3 浅谈水泥稳定碎石基层在施工过程中的质量控制李泽峰.docx
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3浅谈水泥稳定碎石基层在施工过程中的质量控制李泽峰
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浅谈水泥稳定碎石基层在施工
过程中的质量控制
李泽峰
中交一公局第五工程有限公司龙永十三标项目经理部
摘要：
随着我国经济的高速发展，交通运输量日益增多，车辆承载力也随之加大，相应地对公路建设标准的要求也日渐提高。
为适应经济的发展，全国各地对公路结构层的标准也做了改善，全部采用了水泥稳定碎石半刚性基层。
在公路使用和施工过程中也暴露出许多质量问题：
如强度不足、局部松散破碎、干缩裂缝等问题，严重影响了公路的使用寿命。
本文结合武西高速公路桃花峪黄河大桥路面二标工程实际和自身的施工经验，从原材料、配合比设计、施工工艺及施工过程控制等方面作一下论述。
关键词：
水泥稳定碎石质量控制
水泥稳定碎石作为半刚性材料，以其整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好等特点在公路路面基层施工中被广泛应用。
为了保证水泥稳定碎石路面基层满足设计要求和使用要求，除结构设计合理、路基强度满足要求外，重点是水泥稳定碎石路面基层的原材料选择、混合料组成设计和施工过程的质量控制。
1水泥稳定碎石形成机理
水泥稳定碎石是以级配碎石作为骨料，采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充骨料的空隙，按嵌挤原理摊铺压实。
其压实度接近于密实度，强度主要靠碎石间的嵌挤锁结原理，同时有足够的灰浆体积来填充骨料的空隙。
它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而具有较高的强度，抗渗度和抗冻性较好。
水泥稳定碎石水泥用量一般为混合料3%～6%,7天的无侧限抗压强度可达3～5MPa。
以我武西高速公路桃花峪黄河大桥路面二标的底基层为3.5%水泥稳定碎石，基层分为上、下基层均为5%水泥稳定碎石。
较其他路基材料高。
水泥稳定碎石完工后遇雨不泥泞，表面坚实，是高级路面的理想基层材料。
2材料的质量控制
水泥稳定碎石基层这种结构对原材料要求较严，严把材料质量关是保证工程质量的基础和重要环节。
水泥稳定碎石路面基层的原材料主要有水泥、粗集料、细集料、矿粉。
武西路面二标的水泥选用初凝时间3h,终凝时间为6h的P.C325低标号水泥,且不应采用快凝水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥。
各项技术指标应满足技术规范的要求，水泥初、终凝时间是确定水泥稳定碎石的施工控制时间的重要依据。
粗集料的质量控制指标主要是根据结构层性能决定的碎石压碎值和颗粒组成，确定出碎石的强度和级配，石料的压碎值不超过30%，磨耗值不超过35%。
细集料主要是控制好石屑的颗粒组成和掺加量，保证级配连续。
为了把好原材料质量关，应需加强对各类原材料的料源进行提前确定和检查，在使用过程中按规定频率抽样检验，不合格的材料一律清退出场。
通常适合于饮用的水，均可拌制和养护水泥稳定碎石。
如对水质有疑问，要确定水中是否有对水泥强度发展有重大影响的物质时，需要进行试验。
从水源中取水制成的水泥砂浆的抗压强度与蒸馏水制成的水泥砂浆抗压强度比，低于90%者，此种水不能用于水泥稳定碎石的施工。
3配合比设计
试验室经过一定数量的原材料试验和混合料制成试件进行无侧限抗压强度试验，确定了混合料的配合比及最大干密度和最佳含水量，以后就靠拌合设备的配料准确。
配料准确是保证水泥稳定碎石内在质量的关键环节。
配料准确的基本前提是两种原材料要合格。
通过对工程实际应用的矿料分别进行筛分试验和测定其相对密度，根据各种矿料的颗粒级配和计算用量比调配出合理的级配曲线。
