大厚度水稳基层一次成型施工混合料设计与施工工艺研究
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J YAN JIU IAN SHE
规划设计
Da hou du shui wen ji ceng yi ci cheng xing shi gong hun he liao she ji yu shi gong gong yi yan jiu
大厚度水稳基层一次成型 施工混合料设计与施工工艺研究
张庆
本文依托某高速公路 32cm 厚度基层对大厚度水稳 基层一次成型施工进行了研究和实践。结果表明 ：为保 证基层实体具有良好的骨架密实结构，应加强混合料配 合比设计控制，4.75mm 筛孔通过率控制范围宜为 3438% ；宜采用“适当吨位、多碾压”的碾压工艺保证一 次成型施工的水稳基层的压实度和平整度。大厚度水稳 基层一次成型施工适宜的基层厚度宜不大于 34cm，对 于 34cm 以上厚度的水稳基层的一次成型施工需进一步 研究和实践。
水泥稳定碎石半刚性基层是我国各等级公路的主要基 层结构形式，在高等级公路中其厚度普遍在 30cm 以上， 一般多采用两次成型工艺进行基层的施工。近年来，随着 施工机械和施工技术的不断进步，对于 30cm 以上厚度的 基层施工越来越多采用一次成型施工技术来保证基层的整 体性，避免两次成型工艺所带来的基层内部层间粘结和抗 剪不足所带来的风险，同时也可有效提升施工效率，降低 施工成本。但是早期工程实践也表明，由于对大厚度水稳 基层一次成型施工技术认识的不足，大厚度水稳基层一次 成型施工技术还存在材料要求、适用厚度、压实度和平整 度控制、混合料设计（高水泥用量、细级配）和抗裂性等 方面的不足和矛盾。基于上述认识，本文对某高速厚度为 32cm 的水泥稳定碎石混合料及其一次摊铺级配
表1 各混合料配合比设计试验结果
水泥剂量（%） 最佳含水率（%） 最大干密度（g/cm3） 强度设计值（MPa）
3.5
4.4
2.354
3.5
4.4
2.331
4.5
3.5
4.6
2.357
强度平均值（Mpa） 5.7 5.4 5.6
强度代表值（MPa） 5.2 4.9 5.0
四、现场施工 根据调研，大厚度水泥稳定碎石基层一次成型技术在 工艺控制上主要存在混合料易离析、压实度不足和平整度 较差等不足。针对上述不足，在本项目基层施工过程中制 定以下原则 ：采用改进的抗离析摊铺机用于摊铺，减少混 合料离析 ；碾压机具不过度追求大吨位、强压实功，能保 证混合料碾压密实即可 ；宜适当增加碾压遍数，即保证混 合料碾压密实，也可减少单次碾压变形过大造成的平整度 不佳。遵循上述原则，选择具体段落分别进行上述 3 种不 同级配混合料的实体工程施工。具体工艺如下 ： 1. 底基层验收 本项目底基层为低剂量水泥稳定碎石混合料，在进行
一、原材料 本文所用原材料水泥、细骨料、粗骨料均为满足公路 施工及验收标准的材料，在此不做详细阐述。
二、成型方法 本文采用重型击实法成型各水泥稳定碎石混合料试
件，测试混合料最佳含水率和最大干密度。采用静压成型 法成型试件用于无侧限抗压强度试验。
三、配合比设计 分 别 参 考《 公 路 路 面 基 层 施 工 技 术 细 则 》（JTG/T F20-2015）中水泥稳定碎石混合料 C-B-1 级配范围， 设计得到细、粗两种合成级配，并在此基础上优化 4.75mm 筛孔通过率得到中间级配。细级配混合料偏悬浮密实结构， 易于压实，可保证大厚度水稳基层一次摊铺施工的压实效 果 ；粗级配混合料偏骨架结构，抗裂性能较好，但对压实 设备和压实功要求较高，不利于混合料的整体压实 ；优化 级配混合料为骨架密实结构，兼顾可压实性和抗裂性能， 既保证混合料的压实效果，也满足基层对抗裂性能的要求。 基于优化级配成型试件，得到最佳含水率、最大干密 度和 7d 无侧限抗压强度，试验结果如表 1 所示。根据试 验结果，各混合料 7d 无侧限抗压强度均满足规范和设计 文件要求。
碾压遍数
1
初压
17T双钢轮压路机
1
26T钢轮压路机
4
2
复压
26T轮胎压路机
2
3
终压
