水泥稳定碎石路面基层施工技术探讨
―――肖春青―――
内容摘要
结合省道248线老坪石至坪石段二级公路改建工程K0+000～K5+900段水泥稳定碎石基层配合比设计、施工控制过程，从施工工艺和施工组织的角度，探讨了水泥稳定碎石的施工质量控制过程和控制要点。首先，介绍了省道248线公路基层施工的经验、教训及其技术关键，对无机结合料稳定材料的干缩特性进行分析。对水泥稳定碎石基层的技术关键环节作了重点强调；其次，讨论了碎石基层混合料的最佳级配要点及现代化施工工艺和质量控制。对混合料的配比，以实验室的资料为依据，结合工地的实地情况，选择最佳配比；最后，讨论了半刚性基层施工中的问题。
关键词
水泥稳定碎石 基层 施工 技术探讨
前 言
省道248线老坪石至坪石段二级公路改建工程K0+000～K5+900段，因地势较低且地处武江河泛区，沿线路基基本为强风化红砂岩，有严重的地下裂隙水。设计采用水泥混凝土路面，其基本结构为
一、 组成设计
近年来的实践表明，水泥稳定碎石作为路面基层应综合考虑其强度、回弹模量、收缩和抗冲刷能力等指标选择集料级配、水泥剂量和含水量等。在施工过程中，要想发挥水泥稳定碎石的优良性能，首先应通过其配合比组成设计予以保证。水泥稳定碎石其组成设计大体步骤，如图1所示。
图1
（一） 集料级配对抗压强度的影响
对于半刚性基层路面结构，基层要承受荷载，应具有一定的荷载扩散能力。集料自身强度及级配组成都对水泥稳定碎石基层的承载能力有重要的影响。
公路设计规范中所规定的级配范围是总结了全国各地的实践经验而得来的，该级配范围是很广泛的。但我们在具体应用中并 不是只要在这个范围内的级配就能满足要求，要因地制宜、根据当 地的实际情况确定级配范围。
表1给出了四个级配，前三个级配参照规范规定的级配范围， 选取上、中和下限作为设计标准进行集料组成设计，级配四为S型级配。
表1 水泥稳定碎石级配组成
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31.5 |
26.5 |
19 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
0.6 |
0.075 |
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级配1(%) |
100 |
96 |
89 |
66 |
45 |
35 |
18 |
5 |
|
级配2(%) |
100 |
94 |
82 |
55 |
36 |
28 |
14 |
4 |
|
级配3(%) |
100 |
92 |
76 |
49 |
29 |
21 |
11 |
3 |
|
级配4(%) |
100 |
99 |
96 |
62 |
28 |
19 |
10 |
3 |
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规范上限通过率(%) |
100 |
100 |
89 |
67 |
49 |
35 |
22 |
7 |
|
规范下限通过率(%) |
100 |
90 |
72 |
47 |
29 |
17 |
8 |
0 |
按照每种混合料的最佳含水量和压实度要求制作试件，试件在标准养护条件下，养生6天，浸水1天，然后进行测试，其具体结果见表2。
表2 水泥稳定碎石各种级配试件测试结果
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级配编号 |
级配1 |
级配2 |
级配3 |
级配4 |
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强度平均值R |
4.86 |
4.79 |
3.79 |
4.57 |
|
标准差σ |
0.34 |
0.13 |
0.77 |
0.55 |
|
强度代表值R’ |
4.31 |
4.57 |
2.52 |
3.67 |
表中平均值说明， 级配1和级配2和级配4满足规范要求的混合料7天、强度≥4.0Mpa的要求； 强度代表值说明，级配1和级配2满足规范要求，这是由于混合料形成的结构密实、粒料间粘结力增强、材料的整体强度得到提高。
（二） 水泥剂量对抗压强度的影响
根据规范要求，对水泥稳定碎石基层选择强度值较高的级配中值，按照五个不同的掺量(3%、4%、5%、6%、8%)进行强度试验。通过试验对比发现，同样的级配组成和水泥标号、水泥剂量对混合料的强度影响很大，其强度随水泥剂量的增加而提高。
