城市道路水稳碎石基层设计与施工中的质量问题分析及控制措施探讨

　　本工程水泥稳定级配碎石基层采用石灰岩，材料规格为20mm～30mm，10mm～20mm，5mm～10mm和0mm～5mm。按照《公路工程集料试验规程》中的方法，经测定，石料的压碎值为21.5%，针片状含量为11.3%，小于0.6mm的颗粒液限18%，塑性指数1.8，均满足《公路路面基层施工技术规范》的要求(见表1)。水泥采用普通P.O42.5水泥，经检验各项指标均满足规范要求(见表2)。

　　表1 集料密度试验结果

　　20～30 10～20 5～10 0～5

　　表观密度/g·cm-3 2.713 2.705 2.680 2.649

　　毛体积密度/g·cm-3 2.689 2.679 2.594 _

　　表干密度/g·cm-3 2.689 2.689 2.622 _

　　压碎值/% 22.1

　　表2 水泥各项指标试验结果

　　水泥品种初凝时间

　　min 终凝时间

　　min 3d强度/MPa 28d强度/MPa

　　抗折抗压抗折抗压

　　P.O42.5硅酸盐水泥 135 375 3.54 17.1 6.57 49.6

　　JTJ034-2000公路路面基层施工技术规范规定对于城市道路，水泥稳定碎石用作基层时，单个颗粒的最大粒径不应超过31.5mm。文中采用公称最大尺寸26.5mm。该试验基层设计强度为4MPa，按JTJ034-2000中表3的颗粒组成范围，并取中值作为控制，如表3所示。

　　表3 水泥稳定集料基层颗粒组成范围

　　筛孔尺寸/mm 30 20 10 5 2 0.5 0.075

　　规范范围/% 100 90~100 60~80 30~50 15~30 10~20 0~7

　　规范中值/% 100 95.0 70 40 22.5 15 3.5

　　该试验分别选取4%，5%，6%，8%的水泥用量进行比较，分别编号为A，B，C，D。

　　2.2 无侧限抗压强度试验

　　根据确定的级配曲线，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行击实试验和无侧限抗压强度试验，试验结果见表4。由表4中的数据绘成图1。

　　表4 无侧限抗压强度试验结果

　　级配

　　类型最佳含

　　水量/% 最大干密度

　　g/cm3 龄期

　　d 最大值

　　MPa 最小值

　　MPa 抗压强度平

　　均值/MPa 偏差系

　　数/%

　　A 4.8 2.274 7 3.84 2.61 3.20 5.21

　　B 5.0 2.297 7 4.63 3.38 4.11 4.61

　　C 5.1 2.310 7 5.77 4.62 5.04 6.25

　　D 5.4 2.342 7 7.94 6.88 7.56 4.94

水稳碎石基层抗压强度与水泥用量关系图一

　　2.3 回弹模量试验

　　采用承载板法测定整体性材料的回弹模量。承载板直径为100mm，选定单位压力为0.3MPa，分6级加载，压力机以2.356kN逐级加载。记录各级荷载加、卸载的回弹变形，计算回弹模量。

　　(1)

　　式中：P为单位压力，MPa;D为承载板直径，mm;为单位应力P的回弹变形，mm;为泊松系数，试验结果见表5。由表5中的数据绘成图2。

　　表5 回弹模量试验结果

　　级配类型龄期/d 回弹模量/MPa

　　A&nb

　　|<< << < 1 2 3 > >> >>|

　　#p#副标题#e#sp; 90 3271

　　B 90 3594

　　C 90 3853

　　D 90 5121

　　2.4 干缩试验

　　该试验研究试件是在室温自然风干状态下，因水分散失而引起的形变特性。采用静压制作梁式试件，分别用千分表法测其干缩应变，以比较其抗干缩能力。参照JTGE30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程中的T0566-2005水泥混凝土干缩性试验方法进行。试验结果见图3。

水稳碎石基层抗压强度与水泥用量关系图二

失水率

　　图3 水稳碎石基层干缩应变与失水率的关系

　　3水稳碎石基层中水泥的含量分析与确定

　　从以上试验分析可以看出：

　　1)7d龄期的试件无侧限抗压强度随着水泥用量的增加线性增加，水泥用量4.0%时的强度低于设计强度要求，8.0%的强度明显偏高，而水泥用量5.0%，6.0%相比之下，5.0%经济上比较合适;

