水泥稳定碎石基层振动成型施工方法指导说明

    当前, 半刚性水泥稳定碎石基层在高速公路中的应用较为广泛,但随着我国经济的快速发展，重载交通运输成为高速公路的主要运输形式，在此大环境下半刚性基层沥青路面的早期破坏现象十分严重。这些问题的存在与当前半刚性基层材料设计方法和评价标准落后于当前技术发展水平息息相关，主要因素有：集料级配要求过宽；室内成型方式与现场碾压方式不匹配；质量控制指标单一；压实度标准偏低。针对这些问题，我们研究一套水泥稳定碎石基层振动成型施工工法，并应用于工程实践，实践证明该工法具有技术先进性，能够适应交通运输发展的需求，并有一定的社会、经济效益。

    一、适用范围

    该工法适用于骨架密实型水泥稳定碎石基层的施工。

    二、水稳振动压实成型施工特点

    1、室内成型方式与现场碾压方式接近匹配

    以采用振动成型机初步确定混合料干密度为基础，试验路校正压实度控制指标这一方式，使现场质量控制更为合理，并且压实机械压实效率的进步同步提高基层的压实密度，建立了与时俱进的联动机制

    2、抗压强度提高

    振动成型试件抗压强度远大于静压成型试件抗压强度。可以降低水泥剂量1%-1.5%,这样不仅降低了工程造价,满足强度设计要求,更重要的是显著提高了半刚性基层的抗裂能力。

    3、抗裂性能提高

    采用优化的骨架密实型级配，减少了细料含量，振动压实降低了含水量,降低了材料的自身收缩,

    4、承载能力提高

    通过提高压实机械效率和优化压实工艺与骨架密实型级配相匹配，增加了混合料的单位体积质量，提高了基层的回弹模量

    三、水泥稳定碎石基层振动成型原理

    ① 采用骨架密实型集料级配，粗集料相互嵌齐稳定，通过高强振动压实，可以获得较大的密度，提高了抗裂性能，同时具有较高的内摩阻力、较好的耐疲劳性能；

    ② 压实控制标准和强度检验试件成型方式采用振动压实机成型，提高了密度和强度, 降低了水泥剂量和含水量;试验限度地模拟基层具体施工条件，使室内成果与基层实际应用效果具有可比性；

    ③ 采用20t以上的振动压路机成型，充分发挥主流压实设备的压实效率，提高基层压实度。

    四、水泥稳定碎石基层振动成型工艺流

    1、程及操作要点

    操作要点4.2.1确定骨架密实型集料级配范围

    骨架密实型水泥稳定类基层集料粒径不大于31.5mm,级配范围宜符合表1要求.

    骨架密实型水泥稳定碎石级配设计范围　　　　　　　　 表1

    筛孔（cm）31.5199.54.752.360.60.075

    建议级配(%)10077482722122

    建议级配范围(%)10068～8638～5822～3216～288～150～3

    2、原材料选择

    （1）集料：

    加工工艺：宜采用有整形、吸尘装置的加工设备，可以有效控制集料的颗粒形状和粉尘含量，有利于提高压实效率和获得符合设计级配要求的集料

    （2）水泥：

    凝结时间的要求应满足施工高温季节从加水搅拌到碾压终了的时间，试验方法中的温度控制，应采用实际使用水泥温度和实际施工温度，因此，约定水泥交货条件、设置拌和场要考虑上述因素。

    3、配合比设计

    （1）设计符合级配设计范围要求的集料级配曲线,确定集料组成比例

    （2） 使用振动压实机确定混合料室内干密度和含水量

    （3） 选择2％－4％三个水泥剂量，制作无侧限抗压强度试件，确定符合设计强度要求的水泥剂量。

    振动压实机示意图　图3

    4、合理确定拌和场地

    确定拌和场位置的原则:

    （1）经济性: 应根据施工路线和集料产地，以的成本综合确定；

    （2） 就近性: 受气候条件和水泥最长凝结时间限制，必须在允许最长的运输时间内选址。

    （3）环保性：进料和拌和会有扬尘和噪音发生，考虑对周边人和物的影响距离

    5、 备料

    （1）根据混合料配合比设计比例确定各档集料的进料比例，

    （2） 如自加工集料,应根据天然级配的组成情况，对照设计比例,进行再加工或补充购买.