由于水泥剂量对干缩性的影响，随集料平均粒径的增大而减少，集料平均粒径越大，水泥剂量对干缩性的影响越小；在相同条件下，水泥稳定碎石中粗粒土的收缩性较细粒土的收缩性要小得多；对大多数土混合料而言，随水泥剂量的减少，收缩性逐渐减少，并达到最小值，随水泥剂量的增加，收缩性逐渐增大，水泥剂量过大，同样会产生收缩裂缝。
配料准确的施工过程控制是：
（1）碎石的级配要严格控制，在粗集料中单个颗粒最大粒径不应超过37.5mm。
（2）水泥稳定碎石混合料的比例要严格控制。
即通过一定料斗门开启高度下的给料皮带机电机转速比实现既定的混合料比例，具体调试时，碎石比例宜控制在80%～85%之间。
根据不同设计强度的要求，确定水泥用量，确定各种混和料的最佳含水量、最大干密度，以此初步确定各料仓的供料比例。
应考虑各地材料性能不同而引起的差异，注意混和料的强度应能满足7d钻芯取样检测完整的要求。
3.1武西高速路面二标的水泥稳定碎石底基层用集料的级配范围和水泥稳定碎石用集料技术要求如下：
水泥稳定碎石用集料的级配范围
孔径（mm）
37.5
31.5
19
9.5
4.75
2.36
0.6
0.075
通过百分率
底基层
100
90-100
67-90
45-68
29-50
18-38
8-22
0-7
水泥稳定碎石用集料技术要求
项目
最大粒径（mm）
轧制岩石强度
压碎值（%）
有机质含量（%）
硫酸盐含量（%）
液限（%）
塑性指数
技术要求
底基层
37.5
不低于2级
≤30
≤2
≤0.25
<28
<9
水泥稳定碎石基层用集料的级配范围和水泥稳定碎石用集料技术要求如下：
水泥稳定碎石用集料的级配范围
孔径（mm）
31.5
26.5
19
9.5
4.75
2.36
0.6
0.075
通过百分率
基层
100
90-100
70-90
42-54
22-32
16-28
8-15
0-3
水泥稳定碎石用集料技术要求
项目
最大粒径（mm）
轧制岩石强度
压碎值（%）
有机质含量（%）
硫酸盐含量（%）
液限（%）
塑性指数
技术要求
基层
31.5
不低于2级
≤30
≤2
≤0.25
<28
<4
3.2武西路面二标水泥稳定碎石底基层集料的掺配比例为：
10-30mm碎石:
10-20mm碎石:
5-10mm米石:
石屑=17:
28:
27:
28。
按照底基层集料的掺配比例，配制不同水泥剂量的混合料，并按照水泥稳定碎石底基层的设计要求进行组成设计，水泥与集料比为：
水泥:
集料＝3.5:
100。
按照底基层集料的掺配比例要求进行组成设计，我标段水泥稳定碎石底基层配比试验确定的水泥剂量为3.5%，标准击实最大干密度为2.439g/cm³，最佳含水量为w0=5.0%。
水泥稳定碎石基层集料的掺配比例为：
20-30mm碎石:
10-20mm碎石:
5-10mm碎石:
石屑=21:
33:
22:
24。
按照基层集料的掺配比例，配制不同水泥剂量的混合料，并按照水泥稳定碎石基层的设计要求进行组成设计，水泥与集料比为：
水泥:
集料＝5.0:
100。
按照基层集料的掺配比例要求进行组成设计，我标段水泥稳定碎石基层配比试验确定的水泥剂量为5.0%，标准击实最大干密度为2.450g/cm³，最佳含水量为w0=4.8%。
基层大面积施工过程中采用的水泥剂量为5.0%进行施工控制。
4混合料的拌合
在水泥稳定碎石混合料拌和过程中，均匀性是影响水泥稳定碎石结构强度的关键因素。
基层水泥稳定碎石必须采用集中厂拌混和料，混合料的拌制可从以下方面控制：
4.1厂拌设备的选择
拌和设备的性能决定了混和料的配料精度和均匀性，应选用带有电子计量装置的高性能稳定土拌和机，以保证混合料的级配符合配合比要求，保证拌和料的稳定性。
4.2水泥剂量控制
水泥的用量对水泥稳定碎石基层质量起着关键作用，剂量太小，不能确保水泥稳定碎石施工质量，而且水泥稳定碎石强度也不能满足承载力要求，而剂量太大，既不经济、还会使基层的裂缝增多、增宽，从而引起面层相对应的反射裂缝。
考虑施工时各种损耗，工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量增加0～0.5%，以确保水泥稳定碎石基层的质量，但应控制不超过6%，以减少混和料的收缩性。
4.3含水量控制
