水泥稳定碎石振动成型法

浅谈水泥稳定碎石振动成型法
摘要：文章结合申嘉湖(杭)高速公路练杭段就采用振动成型法施工的水稳碎石基层技术要点及施工要点进行探讨。

对同一级配水泥稳定碎石混合料分别按振动法和静压法进行了试验，对比分析了两种方法成型试件的物理性能和结构特点。

结果表明，振动法成型的混合料物理性能和结构性能明显优于静压法成型的混合料。

以工程实例对试验研究进行了验证，振动法更适合水泥稳定碎石混合料的组成设计，以该方法确定的最佳含水量、最大干密度来控制现场施工质量更为合理。

关键词：振动成型法；水泥稳定碎石基层；设计；施工
1概述
目前我国的路面基层底基层基本上都是采用半刚性结构，这是我国自70年代以来为适应我国交通的发展所采用的比较成功的基层结构，半刚性结构对我国的路面发展起到了极大的贡献作用。

但是，随着使用时间的延长，半刚性结构的一些弊端也开始呈现，主要就是反映在路面的裂缝上。

混合料出现早期破坏与室内成型方式的不合理及质量控制标准单一导致水泥剂量过高、压实度标准偏低、级配不良等有密切关系。

要解决该弊端可以从两大方面进行改善，其一是提高道路基层材料的压实度，其二采用骨架密实型级配替代以往悬浮密实型级配。

下面结合申嘉湖(杭)高速公路练杭段就采用振动成型法施工的水稳碎石基层技术要点及施工要点进行探讨。

2设计
2.1路面结构设计
练市~杭州高速公路全长50.938 km按设计时速100km/h的四车道高速公路标准建设,路基宽26.0（24.5）m。

路面结构采用18 cm 沥青混凝土面层(上、中面层均采用sbs改性沥青)+36cm水泥稳定碎石基层+20 cm低剂量水泥稳定碎石底基层。

基层、底基层混合料设计采用骨架密实型，配合比设计采用振动试验方法成型试件，并以振动成型试件的最大干密度作为标准密度。

基层、底基层配合比设计按无侧限抗压强度试验方法确定满足设计要求的配合比。

2.2混合料及配合比设计
2.2.1材料
（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用于拌制水泥稳定碎石混合料，宜采用强度等级不低于42.5级水泥，3天胶砂强度应不小于18mpa，水泥初凝时间应不小于3小时、终凝时间不小于6小时。

采用散装水泥，在水泥进场入罐时，要停放7天，安定性合格后才能使用；夏季高温作业时，水泥温度不能高于50度，否则，应采用降温措施，防止出现温缩裂缝和干缩裂缝。

（2）碎石：
碎石的最大粒径为31.5mm，宜按9.5～31.5mm、4.75～9.5mm、2.36～4.75mm和0～2.36mm四种规格备料。

碎石压碎值应不大于28%，粗集料针片状含量应不大于15%。

碎石中小于0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于28%，塑性指数小于9%。

2.2.2级配设计
本工程的基层、底基层混合料设计是参照《公路沥青路面设计规范》(jtg d50-2006),根据浙江省水泥稳定碎石振动成型法设计与施工技术研究的成果，并结合本工程不同工点试验段的总结提出的。

采用振动试验成型的水泥稳定碎石混合料级配及其技术性能应满足表1、表2的要求。

3施工
3.1混合料拌和
严格控制配合比和含水量每天开始搅拌前,检查场内各处集料的含水量，计算当天的配合比，混合料含水量比最佳含水量略高(0.5%)。

施工中随时抽检配合比、含水量，及时调整。

混合料装车时车辆应前后移动，避免混合料离析，运输过程采用彩条布覆盖以减少混合料水分的散失。

3.2混合料摊铺
（1）摊铺底基层前，路基应提前洒水湿润，并用胶轮压路机碾压；摊铺上层水稳碎石时，应将下层清理干净，在下层顶面撒布1∶3水泥浆，保证上下层连接为一整体。

（2）采用2台摊铺机梯队作业,控制好摊铺速度，连续摊铺，
摊铺过程中因故停机超过2h的，必须按作业缝(接头)处理。

（3）摊铺中安排专人对两台摊铺机衔接处和路边缘易出现离析处进行处理，防止出现离析带。

3.3混合料碾压
（1）派专人紧盯压路机，必须保证足够的激振力和碾压遍数，采用大吨位振动压路机,快速压实。

（2）每台摊铺机后面，紧跟振动压路机和轮胎压路机进行碾压，一次碾压长度一般为40m左右。

碾压需在水泥终凝前及试验确定的延迟时间内完成。

（3）压路机的起步和制动必须平稳，防止出现波浪、推移。

碾压过程中和碾压后都进行压实度的检测，必须确保压实度。

（4）压路机碾压时重叠1/2轮宽，必须碾压到边，边缘地带应增加碾压1～2遍。

3.4养生
全断面覆盖透水土工布进行保湿养生，养生期为不少于7天，养生期间要封闭交通，禁止大型车辆通行。

4振动法与传统方法击实方式
4.1压实原理
重型击实方法是在室内通过施加冲击荷载对被压材料进行压实，静压法成型试件的方法与静力压路机滚压机理相同，无法准确地模拟施工现场碾压方式，因此室内实验成果与现场实际应用效果相差较远，无法准确地预测及控制现场施工。

振动法进行对混合料成型是用与重型击实等效的击实功进行表面振动击实成型，这在一定程度上模拟了高等级公路半刚性基层施工时普遍采用振动压路机振动压实方式，使混合料成型试件与施工现场压实机理相匹配,能有效指导现场施工。

4.2不同成型方式试件结构特征比较
由同级配、同水泥剂量水泥稳定碎石的静压成型试件7 d剖面图和振动成型试件7 d剖面图可以看出,振动成型试件侧面光滑密实易脱模，剖面结构密实，粗集料分布均匀且排列紧密，粗集料间隙被细集料及胶结料密实填充，肉眼观察看不到大的空隙，混合料形成一个完整密实的整体结构。

而静压成型试件剖面则很松散，且集料排布不均匀，嵌挤不明显。

4.3重型击实法与振动击实法确定的水泥稳定碎石混合料最佳含水量、最大干密度比较
对同级配、不同水泥剂量的水泥稳定碎石混合料，分别进行了重型击实试验和振动击实试验，其对比结果如表3。

重型击实的最佳含水量略高于振动击实的最佳含水量重型；振动成型的最佳含水量为4.7～5.1%，重型击实的最佳含水量为4.8～5.2%。

对于级配、水泥剂量相同的条件下，振动法与静压法确定最佳含水量时，最大干密度的比值为1.03，由最大干密度比值的差异可以看出，成型方式、级配对混合料最大干密度的直接影响。

在成型
方式不同时，粗集料适当增加的骨架密实型水泥碎石混合料更适合于振动成型，且在振动成型方式，此混合料能获得最大的密实度。

4.4静压法与振动成型试件强度特征比较
水泥剂量相同时，振动成型试件的抗压强度相比于传统静压成型试件的强度有很大提高；在水泥用量为3.8%时，振动成型的7天无侧限抗压强度为6～9mp以上，而重型击实法压制成型的7天无侧限强度一般为4～5mp左右，二者的比值约为：1.4～1.8倍，其对比结果如表4。

5结语
结合练杭段对比分析振动法和静压法成型试件的物理性能和结构特点，结果表明：振动法成型的混合料物理性能和结构性能明显优于静压法成型的混合料；振动法更适合水泥稳定碎石混合料的组成设计，以该方法确定的最佳含水量、最大干密度来控制现场施工质量更为合理。

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。