    （3） 水泥等稳定材料,凝结时间应根据施工需要在合同中约定,较高的水泥温度会影响混合料凝结时间,如有必要,需进行约定.

    （4） 洒水车和土工布等养护材料数量要满足需要

    6、 铺筑试验路

    （1） 松铺系数

    （2） 压实遍数

    （3） 压实密度

    （4） 现场含水量

    （5） 满足效率的摊铺与压实机械组合

    （6）搅拌机拌和速率和运输车辆数量

    （7） 人力配备

    7、确定压实标准

    根据试验路获得的压实密度结合室内干密度,确定现场压实度控制标准值.

    8、准备合格的下承层

    对路基顶面的高程、平整度、宽度、压实度等技术指标进行检测，经验收后合格，用扫帚清除其表面的杂物，并用洒水车洒水一遍，保证下承层的湿润。

    9、施工放样

    根）据中桩和边线位置，用石灰线划摊铺边缘线，按摊铺机宽度和传感器间距，在两侧按10米一个断面在中线和边线位置定好钢钎桩位置，钢钎应打在离铺设宽度以外30CM处。摊铺前测量钢钎位置底基层顶面标高，由该点的控制标高计算定架高度，然后挂上事先紧好的钢丝绳，钢丝绳直径6mm，钢丝绳的拉力不小于800KN。中间厚度控制采用可移动导梁的形式控制中间摊铺厚度。

    10、混合料的拌和

    混合料用厂拌进行拌和，拌和机械为稳定土拌和机，配备一个水泥罐，和四个进料仓，生产前对各料仓称量装置标定

    采用双卧轴螺旋叶片强制搅拌，能充分地将混合料搅拌均匀，设备计量全部由电脑控制，通过调节四个喂料机的流量，确保混合料的颗粒组成符合配合比要求，水泥计量均能控制在规范的范围内；拌和用水采用饮用水，用水泵抽到拌和楼前蓄水池，再由水泵供应拌和楼用水，水量大小由电控流量阀门控制；施工前，检查场内各处集料的含水量和级配，计算当天的施工配合比，并下发配合比通知单，交由拌和楼拌和施工，根据天气情况，调整实际含水量，外加水与天然含水量的总和要比含水量略高，使混合料在摊铺时的含水量接近值。成品混合料先装入料仓内，存储至料仓2/3，由漏斗出料装车运输，装车时车辆应前后移动，分三次装料，先装车厢前部，再装车厢后部，再装车厢中间，避免混合料离析。

    11、混合料的运输：

    运输车辆采用大型自卸车，运输车辆10辆，在运输过程中需蓬布覆盖，以防水分蒸发过快。

    （1）运输车的运量比拌和能力和摊铺速度略有富余，摊铺机前方有2辆运料车等候卸料。

    （2）连续摊铺过程中，运料车在摊铺机前10-30CM处停住，不得撞击摊铺机，卸料过程中运料车应挂空挡，靠摊铺机推动前进。

    （3）卸料时，先顶起车厢一半，卸完半车料后，再将车厢全部顶起，防止车厢料滑落至摊铺机料斗，待全部料卸完后，车辆挂前进档缓慢驶离摊铺机，并对车厢内进行检查，如有少量残余混合料，将混合料倒在指定地点，废弃不用。

