高海拔地區(qū)道路水泥穩(wěn)定粒料基層冬季施工防凍措施初探

文朝華

（云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650101）

自1997年麗江古城申報世界文化遺產(chǎn)成功，麗江以其獨特的文化底蘊及雄奇的自然風(fēng)光吸引了大批中外游客，旅游事業(yè)不斷升溫，目前已成為我國乃至世界最熱門的旅游勝地之一。由于玉龍雪山是北半球緯度最南的一座雪山，其主峰扇子陡，雖然海拔只有5596米，由于特別陡峻，以及其他原因，至今尚未被人類征服，加上一些神奇的傳說，使其蒙上了一層神秘的色彩，因此，凡到麗江旅游的中外游客，十有八九要前往玉龍雪山一游。麗江縣玉河橋至甘海子旅游公路，是麗江縣城通往主要景點之一-玉龍雪山的唯一通道，原有的三級公路，早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)旅客的需要，特別是在旅游黃金季節(jié)，進(jìn)入玉龍雪山的車輛排成長龍，最多時長達(dá)數(shù)公里，堵車現(xiàn)象十分嚴(yán)重。

2001年，經(jīng)國家計委立項批準(zhǔn)玉甘線改擴(kuò)建為二級公路。玉甘線全長23.32KM（含延長線2.3KM）。該路線起點位于麗江縣北玉河橋，經(jīng)文榮至甘海子，止于甘海子埡口。位于東經(jīng) 100°12′至東經(jīng) 100°16′和北緯 26°54′至27°12′之間，沿線所經(jīng)地區(qū)屬青藏高原尾部橫斷山脈的玉龍山麓。該線最低海拔2446.67M，最高海拔為3082.76M。該線屬溫寒地區(qū)，終年無酷暑，最高氣溫28℃，冬季（12月至2月上旬）最低氣溫為-8℃～-10℃。

2001年12月，通過招、投標(biāo)，云南建工集團(tuán)總公司麗江項目部中標(biāo)承建C標(biāo)K14+800～K21+000路基工程，2001年12月28日開工；2003年3月4日，又中標(biāo)承建白沙壁畫至玉峰寺三級公路一合同段全長2.9km的路基、路面工程。在路基工程施工期間，由于2002年全球氣候受“厄爾尼諾”現(xiàn)象影響，麗江雨季不但來得早，且雨季時間長，雨水頻多，給路基及橋涵等構(gòu)造物施工帶來很大困難，延長了路基施工時間。2002年10月24日經(jīng)過招、投標(biāo)，本項目部又中標(biāo)承建B標(biāo)K11+000～K21+000段路面工程及延長線整體工程。此時離業(yè)主要求路面工程通車日期2003年元月25日只剩下三個月，且已進(jìn)入冬季。

玉甘線B標(biāo)路面工程，設(shè)計路面結(jié)構(gòu)為17cm厚級配碎石底基層，25cm厚水泥穩(wěn)定粒料基層，5cm厚粗粒式黑色碎石，3cm厚細(xì)粒式瀝青混凝土面層，總厚度50cm。本合同段為上行線，路面寬8.5m，路面總面積79126m2，水泥穩(wěn)定土粒料為天然砂礫，其級配經(jīng)剔除粒徑大于8cm粗骨料后符合設(shè)計要求，水泥含量設(shè)計為5%。

白沙壁畫至玉峰寺三級旅游公路，設(shè)計路面結(jié)構(gòu)為23cm厚天然砂礫底基層，12cm厚級配碎石基層，18cm厚水泥穩(wěn)定土上基層，4cm厚粗粒式黑色碎石，2.5cm厚細(xì)粒式瀝青混凝土，總厚度59.5cm。

根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)氣候低于5℃時，不宜進(jìn)行水泥穩(wěn)定層的施工。玉甘線B標(biāo)到轉(zhuǎn)入水穩(wěn)施工時，已是2002年11月24日，施工區(qū)內(nèi)每日凌晨，氣溫已降至0℃以下，一出現(xiàn)降霜與薄冰。業(yè)主與監(jiān)理工程師均擔(dān)心在此季節(jié)進(jìn)行水穩(wěn)層施工會產(chǎn)生凍害影響工程質(zhì)量，但又顧及縣政府領(lǐng)導(dǎo)要求兩條旅游公路必須在2003年元月25日建成通車，確保春節(jié)黃金周車輛暢通，具有重要的政治意義與經(jīng)濟(jì)意義，鑒于以上情況，我們進(jìn)行了認(rèn)真的分析研究。