根据路面基层施工技术规范及国内外施工经验，一般情况下拌和含水量应比最佳含水量略高0.5%～1%，若气温较高或运输距离较长时应高1%～2%，以弥补混和料运输、摊铺和碾压过程中水分的损失。
4.3.1含水量过大，既会出现“弹软”、“波浪”等现象，影响混和料可能达到的密实度和强度，也会增加混和料的干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝。
4.3.2含水量过小，混和料易松散，不容易碾压成型，也会影响混和料可能达到的密实度和强度。
施工过程中要根据气温情况及运输距离及时调整含水量的大小，根据规范、经验及现场摊铺碾压的效果确定。
5混合料的运输和摊铺
长距离运输，混合料含水量容易损失，产生离析，造成摊铺碾压后，基层局部平整度差，长距离运输，应通过试验，采取措施，及时摊铺，在水泥的终凝时间内，完成水泥稳定碎石的运输、摊铺、碾压、成型。
水泥稳定碎石在运输过程中，必须对车上的混合料采用帆布加以覆盖，以减少水分散失。
同时也保证了混合料在运输过程中，遇到雨天不至于含水量过大，导致影响工程质量和导致混合料被废弃，遇到大热天不至于在运输过程中，由于水分的快速散失，导致混合料摊铺后的段落在压路机的碾压下，无法达到合格的压实度，影响工程质量。
运输车辆开工前，检验其完好情况，装料前将车厢清洗干净。
综合考虑拌合机的生产能力（武西路面二标的水泥稳定碎石拌和机生产能力设为300t/h），考虑到摊铺机的行驶速度和运距等因素的影响。
为保证水泥稳定碎石拌和机和摊铺机的连续作业，避免拌和机间断工作对混和料质量的影响和摊铺机无法正常连续行驶对水泥稳定碎石平整度的影响，必须确保运输车辆数量充足。
5.1摊铺现场的准备工作
5.1.1摊铺前必须清除下承层上的浮土、杂物清理干净，以免产生松散、起皮现象。
提前一天充分洒水湿润，使水分渗透到底基层中。
在摊铺水泥稳定碎石基层之前，将下承层表面清扫干净，并在其上按1.2kg±0.1/㎡喷洒水泥浆（按照各地方设计要求而定）。
为避免运输汽车调头对底基层的破坏，间隔200米设置一个调头区，运输车辆在此处调头后倒至摊铺机前。
5.1.2准确施工放样。
在全线路面施工前，要对全线的导线点、水准点进行复测。
为了避免由于基准钢丝绳的垂度影响摊铺的平整度，其钢钎纵向间距不宜过大，直线宜为10米，曲线宜为5米，并用紧线绳拉紧。
5.1.3由于水泥稳定碎石受摊铺时间的限制，在摊铺前必须认真检查摊铺及碾压设备，确保其完好状态，以免由于机械故障造成中途停机，造成不必要的经济损失，同时要加强摊铺现场与拌和厂之间的联系，以应付紧急情况。
5.1.4摊铺设备的选型。
公路的基层宜采用摊铺机摊铺混和料。
应选择摊铺性能好的全自动找平摊铺机，尽可能整幅一次摊铺，可很好地控制摊铺厚度和表面平整度。
摊铺机的摊铺效果必须满足摊铺料不离析、级配良好、稳定、平整度、横坡度均符合规范要求。
在摊铺机拼装完成后，及时检查摊铺机的工作状况，检查刮板输送器、闸门和螺旋分料器的状况是否良好，振动的等级和行驶速度是否适合，熨平板底面有无磨损、变形，厚度调节器和拱度调节器是否良好，自动找平装置是否良好，各部位有无异常。
5.1.4.1熨平板宽度和横坡度的选择
根据水泥稳定碎石基层的设计宽度和横坡，将两台摊铺机熨平板调到合适的宽度，横坡调为设计的横坡。
5.1.4.2摊铺机作业速度的选择
摊铺机的摊铺速度对施工各工序及摊铺质量影响极大，正确选择摊铺速度可加快施工进度，提高摊铺质量。
如果速度过快，摊铺机振捣装置在振捣处的停留时间和振捣次数减少，从而影响摊铺层的密实度，造成摊铺层疏松。
同时，在拌和能力一定的情况下，摊铺速度过快，也容易造成供料困难，使摊铺机无法匀速行驶，造成摊铺机熨平板的工作倾角不停的变化，使摊铺层表面时高时低。
这两个方面将严重影响摊铺层的标高和平整度。
如果摊铺速度过慢，拌和设备的生产能力就无法达到最佳水平，影响施工进度造成施工成本增加。
同时，因摊铺速度过慢，易使摊铺层表面出现台阶状，过早出现波浪、搓板等现象，不宜压实。
摊铺过程中，控制摊铺机行走速度，使强力熨平装置预压混合料摊铺层使其密实度在88—90％之间，夯锤振动频率为50Hz。
通过试验段确定施工时摊铺机工作速度为1.7m/min。
