水稳碎石基层施工技术与质量控制

1、水泥稳定碎石（以下简称水稳）作为半刚性材料，其作为路面基层和底基层（以下简称基层）具有良好的力学性能和整体性、稳定性（水稳定性和温度稳定性）、耐久性和抗冻性、承载力高及与面层结合好的技术特点，且料源广泛，可就地取材，便于原材料和混合料的加工，易于机械摊铺操作，在高等级公路路面基层施工中被广泛应用。但若不了解它的特性，施工控制不好，如表面松散或底面压实度不足等，就无法保证其半刚性和板体特性，也就发挥不了长处，尤其像基层开裂还会留下工程的隐患，造成不可预想的后果 水稳路面基层技术是针对我国高等级公路建设中的实际问题，通过对已建设的主要公路进行咨询调查，在全面总结沥青路面使用成功经验和失败的教训的基

2、础上，对轴载换算、不同荷载模式下的路面应力状态进行了分析、基层及面层混合料设计方法等方面进行了系统的研究，对比分析了常用的不同类型混合料的性能特点，通过综合经济比较，提出的改进的混合料类型。2.1 强度形成原理强度形成原理在水稳中，由于水泥用量很少，水泥的水化完全是在混合料中进行的，凝结速度比在水泥混凝土中进行得缓慢。水泥与集料掺水拌和后，水泥矿物与水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出 Ca（OH）2并形成其它水化物。当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化形成水泥石骨架，有的则同有活性的细集料、矿粉进行反应。归纳起来有如下几种形式：2.1.12.1.1 离子交换及团粒化作用在水

3、泥水化后的胶体中，Ca（OH）2和Ca2+、共存，而构成集料的矿物是以CaCO3、SiO2为骨架合成的板状、针状、块状的结晶，通常其表面会有 Na+和 K+等离子进行当量吸附交换，结果使大量的细集料、矿粉颗粒形成较大的颗粒。由于水泥水化生成物 Ca（OH）2具有强烈的吸附活性，使这些较大的颗粒进一步与粗集料结合起来，形成水泥碎石的链条状结构，并封闭各细集料之间的空隙，形成坚固的联结，这是水稳具有一定强度的主要原因。2.1.22.1.2 硬凝反应作用随着水泥水化反应的深入，溶液中析出大量 Ca2+，当 Ca2+的数量超过上述离子交换的需要量后，则在碱性的环境中使组成矿物的 SiO2和 Al2O3

4、的一部分同Ca2+进行化学反应，生成不溶于水的稳定的结晶矿物，从而增大了混合料的强度。这种反应称为硬凝反应。2.1.3 2.1.3 碳碳酸化作用水泥水化物中的游离 Ca（OH）2不断地吸收水中的HCO和空气中的 CO2，生成 CaCO3。这种反应也能使集料固结，提高集料的强度，但比硬凝反应的作用差一些。2.2 影响水稳强度的因素2.2.1 集料对水稳强度的影响集料的类别和性质是影响水泥碎石强度的重要因素之一。粒径：尽量减小细料的用量，减少干缩；级配：级配的优劣影响混合料的均匀性、稳定性 和耐久性。优良的级配能保证混合料的拌合质量，合理降低水泥剂量，施工过程中不宜离析。控制关键筛孔的级配强度，主

5、要少压碎值指标；控制石料含水量，否则将会影响水泥剂量的 水稳的强度。控制石料的含泥量（砂当量），在水泥剂量一定的情况下，含泥量越大，强度越低。表 2-2-1 水稳的特性无侧限抗压强度无侧限抗压强度（7d7d） （MPaMPa）弯拉弹性模量弯拉弹性模量（MPaMPa）CBRCBR* *水泥用量水泥用量（集料的）（集料的）2.8-10.52.8-10.5以上以上(7-21)(7-21)10103 36006005 52.2.22.2.2 水泥的成分和剂量对水稳强度的影响各种类型的水泥都可以用于稳定碎石。对于同一种集料，水泥矿物成分是决定水稳强度的主导因素。在通常的情况下，普通硅酸盐水泥或道路硅酸盐

6、水泥的稳定效果较好，而铝酸盐水泥则较差。当水泥的矿物成分相同时，水稳的强度随着水泥比表面和活性的增大而提高。在硬化条件相似的情况下，当水泥的矿物成分相同时，随着水泥分散度的增大，其化学活性程度和硬化能力也有所增长，从而水泥稳定碎石的强度也大大提高。 2.2.22.2.2 水泥的成分和剂量对水稳强度的影响 水稳的强度还在很大程度上取决于水泥的数量，即随着水泥剂量的增加，水稳的物理-力学性质也将显著地改善 （如图 2-2-1），但不存在最佳水泥剂量。过多的水泥用量，虽可获得强度的增长，但经济上是不合理的，因而存在一个经济用量。同时由于收缩性增加，还会使基层的裂缝增多、增宽。所需的水泥用量，按强度和