1 水泥穩(wěn)定土的防凍機(jī)理探討

我們認(rèn)為，不但水泥穩(wěn)定土，包括水泥混凝土及水泥砂漿，在低溫條件下（氣溫5℃以下）不是絕對不能施工，采取相應(yīng)的防凍技術(shù)措施仍可進(jìn)行施工。在建筑工程方面，采取各種防凍措施進(jìn)行冬季施工在國內(nèi)外已應(yīng)用多年。在道路工程方面，由于道路是大面積暴露在大氣中，防凍技術(shù)措施與建筑工程有所不同，關(guān)于水泥穩(wěn)定土路面基層在高海拔地區(qū)冬季氣溫低于0℃進(jìn)行施工的實例尚不多見。我們考慮穩(wěn)定土是以水泥作為膠結(jié)材料，水泥在加水發(fā)生水化作用過程中，會產(chǎn)生水化熱，根據(jù)云南建工混凝土有限公司試驗室大量的試驗材料，水泥膠砂絕熱溫升普遍在28h～30h達(dá)到峰值，平均在53℃左右，3d(72h)保持在30℃以上。經(jīng)水泥混凝土在結(jié)構(gòu)厚度為700mm常溫條件下，14d其上部溫度仍達(dá)到27℃.我們分析：水泥穩(wěn)定土水泥含量較水泥混凝土及水泥砂漿少得多，所產(chǎn)生的水化熱要小得多，且水穩(wěn)料路面基層大面積暴露在大氣中，散熱較快，但畢竟會產(chǎn)生水化熱。同時，因水穩(wěn)料水泥含量少，所需要的水也少，配水量僅略多于水泥發(fā)生水化作用所需水量，不像水泥混凝土或水泥砂漿為了滿足施工所需的和易性加入遠(yuǎn)高于水化作用所需水量，因此在氣溫低于0℃時水穩(wěn)料發(fā)生凍害的程度也遠(yuǎn)低于水泥混凝土或水泥砂漿。如果我們在施工中充分利用水泥在發(fā)生水化作用時產(chǎn)生的水化熱這一有利因素，并采取有效的保溫措施，是可以防止水穩(wěn)料在氣溫低于0℃時發(fā)生凍害，即使發(fā)生凍害，也僅限于表層，不致明顯影響水穩(wěn)層的整體強(qiáng)度。如采取有效的防凍技術(shù)措施，在高海拔地氣溫條件下是可以進(jìn)行水穩(wěn)層施工的。

2 水泥穩(wěn)定粒料路面基層的防凍技術(shù)措施

基于以上分析，我們針對高海拔地區(qū)水穩(wěn)粒料路面基層的特點，果斷地確定如下防凍技術(shù)措施，進(jìn)行冬季施工。

2.1 嚴(yán)格控制水穩(wěn)混合料的含水量

一般水泥穩(wěn)定土混合料的總含水量控制在8%左右，我們在鋪試驗段時，將混合料的總含水量控制在6.0以內(nèi)，經(jīng)取樣進(jìn)行7d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，R值達(dá)到3.9Mpa，高于設(shè)計要求的2.0Mpa近一倍，隨后進(jìn)行的鉆芯取樣，效果也很好，因此全面鋪開施工。在全合同段水穩(wěn)層的施工過程中，我們共做含水量試驗44組，混合料含水量在5.5%～6.2%之間，平均值為5.9%，接近試驗最佳含水量5.8%。

2.2 加強(qiáng)水穩(wěn)層的壓實工作

施工時采用三臺BZ-16振動壓路機(jī)（自重16t加激振力300KN）進(jìn)行壓實作業(yè)。經(jīng)試驗確定振壓八遍，先由邊向中靜壓兩遍，然后加150KN激振力壓兩遍，再加300KN激振力壓四遍，使壓實度達(dá)到設(shè)計要求的壓實度98%以上，將水穩(wěn)料中的“自由水”擠壓出來，并防止路基及級配碎石底基層中“毛細(xì)水”及地表水滲入水穩(wěn)層，從而盡量消除冰凍源。施工中我們共在施工現(xiàn)場取樣作壓實度試驗220個，代表值為98.7%，由于水穩(wěn)層碾壓足夠密實，提高了水穩(wěn)層的整體強(qiáng)度，同時也提高了水穩(wěn)層的抗凍能力。