（三） 混合料的缩裂特性
水泥稳定碎石的收缩分为干缩和温缩两种，其中的干缩是指材料内部水分蒸发而引起的体积收缩现象，主要发生在工程完工后初期阶段；当基层上铺筑面层后，基层的含水量一般变化不大，此时基层的收缩转化为以温缩为主。
省道248线老坪石至坪石段二级公路改建工程K0+000～K5+900段施工之前，进行了室内试验，采用级配2和 5%、6%这两种水泥剂量进行制件，经过7天养护后进行干缩试验，经过14天养护后进行温缩试验。通过对比发现：干缩应变随着时间的延长而增加，但到后期增长缓慢；随着时间的增长，失水率不断增加，但在失水初期1周后增加迅速，随后渐趋平缓；水泥剂量对干缩应变有影响，且温缩应变随着温度的增加而增大。与干缩应变相比，在正温度范围内由温度引起的温缩应变要小的多，而水泥剂量对水泥稳定碎石温缩特性却影响不大。
（四） 延迟时间的影响
水泥稳定碎石从加水拌和到碾压终了，延迟时间对混合料强度及所能达到的干密度有明显的影响。延迟时间越长，混合料的强 度和干密度的损失越大。因此在水泥稳定碎石基层施工过程中， 既要采用终凝时间较长的水泥以延长凝结时间，又要控制施工的延迟时间以减少强度的损失。
二、 施工技术
路面基层施工，采用集中厂拌、摊铺机摊铺，按层次施工。从水稳基层集料的调配，到混合料试件的制作，从试铺段施工，到大面积的摊铺，本人一直参与其中。下面结合本工程的水泥稳定碎石基层的实际工作经验，谈谈水泥稳定碎石施工前的准备工作、水稳碎石施工工艺以及碾压结束后的检测工作。
（一） 施工前的准备工作
1、原材料及配合比设计
（１）原材料采购
首先必须把好料源头关，其次对所进每批材料都必须按规范要求的检测频率进行自检，自检合格后报监理组、业主抽检，经三方检测合格后才组织上料，同时留样备查。材料入库后，必须严格管理料场，做到材料整洁无污染，对石料必须进行隔仓处理，插牌明示，细集料采取必要的覆盖措施，采取加盖防水彩条布及防雨棚的办法。
①水泥
硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥都可以用于水泥稳定碎石路面基层施工，禁止使用快硬水泥、早强水泥以及其它受外界影响而变质的水泥。我标项目部经招标采用湖南郴王水泥厂生产的P032.5 早强缓凝水泥。水泥各龄期强度、安定性等应达到相应指标要求：要求水泥初凝时间3小时以上、终凝时间不小于6小时，3d抗压强度不小于18Mpa。
②碎石
基层用级配碎石备料按粒径9.5～31
③水
凡饮用水皆可使用，遇到可疑水源，委托有关部门化验鉴定。项目部就近采用武江河中水源。
(2)配合比组成设计
①取工地实际使用的集料，分别进行筛分。按颗粒组成进行计算，确定各种集料的组成比例，同时要求4．
水稳碎石混合料中集料的颗粒组成通过下列筛孔（mm）的重量百分率（%）
级配 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
范围 100 90-100 72-89 47-67 29-49 17-35 8-22 0-7
②取工地使用的水泥，按不同水泥剂量分组成试验。一般水泥剂量按4%、5%、6%、7%、四种比例进行试验（水泥:集料＝4.0:100、5.0:100、6.0:100、7.0:100）。制备不同比例的混合料，用重型击实法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。
③为减少基层裂缝，做到三个限制：在满足设计强度的基础上限制水泥用量；在减少含泥量的同时，限制细集料、粉料用量；根据施工时气候条件限制含水量。具体要求水泥剂量不大于5.5%、集料级配中
④根据确定的最佳含水量，拌制水泥稳定碎石混合料，按要求压实度（重型击实标准98%）。制备混合料试件，在标准条件养护6 天，浸水一天后取出，做无侧限抗压强度。
⑤水泥稳定碎石7 天浸水无侧限抗压强度代表值满足R≥3.5MPa。
⑥取符合强度要求的最佳配合比作为水泥稳定碎石的生产配合比，用重型击实法求得最佳含水量和最大干密度，经批准，以指导施工。经施工单位、监理组、项目办三家试验，最终采用1＃料：2＃料：3＃料：4＃料＝30：30：13：27，水泥剂量5.0%，最佳含水量5.0%，最大干密度
2、基层的准备
（1） 路面现场准备
①外形检查，检查底基层高程、中线偏位、宽度、横坡度和平整度。
②底基层应进行压实度检查，凡不符合要求的路段，应分别采用碾压、填换好的材料等方法处理，达到规定要求。
