免振压水泥稳定碎石基层配合比设计与施工方法

李 喆，张洪伟

(内蒙古自治区交通建设工程质量监督局，内蒙古呼和浩特 010020)

0 引言

在水泥稳定碎石基层的施工过程中，为了提高压实度，通常需要大吨位的振动压路机反复强振，才能密实成型，达到规定的强度要求。对于街道化程度较高的路段，特别是村镇过境路段，道路两侧房屋建筑质量较差，振动压路机的反复强振会使周边房屋受到不同程度的损坏，给居民的生活带来严重影响。

张慧明［1］认为自密实混凝土指流动性高、不离析、均匀、稳定，浇注时依靠自重流动，无需振捣即可达到密实的混凝土，而减少粗集料含量、增大细集料含量是实现混凝土自密实的方法之一。因此可以借鉴自密实混凝土的级配来设计免振压水泥稳定碎石的级配，但必须考虑由于细集料的增多导致的水泥稳定碎石收缩的问题。

东南大学刘林松［2］采用掺加减水剂和膨胀剂的方法改善免振压水泥稳定碎石基层的性能，通过室内试验和试验段的铺筑验证了免振压水泥稳定碎石基层的可行性。

本文从振动压路机的振动原理入手，通过现场监测得出压路机振动对周边建筑物的影响，在现有研究成果和已有经验的基础上提出新的免振压水泥稳定碎石基层配合比设计方法，并通过反复现场试验总结出拌合、碾压、养生的全过程施工工艺。

1 振动压路机对建筑物的影响

振动压路机引起的振动是以波动的形式传播和衰减的，建筑物所在地面的振动速度与建筑结构的损害程度关系密切［3］。振动压路机在某一特定振动频率工作时，地面振动速度与振幅成正比关系［4］。

式中:V为地面振动速度(mm·s－1);f为振动频率(Hz);Ar为建筑物所在地面振动幅度(mm)。

工程试验采用CLG622振动压路机，在其正常工作状态下，监测地面不同位置的振动速度，结果如图1所示，振动压路机的主要技术参数见表1。试验结果表明:在12 m范围内，地面振动速度大于5 mm·s－1，振动压路机工作时会对该范围内的砖瓦房产生损坏;在21 m范围内，地面振动速度大于3 mm·s－1，该范围内的土坯房及毛石房将会产生损坏。

图1 地面振动速度随距离的变化

表1 振动压路机主要技术参数

可以看出，振动压路机在正常工作时将对周边建筑产生较大破坏，本文采用免振压水泥碎石基层，免除振压工艺，大大减轻对周边建筑物的影响。

2 免振压水泥稳定碎石基层级配设计

如何通过级配的优化设计和特殊的施工工艺，在保证水泥稳定碎石基层密实成型的同时，避免施工机具振动对周围建筑的影响，是免振压水泥稳定碎石基层级配设计的关键。本文以免振压水泥稳定碎石基层在北京110国道连接线的应用为例，对其应用效果进行室内外试验研究。

2.1 级配的拟定

根据《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)规定，不同道路等级的碎石基层的级配范围，如表2所示，其中C-B-1和C-C-1级配分别适用于高速公路和一级公路的基层、底基层以及二级和二级以下公路的基层和底基层。参考力学效应分析和经验，经过多重试验认为:调低集料中粗集料含量、增加细集料含量、控制集料的最大粒径配制而成的水泥稳定碎石基层，可以明显降低地面振动速度［5-9］。试验最后确定的集料级配范围及规范推荐范围对比见表2，水泥剂量控制在6%～9%时，配制出的不同级配的水泥稳定碎石材料可以达到理想的效果。

表2 免振压水泥稳定碎石基层参考级配与规范推荐的范围对比

试验所用集料分别提取了石灰岩各档石料进行混合料试验，水泥采用普通硅酸盐42.5#水泥。试验按照免振压参考级配中值进行控制，如表3所示。水泥稳定碎石试验级配曲线，如图2所示。

2.2 最佳含水量与最佳水泥剂量的确定

拟定6%、7%、8%三个水泥剂量，按照推荐级配的中值掺配。通过重型击实试验得到不同水泥剂量下的最佳含水量和最大干密度。再按照98%的

表3 免振压水泥稳定碎石基层级配设计

图2 水泥稳定碎石试验级配曲线

压实度标准以静压法成型15 cm×15 cm的圆柱形试件，在20℃±2℃的条件下保湿养生6 d，再浸水24 h，测量试件的无侧限抗压强度。抗压强度结果的平均值应满足下式的要求［10-11］。

R≥Rd/(1－ZaCv)

式中:R为抗压强度均值;Rd为设计抗压强度(MPa);Cv为试验结果的偏差系数;Za为标准正态分布表中随保证率变化的系数，一级公路保证率取95%，则Za=1.645。击实试验及无侧限抗压强度试验结果见表4。

表4 击实试验及无侧限抗压强度试验结果

考虑到免振压水泥稳定碎石材料具有水泥剂量较高、小粒径集料占比较多、湿度变化易产生干缩裂缝的特点，干缩试验分别采用3种水泥剂量静压成型10 cm×10 cm×40 cm的中梁试件。试件脱模后用塑料袋密封，置于25℃±2℃的标准养护室保湿养生7 d，再在室内自然湿度下风干，直至含水量不再减小、干缩应变趋于稳定为止。在不同时间点测定不同失水率的收缩情况。试验结果见图3、4。