    （4）车辆绕行过程中，经过路口较多，车辆按照指定线路行驶，在道口处设立交通标志，并由专人指挥交通，指挥人员必须穿着反光背心。

    12、混和料的摊铺：

    两台摊铺机间距5-8米成梯队摊铺，左右两侧安装两根自动找平装置利用走钢丝法摊铺。

    （1）摊铺前要洒水保持下承层的湿润，如果气温较高须及时的均匀补充洒水。

    （2）摊铺机起步：摊铺机熨平板下垫松铺厚度的方木先缓慢起步，并用三米铝合金直尺不断检测混合料表面与钢丝绳之间间隙，调整传感器，逐渐达到设定摊铺速度和设计的摊铺厚度。

    （3）摊铺过程中摊铺机要调置状态，调好螺旋布料器两端的料位传感器，并使链板送料器的速度和螺旋布料器的转速相一致，螺旋布料器的料量略高于螺旋布料器中心，以保证熨平板挡板前混合料在全宽范围内均匀分布。摊铺速度根据拌和楼生产能力控制在1.2-1.5米/分钟。

    （4）在施工过程中，遵循拌和能力、运输能力与摊铺机能力相匹配原则，协调各机械的施工功率，杜绝机等料现象出现，运输车辆不能硬碰摊铺机，同时及时清除摊铺机履带下洒落的混合料，保证摊铺机平稳前进，摊铺的混合料未压实前，施工人员不得进入踩踏。

    （5）局部地段粗料过于集中时，允许人工将粗集料铲除，用细集料予以撒铺填补其空隙。

    （6）摊铺机的螺旋布料器应有三分之二埋入混合料中。摊铺机在安装、操作时应采取防止混合料离析措施，如降低布料器前挡板的离地高度。在摊铺机后面设专人消除细集料离析现象，特别应该铲除局部粗集料"窝"，并用新拌混合料填补。

    13、碾压

    1压实成型施工要点：

    ⑴ 碾压时，压路机轮迹应重叠1/2轮宽。碾压时驱动轮朝向摊铺机方向、由路边向路中、先轻后重、先下部密实后上部密实、低速行驶碾压的原则， 压路机倒车应自然停车，无特殊情况，不许刹车；换档要轻且平顺，不要拉动基层。在遍初步稳压时，倒车后尽量原路返回，换档位置应在已压好的段落上，在未碾压的一头换档倒车位置错开，要成齿状，出现个别拥抱时，专配工人进行铲平处理。

    ⑵ 压路机应以均匀的速度碾压。压路机适宜的碾压速度初压、复压、终压及压路机的类型而别，可参照下表通过试铺确定。碾压速度表（km/h）

    路机类型初压复压终压

    振动压路机1.5-1.7——

    振动压路机—1.8-2.2—

    轮胎压路机——1.8-2.2 ⑶ 碾压段长度控制在50-80m。碾压段落层次分明，设置明显的分界标志。

    ⑷ 在碾压过程中，如出现局部弹簧及时挖出换料，如出现松散、起皮现象，人工找平后重新进行整平碾压。

    ⑸ 在碾压过程中，为减少压路机粘轮情况出现，在压路机钢轮上成对角斜拉一条Φ12左右的钢丝绳，刮除钢轮上黏附的水稳集料。皮轮压路机终压时，皮轮喷水进行碾压，根据天气情况及表面干燥程度调整皮轮压路机的喷水量。

    ⑹ 边部碾压：终压完成后，采用一台小型振动压路机对边部进行补压，来回碾压一遍，碾压时喷水碾压，碾压完成后，人工用带长柄的铁板工具将基层边坡拍打密实，并将边线修整平顺。