2.3 采用有效的保溫措施

每日下午攤鋪作業(yè)結(jié)束采用0.1mm厚聚乙烯塑料薄膜及干草席對已攤鋪壓實的水穩(wěn)層進(jìn)行雙層覆蓋保溫。由于塑料薄膜密不透氣，有如農(nóng)業(yè)上采用的大棚一樣，起到了溫室作用，即將水化熱擋在水穩(wěn)層面上，起到了較好的保溫作用，又將水化熱帶出的水蒸氣擋住，在塑料薄膜下凝固成水珠，對水穩(wěn)層起到養(yǎng)生作用，而覆蓋在塑料薄膜上的干草席，像給水穩(wěn)蓋了一床被子一樣，既加強(qiáng)了保溫作用，又擋住凌晨氣溫下降0℃附近的降霜。

2.4 嚴(yán)格控制作業(yè)時間

經(jīng)試驗檢測，麗江玉峰水泥廠提供的道路32.5水泥的初凝時間為3小時零5分鐘，終凝時間為5小時50分鐘。因此水穩(wěn)混合料配料、運輸、攤鋪碾壓必須在3小時內(nèi)完成，最好在冰凍以前達(dá)到終凝。據(jù)此確定了收工時間：18：00～18：30 拌料結(jié)束，18：30～21：30運輸、攤鋪、碾壓、覆蓋完成收工。這樣在凌晨1點降霜以前保證水穩(wěn)層的終凝。

2.5 科學(xué)養(yǎng)生

因施工正處于冬季，雖在整個施工過程中均遇到晴好天氣，但太陽不辣，又有塑料薄膜及干草席覆蓋，水穩(wěn)層中的水分難以蒸發(fā)，在塑料薄膜覆蓋下的水穩(wěn)層表面始終處于濕潤狀態(tài)，因此我們在水穩(wěn)層攤鋪壓實覆蓋后的第二天中午，掀開覆蓋層，灑少量水養(yǎng)生。防止過多的養(yǎng)生水對水穩(wěn)層產(chǎn)生凍害，灑水后，立即進(jìn)行覆蓋，采用這樣的方法養(yǎng)生3天。

3 防凍效果

以上技術(shù)措施，通過試驗段的施工，其初步效果，得到了業(yè)主代表及監(jiān)理工程師的贊同，隨即展開進(jìn)行大面積施工。玉甘線B標(biāo)在施工過程中共取樣215組，進(jìn)行7d齡期無限抗壓強(qiáng)度試驗，其代表值達(dá)到3.5Mpa，大于設(shè)計2.0Mpa。經(jīng)作彎沉試驗，其代表值為20.2（1/100mm），遠(yuǎn)低于設(shè)計值 43.65（1/100mm），說明整個路面的施工質(zhì)量得到了較好的控制與保證。

為了進(jìn)一步探索冬季進(jìn)行水泥穩(wěn)定土路面基層施工的經(jīng)驗，我們共取了18個試樣，采用在露天覆蓋塑料薄膜與草席的保溫措施，養(yǎng)生7天，即模擬在氣溫-2℃～-7℃自然條件下，可能發(fā)生的凍害對水穩(wěn)層強(qiáng)度影響（施工期間，設(shè)在甘海子收費站右側(cè)的拌合場凌晨氣溫實測值最高為-2℃，最低為-7℃）。經(jīng)進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗，抗壓強(qiáng)度值見表1：

表1 低溫自然條件下水穩(wěn)料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度表

與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果對照：3.37÷3.5×100%=96%

試驗結(jié)果表明：在采用了降低含水量等技術(shù)措施后，在氣溫為-2℃～-7℃時強(qiáng)度僅降低4%，說明凍害對低水泥含量、低含水量的水泥穩(wěn)土路面基層的影響不像人們原來想象的那樣嚴(yán)重，在氣溫不低于-10℃時，采取如上技術(shù)措施,冬季可以進(jìn)行水泥穩(wěn)定土路面基層的施工。

經(jīng)過24天的施工，于2002年12月28日完成了玉甘線B標(biāo)水穩(wěn)層的施工，隨即鋪筑白沙至玉峰寺2.9km三級旅游公路水穩(wěn)層路面基層的施工，使兩條公路均按期在2003年元月25日建成通車，保證了春節(jié)黃金周旅游車輛暢通，為發(fā)展麗江的旅游事業(yè)做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]張軍校.高海拔地區(qū)凍土路基病害分析及應(yīng)對措施探討[J].工業(yè)設(shè)計，2011.06.15.

[2]于常永.凍土路基病害分析及應(yīng)對措施探討[J].科技傳播，2011.08.23.

[3]陳蓓，孫輝，秦紀(jì)洪，馬睿.高寒地區(qū)道路工程的生態(tài)效應(yīng)及其生態(tài)恢復(fù)研究進(jìn)展[J].四川環(huán)境，2009.04.26.