严寒地区大厚度水泥稳定碎石基层施工研究探讨

魏玉民

摘要：采用FWD对不同层间连接状态水泥稳定碎石基层的顶面弯沉进行检测，依据检测数据建立有限元模型，采用非线性有限元计算，分析不同层间结合状态的路表弯沉、基层回弹模量及层间摩擦系数的影响，揭示了不同的层间结合方式对路面强度的影响规律。结果表明：层间结合状态和连接质量对路顶弯沉值存在较大影响；根据国外学者的研究方法，建立有限元法模型，也可得出水稳基层不同层间结合方式的动态回填模量存在较大差异；我过现行路面设计规范采用层间结合为连续接触和光滑接触两种状态，实际上大厚度基层上下层之间结合状态介于连续与光滑两种接触状态之间。而通过表征结合状态的结合系数引入计算路面的弯沉或弯拉应力可得出，结合系数达到1.2以上时与设计规范计算结果一致。因此不同的水泥稳定碎石施工工艺对基层层间结合状态有直接的影响，由此可以看出对不同施工工艺进行研究探讨的必要性。……

关键词：水泥稳定碎石；层间结合状态；大厚度摊铺；高速公路

1、概述

随着我国高速公路建设的迅速发展，特别是重型车越来越多，对公路路面要求越来越高。在路面结构层中，基层是主要的承重层，基层施工质量的好坏直接决定路面的使用寿命和服务水平。我国高速公路设计多采用36-40cm厚水泥稳定碎石基层，水泥稳定碎石基层具有整体稳定性好、早期强度高、抗疲劳能力强、使用寿命长等特点，得到了广泛的应用。

2、基层破坏机理分析

东北严寒地区高速公路投入使用后，很多水泥稳定碎石基层路面出现了较严重的早期破坏，出现较多的是裂缝、龟裂、网裂、翻浆、坑槽等病害。通过对病害发展的顺序和原因进行分析，发现水泥稳定碎石基层层间连接不良，存在层间连接薄弱环节，从而导致存在层间滑移隐患、渗水冻胀等是造成半刚性基层早期病害的一个根本原因。

通过试验对层间完全连续、层间半连续和层间分离状态的水泥稳定碎石基层进行力学性能、抗裂性能和疲劳性能等进行检测，结果表明水泥稳定碎石基层的力学指标、抗疲劳性能随层间连接状态变差而大幅度降低；干缩系数与温缩系数随层间连接状态变差而大幅度提高。由此可以发现水泥稳定碎石基层的层间连接状态对基层的性能有重要影响，通过有效控制层间连接质量，能够减少半刚性基层早期破坏的发生，提高半刚性基层的使用年限。

3、基层施工方法研究探讨

3.1传统基层施工方法

传统的水泥稳定碎石基层施工方法采用分层摊铺、分层碾压的方法施工，即两次摊铺两次成型的施工方法。将水泥稳定碎石基层分为两层，单层18-20cm厚，下层摊铺碾压完成后即进行养护，待龄期不小于7d且水泥稳定碎石强度不小于设计值后，再铺筑上层水泥稳定碎石基层。传统水泥稳定碎石基层施工方法控制层间连接状态的方式为：上层水稳碎石铺筑前，对下层水稳基层顶面进行清扫并洒布水泥浆，以提高上下层间连接质量。

传统施工方法通过上下层间洒布水泥浆实现上下基层间的层间连接，属于干接缝。这种方法受下层顶面清洁状态、水泥浆性状、天气情况、人员洒布操作等诸多不利因素影响，连接状态可控性差。，通过钻取芯样发现，较多芯样在层间连接部位断开，未能形成整体，层间连接质量不佳。

3.2双层连续铺筑施工方法

双层连续铺筑施工方法采用分层摊铺、分层碾压、一次成型等方法。将水泥稳定碎石基层分为两层，单层18-20cm厚，下层摊铺碾压完成后，立即铺筑上层水泥稳定碎石基层，并在下层水泥稳定碎石初凝前完成摊铺碾压工作。也可在上层水稳碎石铺筑前，在下层水泥稳定碎石基层顶面洒布水泥浆，提高上下层间连接质量。

这种施工方法在下层水泥稳定碎石初凝前即完成上层水泥稳定碎石摊铺碾压施工，属于湿接缝。通过钻取芯样发现，芯样完整，上下层连接紧密，层间连接质量好。但此方法也存在一定的弊端，一是两层水泥稳定碎石需在下层水稳初凝前施工完成，施工段落较短，根据试验段施工得出，合理施工长度一般为80-100m，从而导致横向接缝较多，接缝处理存在薄弱环节；二是施工组织管理要求较高，整个施工过程需在有限的时间内紧密开展，如下层水泥稳定碎石初凝后未完成上层施工，将对下层水泥稳定碎石造成破坏，降低了水泥稳定碎石基层的质量。

3.3大厚度摊铺施工方法

大厚度摊铺施工方法即将水泥稳定碎石基层一次摊铺碾压成型，这种施工方法基于大功率摊铺设备和重型碾压设备的基础，使用大功率摊铺设备实现40cm以上厚度（松铺厚度）水泥稳定碎石摊铺，重型碾压设备实现大厚度水泥稳定碎石碾压密实。这种施工方法水泥稳定碎石基层一次摊铺碾压成型，不受基层层间状态影响，是理想的水泥稳定碎石基层施工方法。

随着科技的进步，大功率摊铺设备和重型碾压设备逐渐成熟，大厚度摊铺施工逐渐被广泛应用。这种施工方法水泥稳定碎石基层一次性成型，与设计规范假设的同一结构层均质、各项同性模型一致，在强度指标、抗裂性能及抗疲劳性能方面有明显的提高。但大厚度水稳摊铺施工一样存在弊端，对碾压工艺要求很高，碾压不足会出现底部不密实、孔隙多，而过压又会导致水泥稳定碎石顶面松散、无强度，此施工方法正处于发展和完善阶段。

4、应用实例

某高速公路改扩建工程路面40cm厚度水泥稳定碎石基层采用双层连铺的方法施工3.0Km作为试验段，按照两次摊铺、两次碾压、一次成型的施工方案组织施工，最大限度的降低了分层施工带来的层间结合而影响基层整体强度。通过采用标准轴载及贝克曼梁弯沉仪检测7d龄期水泥稳定碎石基层的弯沉值均在0-4（0.01mm）之间。芯样上下层间界面间具有一定的抗剪强度，7d龄期水芯样强度达到5.6-8.6MPa，层间系数可达2.07。

榆树至松原公路路面基层设计采用20cm水泥稳定碎石底基层+36cm水泥稳定碎石基层。榆树段采用将底基层与基层相结合方式施工，采用大厚度摊铺方式分层施工，最大施工厚度达32cm。使用中大大功率摊铺及和重型振动压路机，一次摊铺碾压成型的施工方案组织施工，减少分层施工带来的影响。通过7d龄期水泥稳定碎石基层弯沉值检测，结果均在0-2（0.01mm）之间，芯样强度达到6.0-10.2MPa，层间为完全连续连接状态。

5、结语

（1）双层连铺及大厚度摊铺水泥稳定碎石基层施工工艺较传统施工工艺层间结合好，基层强度指标、抗裂性能和疲劳耐久性等方面有显著提高；

（2）双层连铺施工工艺在现有的施工机械、施工条件下，易于保证水泥稳定碎石基层施工质量，可作为目前阶段的首选工艺。

（3）大厚度一次摊铺施工工艺现阶段处于研究和发展阶段，应用前景广泛，潜力巨大，将成长为未来水泥稳定碎石基层施工的主要施工工艺。

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