　　2)水泥用量在4.0%~6.0%范围内时，试件的回弹模量随水泥用量的增加而线性增加，而8.0%的水泥用量增加值明显高于这一关系。刚度与强度有相近的线性增长趋势;

　　3)8.0%的水泥用量干缩变形和干缩率最大，4.0%的水泥用量干缩变形和干缩率最小。从干缩试验的过程可以看出，材料结合水的蒸发，特别是扩散层水的蒸发，对混合料的收缩有这重要的影响;随着龄期的增长，干缩速率也随之减小，初期变形较大，随后逐渐变缓，说明了结果强度的形成对材料的干缩起制约作用。

　　综合现行规范和试验结果，可以确定8.0%的水泥用量不可取，在试验中仅作对比，因为过高的强度和刚度与面层的强度相差过大，是对面层结构不利的，并且过高的水泥用量会带来较大的收缩和较多的裂缝。故在满足强度稳定性和经济合理性的情况下，基层水泥用量为5.0%~6.0%。

　　4水稳碎石基层施工常见质量问题分析

　　除了设计时要控制好水泥含量外，水泥稳定碎石基层是路面结构的关键部位，也是整个施工的关键。其使用性能(整体性、水稳性、抗冻性、承载能力)及控制指标(压实度、强度、平整度、厚度、标高)须符合设计要求，否则将直接影响沥青混凝土面层的施工质量和路面通行后的使用功能,为此，水泥稳定碎石基层在试验段取得最佳机械配套和最佳混合料生产配合比前提下，应做好施工及其施工过程中的质量控制，施工工艺流程见图4。

施工工艺流程

　　图4水稳基层施工工艺流程图

　　但水稳碎石基层施工中经常会出现粗细集料离析、混合料结合松散、压实度达不到要求、强度不均匀、早期横向收缩裂缝等质量问题，从而引起面层的反射裂缝、局部龟裂和坑槽等路面破坏，影响路面的使用功能，现对结合本工程时实践对施工中的质量问题及控制措施分析阐述如下：

　　4.1集料级配问题

　　按照规定，水泥稳定土用作城市道路的基层时，集料的最大粒径不应超过31.5mm，集料的颗粒组成范围如表6所示。

　　表6 水泥稳定土集料的颗粒组成范围

　　筛孔尺寸/mm 31.5 26.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075

　　通过质量百分率/% 100 90~100 72~89 47~67 29~49 17~35 8~22 0~7

　　水泥稳定土用作城市道路的基层时，集料的最大粒径不应超过31.5mm，即通过31.5mm筛孔的集料质量百分比为100%。因此，集料调配时，要严格控制集料超粒径的颗粒，超粒径的颗粒应通过筛分试验筛除掉，本工程实践证明集料的最大粒径最好控制在2.0cm~3.0cm。

　　施工中0.5mm以下的细集料常带有一定的塑性指数，当含黏土或0.075mm以下土的含量多时，会直接导致水泥稳定层半刚性体干缩应变系数偏大，产生裂缝的几率增大，导致强度的降低。因此，集料调配时，要严格控制0.5mm以下细集料的含量和塑性指数，本工程实践证明0.075mm以下的细集料含量最好控制在5%以内。

　　4.2配合比试验问题

　　4.2.1含水量控制问题

　　重型击实试验证明同种混合料在不同的含水量下压实度不同，压实度对含水量变化十分敏感。含水量过大时碾压较易发生严重的粘轮现象，0.5mm以下的细集料略多时，表现得更为严重，人工不易处理，压实后的表面出现麻坑，小片的剥落。含水量过大，使裂缝出现的机会增大。含水量较小时不但难以碾压成型，也会因为水泥缺水而不能正常水解、水化，使结构层不能形成强度，造成板体的松散。当含水量与水泥剂量均较小时，水泥浆较稠，结晶网状结构易于形成，凝结加块，反之凝结时间就会相应延长。

　　本工程实践证明，夏季施工时，在突遇骤雨的情况下使混合料的含水量远远大于正常含水量，发现混合料的凝结时间大大延长，碾压成型后强度会大大降低。

　　4.2.2水泥剂量控制问题

　　按规定，水稳碎石基层7d无侧限抗压强度应达到3MPa~4MPa，水泥剂量以5%~6%为宜。水泥剂量过低，则强度不易满足要求，水泥剂量过高，则摊铺压实后的基层容易产生裂缝。时间证明，水泥一剂量超过6%以后，混合料的收缩系数增大，基层的裂缝增多，缝宽也增大，适宜的水泥剂量应该为5%~6%。所以本工程施工中水泥剂量控制在5.5%左右。