图3 失水率与时间的关系曲线

图4 干缩应变与时间的关系曲线

由图3、4可以看出:失水率随时间逐渐增加，在前1周内变化较快，20 d后趋于稳定;试件的干缩应变随时间不断增大，也随水泥剂量的增大而增大，当采用较大水泥剂量时，干缩应变对水泥剂量的敏感性显著［12-13］。因此，在保证基层强度的前提下，应尽量使用较小的水泥剂量，不能为了保证强度而过分提高水泥剂量。

由以上试验可知:当水泥剂量达到7%时，水泥稳定碎石的7 d无侧限饱水抗压强度能够达到5 MPa的要求;且水泥剂量在7%时，失水率和干缩系数在20 d后趋于稳定。故本段道路基层设计采用免振压基层水稳基层级配中值，水泥剂量为7%，最佳含水量为6.61%。

3 免振压水泥稳定碎石基层的施工方法与质量检验

由于免振压水稳碎石基层采用特殊的级配，用普通压路机代替振动压路机即可达到预期的压实强度。

3.1 拌合与摊铺

拌合时拌缸长度宜大于5 m，不足5 m时，宜减缓进料速度和生产量，保证拌合时间大于20 s，实际拌合用水量宜大于最佳含水量0.5%～1.0%。

摊铺机行走速率控制在1～2 m·min－1，2台摊铺机相距5～8 m，搭接10～20 cm，振捣频率和振幅要经试验段验证后保持一致并锁定，不允许随意调整。一般以不振碎混合料碎石且摊铺机不产生共振为最佳。

建议预夯锤设定振动频率为40 Hz左右，振幅为20 mm以上;熨平板振动频率小于6 Hz，振幅大于8 mm。严禁施工过程中收斗，每天允许收斗1次。摊铺机两侧及外侧增设橡胶围裙，防止集料竖向离析。

3.2 碾压

每个作业面宜配备至少5台压路机，其中包括2台重胶轮压路机、2台单钢轮压路机和1台双钢轮压路机。

(1)初压。由2台重型胶轮压路机(26 t以上)紧跟摊铺机进行碾压，碾压遍数为每台3遍，共6遍。初压时紧跟摊铺机，并保持较短的初压区长度，尽快使表面压实，防止水分散失。

(2)复压。由2台单钢轮压路机(18 t)碾压，碾压遍数为每台1遍，共2遍。复压紧跟初压进行，碾压段的长度为40 m，每台压路机都要全幅碾压，防止幅面压实度不均匀。

(3)终压。由1台双钢轮压路机消除轮迹印并配合缺陷处理组对混合料离析现象、局部水分过大现象进行处理。

当重胶轮初压轮迹较深时，宜采用双钢轮压路机初压1～2遍。

3.3 养生与切缝

养生按照现行施工技术规范要求进行。在上基层施工3～5 d时施工预锯缝，间距一般为8～15 m，深度为层厚的1/3左右，宽度为3～5 mm。

3.4 路面结构及层间处理措施

水稳底基层和基层的厚度一般为56～60 cm，过街路段修补作业时，受到路段及通行时间的要求，碾压完成后可直接铺筑上承层，省去底基层和下基层的养生时间，但建议层间喷洒水泥净浆或干水泥粉作为联结措施［14］。

水稳基层和面层间的联结措施推荐采用沥青碎石封层，热沥青洒布量宜在1.5 kg·m－2以上，碎石撒布粒径宜为11～22 mm或11～18 mm。

3.5 现场检测

为了验证免振压水泥稳定碎石基层设计与施工工艺是否满足质量控制指标的要求，对连接线500 m试验路段水泥稳定稳碎石基层的施工质量进行检测。现场采用灌砂法检测试验段基层的压实度，采用钻芯法取出的芯样完整无散落且厚度满足设计要求，将其切割成标准试件后检测无侧限抗压强度，结果如表 5 所示［15］。

由表5可知:试验路段的压实度代表值和平均抗压强度均满足规范要求。

表5 试验段施工质量现场检测结果

4 结 语

(1)振动压路机正常工作时对周围建筑物的影响与距建筑物距离和压路机间的距离有关。在距振动压路机约15 m范围内，地面振动速度随距离增大衰减较快;距振动压路机25 m以外时地面振动速度随距离增大衰减并趋于平缓，振动压路机对建筑物影响较小。

(2)试验表明，采用减少粗集料含量、增大细集料含量、适当增大水泥剂量的配合比设计方法和免振压的施工工艺，水泥稳定碎石基层的压实度、无侧限抗压强度和芯样完整性均能够满足设计要求。

(3)通过试验可以看出，水泥稳定碎石在前期失水较快，且随着水泥剂量的增大结合料失水率变化速度也在加快，因此建议在施工过程中根据水泥剂量严格控制含水量，做好养生工作，并适当延长养生时间。

(4)考虑到免振压水泥稳定碎石基层施工的不均匀性，建议实际工程掺配的水泥剂量应比实验室配合比确定的水泥剂量高0.5%，用水量宜大于最佳含水量0.5%～1.0%。

参考文献:

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