17T双钢轮压路机
1
3. 摊铺控制 由于基层设计厚度为 32cm，为了保证基层一次摊 铺成型效果，根据前期工程施工成果，需严格控制基层 一 次 摊 铺 厚 度， 确 定 的 松 铺 系 数 为 1.35， 松 铺 厚 度 为 43.2cm。 4. 实体工程检测 在施工完成后，立即对实体工程的压实度和平整度进 行检测，并在洒水养生 7d 后进行取芯检测。 （1）压实度检测 采用灌砂法对施工后的基础进行压实度检测，各级配 混合料基层压实度检测结果如表 3 所示。根据检测结果可 得，各级配混合料在确定的碾压机具和工艺组合下的压实 度均能满足技术要求。
化级配混合料骨架结构和密实性均较好，显示了优化级配 后的水稳混合料与原材料、基层厚度和施工工艺良好的适 用性。
五、结语 （1）对于 30cm 以上厚度的大厚度水稳基层一次成 型施工是一个系统性工程，需要从原材料、配合比设计、 施工机具设备和施工工艺等各方面进行综合考虑 ； （2）三种级配混合料的配合比设计和工程实践表明， 大厚度水稳基层一次成型技术由于其特殊的施工特点更应 重视混合料配合比设计水平，为实现基层骨架密实效果， 宜对 4.75mm 筛孔通过率进行重点控制，推荐的 4.75mm 筛孔通过率为 34~38% ； （3）应综合考虑施工工艺与基层要求的统一性和协 调性，不宜过分追求大吨位的压实设备，宜在碾压工艺上 进行优化，采用“适当吨位、多碾压”的碾压方式，同时 保证基层的压实度和平整度。 （4）本文研究的对象是 32cm 厚度的水稳基层一次 摊铺成型技术，建议一次摊铺成型技术适用厚度宜不大于 34cm，对于更大厚度的水稳基层一体摊铺成型仍需加强 进一步研究和实践。
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规划设计
基层施工前，对底基层进行检测和验收。根据检测，底基 层各项指标均满足相关技术要求。
2. 机械设备配备和碾压工艺 根据基层施工特点，配备相应的施工机具设备。本工 程施工采用了吨位更大的 17t 双钢轮压路机的吨位。拟定 的施工碾压组合如表 2 所示。
表2 施工碾压组合
序号
碾压阶段
碾压设备
规划设计
Da hou du shui wen ji ceng yi ci cheng xing shi gong hun he liao she ji yu shi gong gong yi yan jiu
大厚度水稳基层一次成型 施工混合料设计与施工工艺研究
张庆
本文依托某高速公路 32cm 厚度基层对大厚度水稳 基层一次成型施工进行了研究和实践。结果表明 ：为保 证基层实体具有良好的骨架密实结构，应加强混合料配 合比设计控制，4.75mm 筛孔通过率控制范围宜为 3438% ；宜采用“适当吨位、多碾压”的碾压工艺保证一 次成型施工的水稳基层的压实度和平整度。大厚度水稳 基层一次成型施工适宜的基层厚度宜不大于 34cm，对 于 34cm 以上厚度的水稳基层的一次成型施工需进一步 研究和实践。
水泥稳定碎石半刚性基层是我国各等级公路的主要基 层结构形式，在高等级公路中其厚度普遍在 30cm 以上， 一般多采用两次成型工艺进行基层的施工。近年来，随着 施工机械和施工技术的不断进步，对于 30cm 以上厚度的 基层施工越来越多采用一次成型施工技术来保证基层的整 体性，避免两次成型工艺所带来的基层内部层间粘结和抗 剪不足所带来的风险，同时也可有效提升施工效率，降低 施工成本。但是早期工程实践也表明，由于对大厚度水稳 基层一次成型施工技术认识的不足，大厚度水稳基层一次 成型施工技术还存在材料要求、适用厚度、压实度和平整 度控制、混合料设计（高水泥用量、细级配）和抗裂性等 方面的不足和矛盾。基于上述认识，本文对某高速厚度为 32cm 的水泥稳定碎石混合料及其一次摊铺级配
表1 各混合料配合比设计试验结果
水泥剂量（%） 最佳含水率（%） 最大干密度（g/cm3） 强度设计值（MPa）
3.5
4.4
2.354
3.5
4.4
2.331
4.5
3.5
4.6
2.357
强度平均值（Mpa） 5.7 5.4 5.6