7、耐久性需要并考虑其经济性，由试验确定，通常随细粒含量而增加。 不要盲目追求高强度，加大水泥剂量：水泥剂量越大，收缩作用越大，在满足设计强度的前提下尽量选择最小剂量。2.2.3 含水量对水泥强度的影响水稳混合料中的含水量对水稳的强度有很大的影响。当混合料中含水不足时，水泥就要与集料争水，若集料对水有更大的亲和力，就不能保证水泥的完全水化和水解作用。水泥正常水化所需要的水量约为水泥重量的 20%。含水量过大时，即会影响混合料可能达到的密度和强度，又会明显增大混合料的干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝。含水量大则易形成软弹，无法及时碾压，尽管有时不形成弹簧，碾压过程也容易形成波浪而无法保证表面平整度。

8、施工时根据当时的天气、温度情况确定含水量的大小。另外，水稳的含水量不适宜时，也不能保证水泥在混合料中的均匀分布，更不能保证达到最大压实度的要求。2.2.4 工艺过程及养生条件对水稳强度形成的影响 水泥、集料拌和得愈均匀，水稳的强度和稳定性愈高。拌和不均匀会使水泥剂量少的地方强度不足，而水泥剂量多的地方则裂缝增加。从开始加水拌和到完成压实的延迟时间，对水稳的密实度和强度有很大的影响。间隔过长，水泥会部分结硬，一方面影响到水稳的压实度，而压实度对强度的影响很大；另一方面将破坏已结硬水泥的胶凝作用，使水稳的强度下降。如图 2-2-2所示为的强度损失试验曲线。一般水稳宜在加水拌和后 2h内压实完毕。图

9、 2-2-2 强度损失试验曲线图 2-2-3 龄期对强度的影响关系图222 拌和后到压实的延迟时间对水泥稳定 强度损失（）延迟时间（ ）碎石强度的影响（水泥剂量5）图223 龄期对水泥稳定碎石强度的影响（水泥剂量5）无侧限抗压强度（）龄期（天）图222 拌和后到压实的延迟时间对水泥稳定 强度损失（）延迟时间（ ）碎石强度的影响（水泥剂量5）图223 龄期对水泥稳定碎石强度的影响（水泥剂量5）无侧限抗压强度（）龄期（天）水稳的强度也随龄期而增长（如上图水稳的强度也随龄期而增长（如上图 2-2-2-2-3 3），为保证水泥的水化，在初期养生阶段），为保证水泥的水化，在初期养生阶段应洒水保持潮湿，每

10、天洒水的次数和养生应洒水保持潮湿，每天洒水的次数和养生天数视当地气候条件而定。天数视当地气候条件而定。水稳路面基层初期强度高并且强度随龄期水稳路面基层初期强度高并且强度随龄期增长，提高了路面使用品质，延长了使用增长，提高了路面使用品质，延长了使用寿命，可以节约大量的后期养护费用，具寿命，可以节约大量的后期养护费用，具有较好的经济效益。有较好的经济效益。 2.3 水稳路面基层施工工艺3 水稳路面基层质量控制随着水稳在公路路面基层中的广泛应用，同时也随着水稳在公路路面基层中的广泛应用，同时也暴露出原材料质量不合格、配合比不准确、拌和暴露出原材料质量不合格、配合比不准确、拌和不均匀、摊铺不平整、粗集

11、料离析、碾压不密实、不均匀、摊铺不平整、粗集料离析、碾压不密实、接缝不平整等质量问题，从而形成强度不足、局接缝不平整等质量问题，从而形成强度不足、局部松散破碎、干缩裂缝、起皮、松散、裂缝、弹部松散破碎、干缩裂缝、起皮、松散、裂缝、弹簧、翻浆等质量缺陷。为了保证路面基层满足设簧、翻浆等质量缺陷。为了保证路面基层满足设计要求和使用要求，监理必须依据相关规范、标计要求和使用要求，监理必须依据相关规范、标准层层把关，严格控制，重点是控制原材料选择、准层层把关，严格控制，重点是控制原材料选择、混合料组成设计和施工工艺过程。混合料组成设计和施工工艺过程。水稳路面基层的原材料主要有水泥、粗集料、细集料、矿粉

12、。为把好原材料质量关，应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，不合格的材料不得用于工程中。3.1.13.1.1 水泥 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥都可以用于水稳路面基层施工，一般宜使用低强度等级的水泥，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。3.1.2 3.1.2 集料 水稳混合料中碎石压碎值应不大于28%，针片状含量宜不大于15%，集料中小于0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数9。集料的颗粒组成应符合表3-1的规定。且4.75mm、0.075mm的通过量宜接近级配范围的中值。3.1.