5.1.4.3熨平板初始工作角的调整
根据确定的摊铺厚度来调整熨平板的初始工作角，沿垂直路线方向设置几根方木，方木顶面的标高和摊铺层顶面的标高一致。
摊铺机的熨平板靠自重落在方木上（连续摊铺时，熨平板可放在前一次摊铺层的末端），然后调整感应器至正常状态。
即确定熨平板的初始工作角。
开始摊铺后，由质检员在5—10m内多点检验实际摊铺厚度，并用标线拉线检查松铺厚度，并与既定的松铺厚度相比较，来确定是否继续调整确定熨平板的初始工作角。
5.1.4.4摊铺机的供料机构的选择
摊铺机的供料机构包括刮板输送器和向两侧布料的螺旋分料器这两部分。
这两部分应相互配合，工作速度应匹配。
刮板输送器的运转速度和闸门的开启程度影响摊铺室的供料量。
在基层试验段的摊铺过程中始终使摊铺机的螺旋分料器有2/3埋入混合料中。
5.2混合料的摊铺
拌和好的成品料运至现场应及时按确定的松铺厚度均匀（摊铺系数在1.3～1.5之间）、匀速的摊铺，摊铺过程中尽可能少收料斗。
为确保摊铺机行走方向的准确性，可在下承层上洒白灰线，以控制摊铺机行走方向，摊铺机要保持适当的速度均匀行驶，不宜间断，以避免出现“波浪”和减少施工缝，在摊铺机后面设专人消除局部细集料离析现象。
用找补的方法掺撒新混合料或铲除局部粗集料蜂窝之处，用新拌混合料填补。
水泥稳定碎石下承层摊铺成型后，在铺筑下承层水泥稳定碎石前将上承层的表面刷一层水泥净浆，使上下两层结合良好。
6混和料的压实
用振动压路机配合重型轮胎压路机紧跟混合料的摊铺面进行碾压。
开始用振动压路机不挂振进行碾压1～2遍，然后挂振碾压。
直线段由两侧路边向路中心或自横坡度低的一侧向高的一侧碾压，碾压时重叠1/2轮宽，碾压速度1.5～1.7km/h。
采用压路机压实时，要先轻后重，碾压速度先慢后快。
振动压路机在前、轮胎压路机在后配合碾压水泥稳定碎石基层。
碾压速度1.7～2.4km/h。
碾压顺序同前，碾压至要求的压实度为止。
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，相邻两侧的压实轮迹应成阶梯型。
碾压过程中如气温高或风大基层表面易风干，可利用轮胎压路机自动喷水装置边喷水边碾压。
在操作中应做到三快即快运输、快摊铺、快碾压。
以确保从向拌和机内加水拌和到碾压终了延迟时间不超过2小时。
应经常检查混合料的含水量和密实度，并按需要采取相应调整措施，以达到符合规定的压实度要求。
6.1武西路面二标的碾压方式如下：
6.1.1第一台XSM220振动压路机静压1遍，速度1.5-1.7km/h，第二台和第一台XSM220振动压路机开强振交替碾压6遍，速度1.8-2.3km/h，直至压实度达到98%，最后一台RP603胶轮压路机碾压2-3遍，采用单钢轮压路机收面。
6.1.2在摊铺机后面，紧跟静压压路机，振动压路机和轮胎压路机进行碾压，一次碾压长度不超过50m。
碾压段落层次分明，设置明显的标志。
6.1.3稳压要充分，振压不起浪花、不推移。
压实时，先稳定（遍数适中，压实度达到90％），然后开始轻振动碾压，再强振动碾压，最后胶轮收面，压至无轮迹为止。
碾压完成后用灌砂法检测压实度。
6.1.4压路机碾压时轮迹应重叠50㎝，在直线和不设超高的平曲线路段内，由两侧路肩开始向路中心碾压,在曲线段上，由路肩低处往高处碾压。
6.1.5压路机倒车换挡要轻且平顺，不要拉动基层，在第一遍静压时，倒车后尽量原路返回，换挡位置应在已压好的段落上，在未碾压的一头换挡倒车位置错开，形成齿状（见图一），出现个别拥包时，配工人进行铲平处理。
当进行下一段的碾压时，应先消除已压实部分与未碾压段落的齿状接头部分（见图二）。
路基中线
碾压顺序路基边线
（图一）
路基中线
已经压实尚未碾压
路基边线
压路机轨迹（图二）
6.1.6碾压要在水泥初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。
为保证基层边缘强度，两侧应多压2～3遍。
6.1.7碾压结束后，试验人员立即用灌砂法检测压实度是否合格。
如果不合格就增加碾压遍数，直到压实度合格为止。
7接缝处理