强度代表值（MPa） 5.2 4.9 5.0
四、现场施工 根据调研，大厚度水泥稳定碎石基层一次成型技术在 工艺控制上主要存在混合料易离析、压实度不足和平整度 较差等不足。针对上述不足，在本项目基层施工过程中制 定以下原则 ：采用改进的抗离析摊铺机用于摊铺，减少混 合料离析 ；碾压机具不过度追求大吨位、强压实功，能保 证混合料碾压密实即可 ；宜适当增加碾压遍数，即保证混 合料碾压密实，也可减少单次碾压变形过大造成的平整度 不佳。遵循上述原则，选择具体段落分别进行上述 3 种不 同级配混合料的实体工程施工。具体工艺如下 ： 1. 底基层验收 本项目底基层为低剂量水泥稳定碎石混合料，在进行
一、原材料 本文所用原材料水泥、细骨料、粗骨料均为满足公路 施工及验收标准的材料，在此不做详细阐述。
二、成型方法 本文采用重型击实法成型各水泥稳定碎石混合料试
件，测试混合料最佳含水率和最大干密度。采用静压成型 法成型试件用于无侧限抗压强度试验。
三、配合比设计 分 别 参 考《 公 路 路 面 基 层 施 工 技 术 细 则 》（JTG/T F20-2015）中水泥稳定碎石混合料 C-B-1 级配范围， 设计得到细、粗两种合成级配，并在此基础上优化 4.75mm 筛孔通过率得到中间级配。细级配混合料偏悬浮密实结构， 易于压实，可保证大厚度水稳基层一次摊铺施工的压实效 果 ；粗级配混合料偏骨架结构，抗裂性能较好，但对压实 设备和压实功要求较高，不利于混合料的整体压实 ；优化 级配混合料为骨架密实结构，兼顾可压实性和抗裂性能， 既保证混合料的压实效果，也满足基层对抗裂性能的要求。 基于优化级配成型试件，得到最佳含水率、最大干密 度和 7d 无侧限抗压强度，试验结果如表 1 所示。根据试 验结果，各混合料 7d 无侧限抗压强度均满足规范和设计 文件要求。
碾压遍数
1
初压
17T双钢轮压路机
1
26T钢轮压路机
4
2
复压
26T轮胎压路机
2
3
终压
17T双钢轮压路机
1
3. 摊铺控制 由于基层设计厚度为 32cm，为了保证基层一次摊 铺成型效果，根据前期工程施工成果，需严格控制基层 一 次 摊 铺 厚 度， 确 定 的 松 铺 系 数 为 1.35， 松 铺 厚 度 为 43.2cm。 4. 实体工程检测 在施工完成后，立即对实体工程的压实度和平整度进 行检测，并在洒水养生 7d 后进行取芯检测。 （1）压实度检测 采用灌砂法对施工后的基础进行压实度检测，各级配 混合料基层压实度检测结果如表 3 所示。根据检测结果可 得，各级配混合料在确定的碾压机具和工艺组合下的压实 度均能满足技术要求。
化级配混合料骨架结构和密实性均较好，显示了优化级配 后的水稳混合料与原材料、基层厚度和施工工艺良好的适 用性。
五、结语 （1）对于 30cm 以上厚度的大厚度水稳基层一次成 型施工是一个系统性工程，需要从原材料、配合比设计、 施工机具设备和施工工艺等各方面进行综合考虑 ； （2）三种级配混合料的配合比设计和工程实践表明， 大厚度水稳基层一次成型技术由于其特殊的施工特点更应 重视混合料配合比设计水平，为实现基层骨架密实效果， 宜对 4.75mm 筛孔通过率进行重点控制，推荐的 4.75mm 筛孔通过率为 34~38% ； （3）应综合考虑施工工艺与基层要求的统一性和协 调性，不宜过分追求大吨位的压实设备，宜在碾压工艺上 进行优化，采用“适当吨位、多碾压”的碾压方式，同时 保证基层的压实度和平整度。 （4）本文研究的对象是 32cm 厚度的水稳基层一次 摊铺成型技术，建议一次摊铺成型技术适用厚度宜不大于 34cm，对于更大厚度的水稳基层一体摊铺成型仍需加强 进一步研究和实践。
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规划设计
基层施工前，对底基层进行检测和验收。根据检测，底基 层各项指标均满足相关技术要求。
2. 机械设备配备和碾压工艺 根据基层施工特点，配备相应的施工机具设备。本工 程施工采用了吨位更大的 17t 双钢轮压路机的吨位。拟定 的施工碾压组合如表 2 所示。
表2 施工碾压组合
序号
碾压阶段
碾压设备