    ⑺ 严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头和急刹车。

    ⑻ 成型后立即组织验收（标高、宽度、横坡、压实度）

    2压路机碾压方式：

    初压： 1台徐工220振动压路机静压1遍。

    复压： 2台徐工220振动压路机强振5遍。

    终压： 1台胶轮压路机静压1遍。

    14、接缝处理

    横缝应与路面车道中心线垂直设置，接缝断面应是竖向平面。其设置方法：在靠近接头断面处，用3米直尺沿纵向位置，在铺筑层端部的直尺呈悬臂状，以铺筑层与直尺接触处定出接缝位置，拉沿线划出一条直线，用人工切齐后铲除；继续摊铺时应将铲切时留下的残渣扫干净，洒上少量水，摊铺熨平板从接缝后，垫上相应松铺厚度的垫块，起步摊铺；碾压时用振动压路机进行横向压实，从先铺基层上跨缝逐渐移向新铺基层（稳压），然后压路机从接缝位置开始向前推进，沿纵向方向进行碾压。注意施工时，超过两小时停机后，必须将摊铺机移开，并设置施工缝，设置方式同上。

    15、养生及交通管制

    每一段碾压完成后应立即开始养生,不得延误。并用土工布覆盖。在整个养生期间(大于7d) 都使水泥稳定碎石层保持潮湿状态,养生结束后,必须将覆盖物清除干净。

    在养生期间未采用覆盖措施的水泥稳定碎石层上,除洒水车外,应封闭交通。在采用覆盖措施的水泥稳定碎石层上不能封闭交通时,应限制重车通行,其它车辆车速不得超过30 km/ h 。

    五、水泥稳定碎石基层振动成型材料与设备

    1、材料

    （1） 水泥　所用水泥应符合国家技术标准要求,初凝时间应大于4h,终凝时间应在6h以上。

    （2） 集料　采用经过破碎的岩石或卵石，等级分四档：0～2.36mm，2.36～4.75mm，4.75～13.2mm，13.2～31.5mm；综合压碎值小于30%，集料各档级配应根据级配范围的要求合理控制，0～2.36mm集料的0.075通过率不宜大于3%