③清除底基层表面的浮土、杂物等，并将底基层表面洒水湿润。
（2） 测量准备
提前做好路面中桩、原地面测量，宽度放样，宽度必须满足设计要求，为确保边缘部分压实度，两边支立枕木，确保支撑牢固。按松铺系数架设好钢丝绳（一般可采用1.29），松铺系数测定时采用相对坐标测量的方法，即仪器架立不动，分别测量原地面、碾压前、碾压后的相对标高，松铺系数＝（碾压前的相对标高－原地面的相对标高）÷（碾压后的相对标高－原地面的相对标高），取有效碾压厚度值的松铺系数平均值作为松铺系数，大面积摊铺时再进一步测量。钢丝绳架设原则为确保厚度的前提下兼顾纵断高程。开始摊铺前的前一天进行测量放样，摊铺机宽度与传感器间距，间距为
3、和楼的试拌
通过试拌检查其运作是否正常，特别是对各材料用量控制是否准确。
（二）水泥稳定碎石施工工艺
1、水稳碎石拌制
（1） 水稳碎石拌和机我部采用一台WDB500 拌和机，每小时产量500T，实际出料在350T～400T 之间，配5 个进料斗，料斗口安装钢筋网盖，筛除超出粒径规格的集料及杂物。
（2）所有料斗、水箱、罐仓都装配高精度电子动态计算器，并经计量部门标定。
（3）按市高指批复配合比进行生产，同时对混合料进行筛分检验级配及做好水泥剂量滴定、含水量、强度等试验。
2、水稳碎石的运输
（1） 装料：装料根据放料人员的提示，按前、中、后三次作业的方法进行，不得太满外溢，车内混合料必须在初凝时间内运到工地。
（2） 覆盖：用油布覆盖混合料。
（3） 车辆倒车时在摊铺机前
3、水稳碎石的摊铺
施工采用一台三一重工和一台徐工摊铺机梯队作业，摊铺机拼装宽度分别为
4、水稳碎石的碾压
碾压是关系到基层内在质量的关键工序。而影响碾压工序的关键因素又是碾压组合和含水量。根据试铺段最终压实效果，选出最佳碾压方式作为正常碾压施工工艺为： DD110 双钢轮压路机静压1 遍（ 速度1.5
5、接缝处理
水泥稳定混合料摊铺时，连续作业不中断，如因故中断时间超过2h，则设横缝，每天收工之后，第二天开工的接头断面设置横缝，每当通过桥涵、特别是明涵、明通，在其两边设置横缝，在其两边设置横缝，基层的横缝与桥头搭板尾端吻合。特别注意桥头搭板前水泥稳定碎石的碾压。横缝与路面车道中心线垂直设置，其设置方法：施工结束处碾压方式与正常段相同，压路机碾压至下承层上，碾压结束待水稳具有一定强度后，将已碾压密实且高程和平整度符合要求的末端挖成与路中心线垂直向下的断面，第二天再进行摊铺。因故中断时间超过2h，则设置横缝后，再摊铺新的混合料。开始摊铺时，应先量取已铺水稳碎石路面的厚度，乘以松铺系数，求得新铺路段接头处的松铺厚度，决定熨平板的高度。
（三）养生和交通管制
每一段的水稳碎石碾压完毕，并经过压实度、标高检查合格后，即可进入养生阶段，可采用用湿润的土工布进行覆盖，覆盖2 小时后，用洒水车洒水，洒水车的喷头用喷雾式，每天洒水次数视气候而定，整个养生期间始终保持水泥稳定碎石层表面湿润。在7 天内应保持基层处于湿润状态，28 天内正常养护，在养护期间封闭交通。7 天后进行钻孔取芯，芯样应完整，表面密实。
三、施工控制
（一） 材料控制
水泥稳定碎石基层材料主要由粗集料、细集料、水泥等拌和而成，防止不合格材料进场是质量控制的关键。
集料是水泥稳定碎石基层的主体，对强度的影响取决于集料本身的性质。集料应坚硬、耐久并具有足够的强度。粗集料应符合规范要求，当大石料较多时，在拌和、运输、摊铺过程中易产生大小料分离现象，碾压成型后易形成“粗集料窝”，对品质不利。因此， 在施工过程中，粗集料的最大粒径应控制在
水泥质量更是关键。施工时应选取初凝时间3h以上，终凝时间较长(大于6h)、标号较低的水泥，为保证其具有足够的强度，水泥稳定碎石要有足够的时间进行拌和、运输、摊铺和碾压。我们在施工中采用的水泥为湖南郴王牌32.5Mpa矿渣硅酸盐水泥。其初凝时间为3小时40分钟。
（二） 严格控制水泥剂量
在施工过程中，要严格控制好水泥稳定碎石的水泥剂量。水泥剂量太小，水泥稳定碎石强度则不能满足承载力要求；水泥剂量太大时既浪费材料，又会使基层产生裂缝，对面层构成局部破坏。所以在施工过程中，要把水泥用量控制在经济、合理的目标上。
（三） 含水量控制
1、含水量对压实度的影响。混合料的含水量对水泥稳定碎石基层的质量影响主要包括强度、压实度等。击实试验表明，含水量对压实度有较大影响。当含水量不同时，相同的混合料在相同的压实功作用下，会产生不同的压实度。由此可见，施工时控制好含水量是保证压实度达到设计标准的关键之一。