　　3.3拌和摊铺均匀性问题

　　文献[1]规定，城市道路除底基层下层可以用稳定土拌合机进行路拌法施工外，其上的各个稳定土层都应采用集中厂拌法制备混合料，并用摊铺机进行摊铺。

　　实践证明，要使水泥稳定碎石混合料拌和均匀，除了集料的颗粒组成要符合表6的级配范围要求外，还应注意配料要准确，拌和时含水量要略大于最佳含水量的0.5%，具体施工时混合料运到现场摊铺后碾压时的含水量不小于最佳含水量，拌合时间不小于试拌所确定的最小拌合时间。

　　要保证摊铺的均匀性，不致出现明显的粗细料离析和局部离析现象，这就要求混合料要均匀，拌和要均匀，运料途中不产生离析，摊铺机调整到最佳状态，能连续摊铺，摊铺速度适中。

　　实践证明，离析现象除了因集料级配不符合表1要求外，摊铺机不能连续和稳定工作也是重要原因。除了拌合机的生产能力较低时摊铺机应采用低速摊铺外，即使拌合机的生产能力足够大时，此时的摊铺速度也不宜太快，一般以1m/min~2m/min为宜。

　　在出现了离析的地方，可以根据不同情况及时进行处理。若是属于轻微的表面离析，可不做处理，或仅在表面撒些细料后碾压，若是出现局部粗集料窝，则应将粗集料窝的混合料全部铲除后再用新混合料重新填补碾压，这些都应在初压前或复压前处理好。

　　4.4施工裂缝控制问题

　　水泥稳定碎石的裂缝一般有温差引起的温缩裂缝，干缩应变引起的干缩裂缝、反射裂缝及外力破坏应变产生的疲劳裂纹等，这些裂缝随龄期的增长而增加。从已成型的基础施工段落来看，裂缝的出现和有规则，一般12m~15m左右出现一条横向裂缝，而网状裂纹则比较少见。因此，在施工中尽量减少裂缝的产生，采取一些预防措施：

　　1)集料级配稳定均匀，0.5mm以下细料的质量应严格要求，控制好其含量及塑性指数;

　　2)水泥剂量控制在5%~6%之间，在达到规定的强度下尽量采用水泥剂量低限;

　　3)碾压时含水量不宜超过最佳含水量的1%;

　　4)控制好下层的压实度、强度指标;

　　5)碾压成型后养生及时周到防止忽干忽湿，炎热多风天气多洒水及时补足散失水分;

　　6)基层施工完毕后，最好在7d后即进行下封层或喷撒透层油，随后尽早铺筑沥青面层，保证基层不继续失水，引起干缩裂缝。

　　4.5抗压强度控制问题

　　文献[1]规定了水泥稳定土的强度标准值，这是设计抗压强度，在水泥稳定碎石混合料组成设计中用以确定材料组成和水泥剂量。在混合料组成设计、施工的日常检测及继承检查验收中，各试件实测的无侧限抗压强度其平均值R应按文献[1]所述的式(2)计算控制：

　　R≥Rd/(1-ZaCv) (2)

　　其中，Rd为设计抗压强度，MPa;Cv为试验结果的偏差系数，以小数计;为标准正态分布表中随保证率(或置信度)而变的系数。

　　从式(2)可以看出，施工中的强度控制指数除了应考虑达到相应的设计抗压强度值外，还要综合考虑实测抗压强度应达到的相应保证率和各实测抗压强度值间的偏差程度，而这些因素本质上综合反映着施工企业的施工能力、施工技术和施工水平。偏差系数越大，说明施工质量的波动性越大，质量不稳定，强度不均匀;反之说明施工质量的波动性越小、质量稳定性越好。

　　5结语

　　综上所述，在水泥稳定级配碎石基层设计与施工时，无论哪一个环节都不能放松质量要求，特别是对于容易出现质量问题的影响因素，应积极采取预防措施，避免施工中出现质量问题，确保道路水稳基层质量。

　　参考文献：

　　[1]JTJ034-2000，公路路面基层施工技术规范[S]。

　　[2]徐忠阳，水稳碎石基层配合比试验和施工技术控制[J]，交通标准化，2006，8。