                                                                        （3）施工期间重车行驶的影响。在混合料结晶结构形成后，车轮作用使结构破坏产生细微裂缝，收缩裂缝就有可能在这些地方出现。                                            （4）刚度增长的影响。混合料基层的刚度随龄期的增大而增大，变形能力减少，容易因收缩而开裂，故混合料的刚度不宜过大。

为了减少干缩裂缝，除了上面提出的控制好施工含水量，保证基层密实度以外，应采取如下几点措施: 

（1）增加混合料的粉末含量，可减少干缩；

（2）适当减少混合料中二灰含量，以减低其刚度；

（3）预设收缩缝，使裂缝有规律，也易于养护；

（4）在施工中，应及时铺筑面层，可防止水分蒸发，避免表层失水过多而开裂；

（5）选用石粉材料时，石粉的塑性指数不宜过高，材料拌和要均匀。 

严格控制碾压含水量。沿线各施工单位由于原材料的差异，其重型击实试验得出的最佳含水量值差别较大(6.5%~8.5%，个别还在9%以上)，即使混合料配比完全相同，情况也是如此。 

影响击实试验成果的因素是多方面的，原材料的差异是基本方面，与不同的试验设备与人员也有关系。从控制干缩变形的角度考虑，希望最佳含水量值越小越好。因为它是施工含水量的控制标准，如本工程规定，施工(碾压)含水量应在最佳含水量接近，正负一个百分点范围。实际上各工地按最多不超过2个百分点来掌握，因为碾压含水量愈大，混合料成型过程中的失水量也愈多，收缩变形量则愈大，增加了干缩开裂的可能性。但实际情况又不可能按预期的设想行事，有几个地方水泥稳定碎石混合料的碾压含水量超过最佳值较多(3~4个百分点)，其主要原因并非人为加水失控，而是原材料中碎石的原始含水量太高(湿灰的平均含水量为 10%，最高达20%)。尽管进度应服从于质量，但不能因个别环节上的问题而延误总体的施工进度。

混合料的运输应避免车辆的颠簸，一减少混合料的离析。在气温较高、运距较远时要加盖毡布，一防止水分过分损失。

混合料摊铺接缝的处理。接缝有纵向接缝和横向接缝两种方式，当摊铺机宽度足够时，整幅摊铺时不存在纵向接缝问题；当摊铺机的宽度不足时，采用2台摊铺机一前一后同步向前摊铺混合料，并一起进行碾压，这样也可以避免纵向接缝。如有特殊情况，需设置横向接缝，起处理方法是先将摊铺机附近及其下面未经压实的混合料铲除，将已碾压密实且搞成和平整度符合要求的末端挖成已横向垂直向下的断面，摊铺机返回压实层的端部，用木垫板垫至虚铺高度，在摊铺新的混合料，继续下一步施工。

混合料水泥剂量的测定宜在水泥加入后的十分钟内测定，压实度宜在水泥初凝前进行，此时挖试坑容易，而且此时测得的含水量比较能反映最佳含水量情况下的压实程度。

三、 总结语 

　基层施工一要抓源头，即抓好原材料、配合比、机械设备准备、处理好下承层处理；二要抓过程，即抓好运输、摊铺、碾压、养护各个环节。在做好上述工作的同时加强试验检测根据试验结果及时调整施工控制避免上述问题的出现。

参考文献

吉林摄影出版社 《城市基础设施项目可行性研究与经济评价手册》  主编  纪康宝

北京市政工程局《市政工程施工手册》

交通出版社《公路路面基层施工技术规范》