13、33.1.3 水 凡可饮用水皆可使用，遇到可疑水源，应化验鉴定。3.2 3.2 混合料的配合比设计混合料的配合比设计 混合料的配合比设计必须做到三个限制：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、矿粉料用量；根据施工时气候条件限制含水量，以减少水稳混合料的收缩性。3.2.13.2.1 在满足设计强度的基础上限制水泥用量 混合料通常随水泥剂量的增加，强度逐渐增高，收缩性逐渐增大，水泥剂量太大，既不经济、还会使基层的裂缝增多、增宽，从而引起沥青面层相对应的反射裂缝；水泥剂量太小，不能确保水稳的施工质量。一般建议水泥剂量按3%、3.5%、4%、4.5%、5%五种比例进行试验

14、。制备不同比例的混合料，取符合强度要求的最佳配合比作为水稳的生产配合比，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。水泥剂量一般不宜大于5%。建议目标配合比水泥掺入量为4%。3.2.23.2.2 在减少含泥量的同时，限制细集料、粉料用量含水量过大，既会出现弹簧、翻浆等现象，影响混合料可能达到的密度和强度，也会增加混合料的干缩性，使结构层容易产生干缩裂缝。含水量过小，混合料易松散，不容易碾压成型，也会影响混合料可能达到的密度和强度。根据路面基层施工技术规范及施工经验，一般情况下拌和物含水量应根据气温、运距和机械碾压性能情况比最佳含水量略高0.5-1%，以弥补混合料运输、摊铺和碾压过程中水

15、分的损失。合理的水稳配比组成除能达到设计强度外，还应具备较小的温缩性和干缩性及较好的施工和易性能。承包人形成的最佳配合比设计文件，报监理工程师审查、验证，批准后方可施工。在进行大面积的正式施工前应根据初步确定的设计配合比铺筑试验段，通过试验段的铺筑，以获得最优生产配合比、合适的拌和时间、摊铺速度、压实机具的组合及碾压工艺、松铺系数及合适的作业长度等一系列控制参数，提出标准施工方法。试验段除强度及几何尺寸满足要求外，现场钻芯取样的完整性也是控制的关键环节，试验段长度宜为100150米，宜选用两种或多种不同的碾压组合，必要时可调整水泥用量及含水量试验。 3.4 3.4 混合料的拌和混合料的拌和高等

16、级公路的基层水稳必须采用集中厂拌混合料，拌和时应注意以下三个方面的问题：开始拌和前，拌和场备料应满足3-5天的摊铺用料，以保持材料的均匀性和一致性。拌和设备的性能决定了混合料的配料精度和均匀性，应选用带有电子计量装置的生产能力不小于400T/h的高性能稳定碎石拌和机，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，且生产能力应与摊铺能力应匹配。考虑施工时各种损耗，工地实际采用的水泥剂量摊铺机摊铺时应比室内试验确定的剂量增加00.5%，以确保水稳基层的质量，但应控制不超过5%，以减少混合料的收缩性，不得以提高水泥用量的方式提高路面基层强度。水泥剂量的测定用料应在拌和机拌和后取样，并立即（一

17、般规定小于10min）送到工地试验室进行滴定试验。水泥用量除用滴定法检测水泥剂量要求外，还必须进行总量控制检测，即：记录每天的实际水泥用量、集料用量和实际工程量，计算对比水泥剂量的一致性。 每天开拌前，检查场内各处集料的含水量，并根据气温情况及运输距离及时调整拌和用水量的大小，以达到预定效果。 为确保混合料都符合质量要求，监理、施工单位在拌和场都应安排一名试验员，在每天开始搅拌前检查场内各种集料的含水量，计算当天的配比；出料时取样检查是否符合设计配合比，进行正式生产之后，每12小时检查一次拌和情况，抽检其配比、含水量是否变化。拌和机出料不允许采取自由跌落式的落地成堆、装载机装料的办法，应采用带

18、活动门漏斗的料仓，由漏斗出料直接装车，装车时车辆应前后移动，分三次装料，避免混合料离析。运输混合料宜采用大吨位（15T以上）的自卸运输车，装料前将车厢清洗干净，在卸料和运输过程中要尽量避免中途停车和颠簸，以确保混合料的延迟时间和混合料不产生离析，此时，还要根据运输距离和天气情况，考虑是否覆盖，以防水分过分损失及表层散失过大。混合料在卸入摊铺机喂料时，要避免运料车撞击摊铺机。运输车辆的数量按现场、拌和场各有五辆再加中途运输车辆考虑。 1 1）拌和好的成品料运至现场应及时摊铺，摊铺过程中摊）拌和好的成品料运至现场应及时摊铺，摊铺过程中摊铺机应按控制线匀速行驶，并尽可能少收料斗。如因故中铺机应按控制