    （3）水 拌合用水采用洁净饮用水。

    2 、机具设备

    表1　水泥稳定碎石基层现场施工机械设备

    设备名称          单位            型号         数量

    拌和楼             台             WBS－500         1

    摊铺机             台             LTU925           2

    单钢轮压路机       台             徐工220          3

    胶轮压路机         台             XP261            1

    自卸车             台             20t东风          10

    装载机             台             ZL50             2

    洒水车             台                              1

    变压器             台             300KVA           1

    地磅               台             60T              1

    挖掘机             台             60型             1 

    表2　水泥稳定碎石基层现场施工试验设备

    设备名称              型号规格           数量

    振动压实试验机        SYE-2000            1

    数显压力试验机        YEW-300B            1

    电热鼓风干燥箱        101-3A              2

    混凝土钻孔取芯机      HZ-20               1

    负压筛析仪            FSY-150             1

    水泥净浆搅拌机        NJ－160             1

    水泥凝结时间测定仪　                      1

    雷氏夹测定仪　                            1

    雷氏夹　                                  6

    沸煮箱                FZ-31A              1

    水泥胶砂搅拌机        JJ-5                1

    水泥准胶砂振动台      ZT-96               1

    水泥胶砂抗折机        DKZ-5000            1

    数控水泥砼标准养护箱  SHBY-40B            1

    新标准软练试模　                          6

    无侧限抗压力试模      150mm               26

    新标准抗压夹具　                          1

    养护室温湿度自动控制仪  BYS-Ⅲ            1

    电动液压脱模器　                          1

    电子分析天平          FA2004              1

    电子天平              LD20002             1

    电子天平              ACS-15              1

    电子计重秤            ACS-30              2

    标准筛　                                  2

    灌砂筒                φ200mm             2

    路面材料强度试验仪     LD127-Ⅱ           1

    不锈钢蒸馏水器　                          1

    液塑限联合测定仪　                        1

    路面回弹弯沉值测定仪   WC5.4M             2

    压碎值仪　                                1

    规准仪　                                  1

    游标卡尺　                                1

    饱和面干试模　                            1

    滴定台　                                  2

    玻璃器具　                                2套

    3米直尺　                                 1

    表3　劳动力组织表

    序号工程人数                   负责任范围

    1测量员3人                     负责现场施工放样

    2起重工3人                     负责抬导梁等

    3辅助作业工10人                负责边部碾压、混合料离析处理，以及养生及交通管制

    4专职质检员3人                 负责现场质量控制检查、施工记录、资料整理等

    5试验员3人                     负责试验及检测工作

    6安全员1人                     负责现场安全管理

    7技术负责人1人施工技术、       质量等现场总负责

    8项目经理1人施工现场总         负责质量控制

    六、内场质量控制

    1、碎石材料按照2000m3不少于2组的检测频率进行压碎值、含泥量、含水量、针片状含量及筛分等试验检测，保障合格材料的进场。

    2、水泥进场按照每批次或者每200吨的检测频率进行细度、安定性、强度、凝结时间等试验的检验，不合格材料不予使用。

    3、严格控制施工配合比，在施工前必须对场地内原材料进行含水量、筛分试验的检测，根据试验结果，调整施工配合比，并严格按照施工配合比进行配料拌和。

    4、开始拌和后，按规定取混合料试样检查级配和水泥剂量，随时在现场检查配合比、含水量是否发生变化，始终保持现场混和料处于级配状态。

    5、现场质量控制

    严格施工放样、运输、摊铺、碾压、养生的各道施工程序，每道施工工序质检员都严格监督，尤其控制混合料的含水量、压实度、基层的平整度、厚度、平面尺寸等。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。即要求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。

    6、 质量管理

    成立质量管理机构，明确各部门的质量责任，各部门相互协调，层层落实，确保质保体系的正常运作，施工前做好开工条件的准备工作，做好开工的审批，配合比设计的审批工作，施工前做好技术交底工作，所有参加施工人员清楚掌握施工的特点和要素，真正做到心中有数，确保施工过程中的准确性和规范性。

    7、成型后的水泥稳定碎石基层的表明应平整密实，无浮石、弹簧现象，无明显压路机轮迹。水泥稳定碎石基层试验段的质量控制要求见下表。

    8、水稳基层试验段验收技术指标

    检查项目质量要求检查方法和频率要求值或容许误差质量要求频率方法

    压实度

    （%）≥96符合技术规范要求12处/200米/层每处每车道测一点，用灌砂法检查

    平整度

    （mm）12平整、无起伏6处*10尺/200米用3m直尺连续量10尺，每尺取间隙

    纵断高程

    （mm）+5,-15平整顺适1断面/20米每断面3-5点用水平仪测量

    厚度

    （mm）平均值-10均匀一致2处/200米/车道每处3点，路中及边缘任选坑丈量

    单个值-25

    宽度

    （m）不小于设计值边缘线整齐，顺适，无曲折2处/40米用皮尺丈量

    横坡

    （%）±0.36个断面/100米用水平仪测量

    水泥剂量

    %±0.5每2000m312个以上样品EDTA滴定及总量校核拌和机拌和后取样

    级配符合规范范围每2000m22次水洗筛分拌和机拌和后取样

    强度符合设计要求符合设计要求2组/每天7天浸水抗压强度上、下午各一组

    含水量%±2含水量随时烘干法

    七、安全措施

    1、加强对工程施工的安全管理工作，遵守标书、合同和政府有关安全生产的规章制度，施工负责人对本单位的安全工作负责，要做到有针对性的详细安全交底，提出明确安全要求，并认真监督检查。对违反安全规定冒险蛮干的要勒令停工，严格执行安全一票否决制度。

    2、加强机械设备安全技术管理，机械设备的操作人员和起重指挥人员做到经过专门训练，并考试合格取得主管部门颁发的特殊工种操作证后方可独立操作。

    3、施工现场有健全电气安全管理责任制度和严格的安全规程。电力线路和设备的选型需按国家标准限定安全载流量，所在电气设备的金属外壳做到具备良好的接地或接零保护，所有的临时电源和移动电具安装有效的漏电保护装置，做到经常对现场的电气线路、设备进行安全检查，对电气绝缘、接电零电阻和漏电保护器是否完好，指定专人定期测试。