2、含水量对强度的影响。含水量较小，混合料不但难以碾压成型，而且因水泥的物理、化学反应不全面而造成结构层强度难以形成，造成板体松散。
我们在施工过程中，采用厂拌法生产水泥稳定碎石混合料。试验检测室配备一名专职试验人员，随时检测混合料的含水量。根据施工组成设计确定的最佳含水量并结合当日的温度、湿度及运距确定混合料的含水量。这样既可以保证混合料的质量，又能保证施工的进度，避免了不必要的返工处理等问题。
（四） 摊铺
在省道248线老坪石至坪石段二级公路改建工程K0+000～K5+900段施工过程中， 因底基层为级配砂砾，因此在水泥稳定碎石摊铺前先在级配砂砾表面洒水浸湿，使用德国产ABG423摊铺机进行摊铺。使用摊铺机进行摊铺的关键是保持作业连续不间断，因此我们作了充分的准备，拌和方面采用浙江产WBS-300型稳定土拌和站进行拌和，运输方面采用自卸车运输，要求一旦摊铺就连续不断的进行。
摊铺时摊铺机保持匀速行驶，速度为
（五） 压实
混合料的压实是一个关键工序，也是保证施工质量的重要手段之一。当含水量大于或略大于最佳含水量时，就可以开始碾压。组织压实操作时应注意下列各点:
1、采用的压实机具应先轻后重；
2、碾压速度应先慢后快，一般速度控制在1.5~
3、组织压实机具合理的工作路线，直线段一般应先两侧后中 间，以便保持路拱;在弯道部分，由低的一侧开始逐渐向高的一侧 碾压。相邻两次的轮迹应重迭轮宽的三分之一，保证均匀压实而 不漏压，对于压不到的边角，应辅以人工或小型机具进行夯实处理；
4、应经常检查混合料的含水量和密实度，并视需要采取相应 调整措施，以达到符合规定压实度的要求。
应特别注意的是，任何机械均不得在已完成的或正在被碾压的路段上调头或急刹车，以免对结构层造成破坏。当局部混合料过干时，可补充部分水分；如局部发生“软弹”现象，应及时人工挖开，换填新的混合料，以保证质量。
（六） 养生
水泥稳定碎石的养生是十分重要的一个环节，养生期间的湿度及龄期对水泥稳定碎石的强度影响相当大，在混合料形成初期应进行保湿养生，以保证水泥进行水化反应所需水分。养生期间还应采取封锁交通的处理措施，除洒水车外其它车辆禁止通行，特别严禁重型车辆通行。
我们在施工过程中，除采取了封锁交通的措施之外，还专门购进了毛毡进行覆盖养生，这样既保证了混合料初期形成强度所需要的外界条件又保证了其内在的质量。
（七）施工质量控制中的几个关键问题。
现就路面基层施工质量控制中的几个关键问题作如下分析。
1、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
2、减少裂缝的产生。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。当发生收缩时，如受到底层或者其它因素限制，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。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。
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。
3、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。
四、心得体会
1、原材料是工程质量的根本，只有使用合格的原材料才能确保路面施工质量，对材料严格进行招投标管理。
2、应该通过试验复核验证，得到较为准确的做大干密度和最佳含水量，更好的控制施工压实度。
3、根据碎石含水量以及不同批次石料级配情况及时调整施工配比。
4、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。
5、水稳基层一定要坚持做到7 天养生，28 天正常养护。
五、 结束语
通过省道248线老坪石至坪石段二级公路改建工程K0+000～K5+900段水泥稳定碎石的施工，我们不难发现，水泥稳定碎石的级配对其强度是非常重要的，级配的好坏对水泥剂量的使用多少具有绝对的控制作用。另外，组织协调施工机械的好坏也是保证工程质量的重要手段。同时，要根据不同的地区差异，因地制宜确定不同的级配，采取不同的配合比。只有不断的总结经验，才能在水泥稳定碎石施工中对各项技术指标进行更好的控制。
参 考 文 献
1、公路工程基层施工技术规范（JTJ034-2000）. 北京：人民交通出版社 2000
2、无机结合料试验规程（JTJ057-1994）. 北京：人民交通出版社1994