在水泥稳定碎石施工中，每个工作日结束或因故造成施工中断时间超过容许延迟时间时，应将摊铺机驶离摊铺层末端设置横向施工接缝。
横向施工接缝处理的好坏直接影响到该处基层的平整度、压实度和强度。
施工接缝的处理方法如下：
采用切割机垂至于路面中心线切至已经压实的平整、密实部位，将切割后的松散材料清理干净方可继续摊铺。
8养生及交通管制
水泥稳定碎石的养生是十分重要的环节，养生期间的湿度及周期对水泥稳定碎石的强度影响相当大。
水泥稳定碎石碾压完成并经压实度检测合格后，应立即开始养生，养生期不宜少于7天，并应封闭交通，除洒水车辆外，特别严禁重型车辆通行，保湿养生至下一层施工前。
合理的养生既是保证水泥稳定碎石强度的需要，又是减少和避免干缩裂缝的措施。
新铺水泥稳定碎石基层随着混合料水分的减少产生干缩应力，水分减少的越快，产生的干缩应力越大，水分减少的慢，干缩应力缓慢产生逐惭增大，由于材料的松驰应力和温度随龄期增大，抗应变能力增强。
铺筑后养生不及时或忽干忽湿，导致水分散失较快，干缩应力急剧增大而抗应变能力还较低，易产生干缩裂缝，并随时间增长裂缝增加。
9质量检验标准
压实度：
最佳密实度的98%；平整度：
3m直尺检查不超过10mm每40m一个断面；纵断高程：
（mm）+5，-10，每20m一个断面；宽度：
不小于设计值，每20m一个断面；厚度：
（mm）+0，-10；横坡（%）：
±0.3；强度（MPa）：
3.0~5.0；水泥稳定碎石表面平整密实、无坑洼，施工接茬平整、稳定。
10水泥稳定碎石几个问题的探讨
10.1加强施工管理，加大机械化施工程度。
由于水泥稳定碎石施工要求时间紧迫，同时要求一次达到质量标准，否则形成强度不易整修缺陷。
所以必须加强施工管理，加大机械化施工程度，形成大规模、标准化作业方式，才能满足水泥稳定碎石的施工要求。
10.2掺加粉煤灰的水泥稳定碎石易于施工，后期强度高
这是因为只加砂的混合料需水量较大，干缩也大，在夏天高温干旱条件下施工极易出现裂缝，另外在振动式压路机碾压过程中极易翻浆，不利压路机作业。
而粉煤灰混合料对改善其和易性，降低水化热温升均有显著效果。
掺加粉煤灰，可提高水温的后期强度，粉煤灰的活性及球形颗粒表面光滑，在水泥稳定碎石中可减少骨料之间摩阻力，相应减少拌合物用水量，可改善水泥稳定碎石的和易性。
另外，在水泥稳定碎石中掺加一定数量的粉煤灰也可抑制碱骨料反应。
掺加粉煤做路面基层既处理了电厂排泄的废弃物，节约了土地资源，减少对环境的污染，又降低了工程造价，不失为一种利国利民的良策。
10.3水泥用量的控制
在拌合水泥稳定碎石时水泥用量一定要控制准确，用量太少减少胶凝作用，用量太大加大水化热反应温度，极易形成裂缝，另外在振动式压路机振动时，极易形成一层水泥浆覆盖在水泥稳定碎石表面，阻止水泥稳定碎石水化热的挥发，不利于压路机作业。
10.4雨雪天气施工时，应注意天气变化，作好防雨雪措施，防止已拌好的混合料遭雨淋。
已摊铺的混合料应尽快压实，如果来不及压实，应及时清除。
10.5应严格控制各工序的工作时间，保证运输道路畅通，加强施工机械的检查和保养，以减少应因运料不及时和机械故障造成施工时间过长带来的损失。
10.6下雨雪时，细集料应及时覆盖，减少因细集料过湿而不能顺利的从料仓流出对配料准确性的影响。
10.7为减少基层裂缝的产生，避免其对沥青路面的破坏，在进行配合比设计时应注意以下两点：
10.7.1增加混合料中粗集料的含量，在保证强度的前提下，并尽可能的减少水泥用量以减少干缩裂缝。
10.7.20.075mm以下的细集料应严格控制或不用。
结束语：
水泥稳定碎石基层有诸多优点，但也不能忽视它的缺陷，这种承重结构层如果操作不好，容易出现裂纹，影响整体强度。
实践证明只要严格执行《技术规范标准》和《质量检验评定标准》的要求，抓住关键工序，加强管理，严控施工过程，就能够消除质量通病确保工程质量。
参考文献
公路路面基层施工技术规范JTJ034-2000
二○一三年十二月二十日
作者介绍：
姓名：
李泽峰
性别：
男
出生年月：
1988年12月08日
学历：
大专
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