19、线匀速行驶，并尽可能少收料斗。如因故中断断2h2h时，摊铺机应驶离混合料末端，按横向接缝处理；试时，摊铺机应驶离混合料末端，按横向接缝处理；试验人员要随时检测成品料的配合比，并及时反馈至拌和厂；验人员要随时检测成品料的配合比，并及时反馈至拌和厂；设专人铲除因离析产生的粗集料窝，并用新拌混合料填补，设专人铲除因离析产生的粗集料窝，并用新拌混合料填补，此项工作必须在碾压之前进行，严禁薄层贴补；基层分两此项工作必须在碾压之前进行，严禁薄层贴补；基层分两层摊铺时应在摊铺上层前，进行表面拉毛或洒水泥净浆处层摊铺时应在摊铺上层前，进行表面拉毛或洒水泥净浆处理。理。 2 2）摊铺路幅较宽时，宜采用两台摊铺机

20、（尽可能同型号）摊铺路幅较宽时，宜采用两台摊铺机（尽可能同型号）一前一后相隔约一前一后相隔约5-105-10米同步向前摊铺混合料，为保证标高米同步向前摊铺混合料，为保证标高和平整度，纵向接合部采用移动式基准线，并一起进行碾和平整度，纵向接合部采用移动式基准线，并一起进行碾压，尽可能避免纵向接缝。在不能避免纵向接缝的情况下，压，尽可能避免纵向接缝。在不能避免纵向接缝的情况下，纵缝必须垂直相接，严禁斜接。上下层纵向结合部位置应纵缝必须垂直相接，严禁斜接。上下层纵向结合部位置应错开距离不小于错开距离不小于1 1米，尽可能避开行车道位置。米，尽可能避开行车道位置。现场监理要检查摊铺后粗、细集料是否分布

21、均匀，厚度是否合格。混合料摊铺后，当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时，应及时根据试验段确定的碾压工艺，用轻型压路机并配合12T以上压路机在结构层全宽内进行碾压。碾压段长度根据试验段确定的长度及气温情况确定，气温高时，水分蒸发快，缩短碾压段长度，反之，可适当延长碾压段长度，一般以40-50米为宜，过短则易造成平整度较差。1）碾压方式 初压一般采用胶轮压路机或钢轮压路机静（稳）压12遍（压实度达到90%） 开始轻振碾压 再重振动碾压（主导压实机械是50T） 复压采用振动压路机弱振碾压2-4遍 最后用胶轮稳（静）压至无轮迹为止。2）碾压速度 初、终压宜为1.5-1.7Km/h，复压宜为2.0-

22、2.5Km/h。3）压实顺序 直线和不设超高的平曲线段，由两侧路肩向路中心碾压，设超高的平曲线段，由内侧路肩向外路肩进行碾压。碾压时，轮迹应重叠1/2轮宽。注意事项 相邻两段的接头处，应错成横向45的阶梯状碾压。严禁压路机在已完成或正在碾压的路段上“调头”和急刹车，以免拉动基层，在第一遍初步稳压时，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。严格控制施工时间，尽量减少和避免各种原因造成的间断，自拌和至碾压结束原则控制在2h（水泥终凝前及试验确定的延迟时间）以内。压实机理压实机理 初步压密阶段 这个阶段采用振动压路机不挂振稳压1遍，混和料铺筑后要尽快完成初压，

23、以减缓混和料中水分的散失。混和料的密度将由铺平时的自然密度过渡到一种重力静止密度。此时集料接触形成一种不稳定的骨架，分布在集料间隙中的结合料由自然状态过渡到被挤压状态。 成型压密阶段 此阶段采用振动压路机低频、高幅的挂振碾压方式碾压2遍。在压路机的往复碾压作用下集料互相接触形成自然排列状态骨架。分布在集料空隙中的结合料原地压密。 液化超强压实 这一阶段宜采用振动压路机高频、低幅的振动挂振碾压方式碾压12遍。在振动压路机的往复振动作用下压密的水泥稳定碎石或二灰稳定碎石有液化现象，结合料与集料表面会聚有析出的浆体，集料空隙中多余的结合料会呈现出再分布的迹象。已经形成自然松排状态的集料骨架会因为液化现象提供的润滑条件而克服集料摩阻力再紧靠排列，而形成嵌入式骨架。 封闭碾压 这一阶段采用三轮静碾压路机或胶轮压路机碾压12遍。一是对振动碾压后基层表面个别活动的集料再做一次就位性碾压，二是将已经压实的基层表面再做一次提浆封闭，避免水分散失，封闭碾压可以作为一个整形、处理局部小缺陷的工序。 当然，由于各个施工单位的施工设备不尽相同，现场具体的施工工艺也会有较大差异，因此在正式大面积施工作业前，要铺筑一定长度的试验段以确定其相