    4、施工现场应设置安全警告牌，专人疏导指挥车辆，进入施工现场须戴好安全帽。

    5、建立安全检查制度，工区专职安全员负责对现场施工人员进行安全生产教育和对安全制度的学习，组织定期安全检查，发现问题及时整改，执行按月评比，增强全休职工安全意识和自我保护观念。

    6、针对本工程特点，施工外部和内部环境以及业主的有关要求，制定各工序具体的安全技术交底，并履行签字手续，下达作业计划的同时下达安全防护要求。

    7、在施工区域和生活区域及道上设置照明系统，保证夜间照明和生活用电。

    8、加强工地临时施工便道的保养工作，教育司机遵守交通规则，文明驾驶，并加强车辆的维修保养工作。

    9、施工区域内按照有关防火要求布置临时设施，配备足够数量的消防器材，并设立明显的防火标志。

    10、加强同气象部门的联系，注意气象预报，及时掌握气候变化情况，搞好预防措施，避免恶劣天气造成人员伤亡和财产损失。

    八、 环保措施

    1 、扬尘控制

    混合料拌和场内的水泥储存罐的设置与相邻设施保持一定距离,以免水泥进罐时的压力泵启动时的扬尘影响，细集料卸料时的扬尘较小。

    2 、噪音控制

    考虑拌和机，装载机的实际分贝，合理设置与其它设施的间隔距离

    3、 废水、废气、废渣

    本工业产生的上述物质均符合环保要求

    九 效益分析

    1、从短期看，用水泥稳定碎石材料振动成型基层施工工法和常规的施工方法比较，少量增加施工成本，但从延长整个路面使用寿命，减少高速公路的运营养护成本，综合效益显著，在路面设计使用年限内，工程实例中双向六车道高速公路产生经济效益为144.5万元/公里，双向四车道高速公路产生经济效益为94.5万元/公里。

    2、通过本工法施工的水泥稳定碎石基层，使经常困扰的基层裂缝问题得到有效解决，由原来裂缝平均间距7~8m变为1000m左右，基层无侧限的强度、干密度等质量指标提高。

    3、本工法施工时，增加了2遍，由于材料级配优化，节约水泥用量18Kg/M3，

    减少运营期间大中修，综合各种因素，具有节能降耗作用。

    4、基层振动成型法设计施工能够有效减少反射裂缝及提高路面使用寿命，推迟2年大中修，将显著提高道路通行能力和服务水平，提高公路使用者的满意度，并在一定程度上提高交通行业在人民群众中威信和地位，社会效益显著。

    十、应用实例

    实例一：黄衢南高速公路一期（浙江段）工程A5合同为为浙江省交通工程

    建设集团有限公司承建，起点桩号为K122+900，路基工程终点桩号为K136+220，路面工程全长37.14KM，主线（四车道）水泥稳定碎石基层铺筑长度为32.568M，其中32cm水泥稳定碎石底基层940807M2，20cm水泥稳定碎石基层922842M2。按此工法施工底基层和基层。各项质量、降耗指标优于传统施工，社会效益明显。

    实例二：申嘉湖杭高速公路地处杭嘉湖冲击平原，其中J12路面合同由浙江省交通工程建设集团承建。原路面设计为传统重型击实设计，经过申嘉湖杭高速公路嘉兴段工程建设指挥部组织的《水泥稳定碎石振动成型法设计和施工技术研究》课题研究阶段成果，决定在J12合同采用水泥稳定碎石振动成型法施工基层和底基层。J12合同用此方法共完成了底基层113299M2，下基层114920M2，上基层130708M2，合计358927M2， 单幅单层累计长度22115米。 各项质量、降耗优于传统施工，社会效益明显