淺析高速公路基層施工中的離析現(xiàn)象

魏列江

【摘 要】結(jié)合在高速公路基層施工施工過程中，骨料離析是水泥碎石基層施工中比較常見的問題之一，在施工過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)局部離析現(xiàn)象，在細(xì)集料相對(duì)含量較少粗集料較多的部位空隙較大，板體性差、容易滲水，極易發(fā)生早期破壞，特別是在骨架密實(shí)型中較為突出。離析產(chǎn)生的原因涉及到基層施工中各個(gè)環(huán)節(jié)。本文從施工角度，對(duì)基層施工中離析現(xiàn)象原因及控制措施進(jìn)行闡述：以人、機(jī)、車，原料的生產(chǎn)、混合料的拌合、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓等環(huán)節(jié)為出發(fā)點(diǎn)，通過合理的調(diào)整、配置、有條件改造等手段減少公路基層施工中的離析現(xiàn)象，從而保障基層施工質(zhì)量，順應(yīng)現(xiàn)代公路施工發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】高速公路；水穩(wěn)基層；離析機(jī)理；控制技術(shù)

0 引言

自“十二五”以來，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程逐步加快，道路建設(shè)越來越引起國(guó)家各個(gè)職能部門的高度重視，國(guó)家高速公路的“7918”網(wǎng)逐步建成并投入部分使用，甘肅省的高速公路總體布局網(wǎng)也基本建成并開始投入運(yùn)營(yíng)，國(guó)家有關(guān)部門對(duì)道路工程的建設(shè)質(zhì)量提出更高的要求。

基層作為道路結(jié)構(gòu)中的主要承重層，在道路各個(gè)結(jié)構(gòu)層中占據(jù)著非常重要的地位，其質(zhì)量控制的好壞直接影響公路的使用壽命，進(jìn)而造成瀝青路面的早期破壞，迫使某些要道中斷。作為公路建設(shè)者更應(yīng)該重視基層的質(zhì)量控制，水泥穩(wěn)定碎石基層作為半剛性基層具有承載力高、整體強(qiáng)度好、板體性好、水穩(wěn)性好、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，在高速公路基層結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。離析問題是水泥穩(wěn)定碎石施工中比較常見又難于控制質(zhì)量問題之一，施工所使用的材料、機(jī)械、技術(shù)人員等因素很容易造成離析現(xiàn)象的發(fā)生，本文從十堰至天水國(guó)家高速公路甘肅段十天路面三標(biāo)施工過程中，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)、體會(huì)從而對(duì)離析現(xiàn)象的危害、離析產(chǎn)生的原因及采取的質(zhì)量控制措施加以分析。

1 水泥穩(wěn)定碎石基層離析產(chǎn)生的危害

1.1 基層強(qiáng)度降低

離析改變了集料的連續(xù)級(jí)配，使骨料間的空隙得不到細(xì)集料的有效填充，致使基層間的骨料與細(xì)集料不能合理的達(dá)到受力要求，導(dǎo)致各部位的彈性模量各向異性，使基層強(qiáng)度降低。

1.2 整體性差

在局部有離析的地方，粗骨料集中、孔隙率增大，碾壓過程中極易使某些集料被壓碎，水泥石不能均勻包裹集料，難以形成玻璃體使集料間相互膠結(jié)難以整體板結(jié)。

1.3 水穩(wěn)性差

形成離析的地方，孔隙率較大，密實(shí)度差，積水容易下滲，形成毛細(xì)現(xiàn)象，特別是在經(jīng)過幾次凍融循環(huán)與熱脹冷縮后容易產(chǎn)生微觀裂縫（水結(jié)冰體積增加10%），導(dǎo)致基層松散損壞。

1.4 平整度降低

形成離析的地方，由于改變了集料的級(jí)配，導(dǎo)致松鋪系數(shù)降低壓實(shí)系數(shù)改變，致使平整度降低。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層離析產(chǎn)生的原因

水泥穩(wěn)定碎石基層離析產(chǎn)生的原因有其內(nèi)因與外因組成。內(nèi)因是：水泥穩(wěn)定碎石基層是由幾種不同粒徑的碎石摻配而成，碎石粒徑相差較大，在拌合前處于原始的混合狀態(tài)，集料間沒有形成勻質(zhì)體；而水泥作為穩(wěn)定劑，在施工期間骨料之間粘附性很小，導(dǎo)致離析傾向較大，所以說集料粒徑的差別、級(jí)配不合理、水泥分布不均勻是產(chǎn)生離析的內(nèi)因；外因是：相關(guān)研究表明混合料中最大粒徑越大離析的可能性就越大，級(jí)配曲線愈接近最大密度線離析的可能性愈小；外力作用于碎石顆粒，受力的大小與方向不同是離析產(chǎn)生的外因。水泥劑量與種類、含水量、溫度等因素是產(chǎn)生離析的部分原因。

從施工方面看，在機(jī)械施工中造成離析的現(xiàn)象是有規(guī)律的，人為在控制中失誤造成的離析沒有規(guī)律可講，下面結(jié)合十天路面三標(biāo)1#拌合站施工的實(shí)際情況，對(duì)容易導(dǎo)致水穩(wěn)碎石基層離析的原因進(jìn)行分析：

2.1 原材料選用

（1）隨意更換料源，導(dǎo)致級(jí)配發(fā)生變化，料場(chǎng)的不同使原材料的差異性增大，如壓碎值、粘附性、粒徑相對(duì)含量變化。路面三標(biāo)所用的料為青羊峽與后川兩個(gè)料場(chǎng)所生產(chǎn)的料。

（2）碎石堆放不合理，沒有分層堆放，大粒徑顆粒從高處滾落到料堆周圍，導(dǎo)致粗骨料集中。不同規(guī)格的料倉(cāng)隔墻高度不同，導(dǎo)致混料。在拌合樓拌混合料之前就已經(jīng)混合了，級(jí)配發(fā)生變化。相關(guān)研究表明集料10-20mm在關(guān)鍵篩孔處通過率平行試驗(yàn)變異性相對(duì)其他規(guī)格集料較大，而且在堆料時(shí)更容易發(fā)生離析。十天路面三標(biāo)嚴(yán)格按項(xiàng)目辦要求，料倉(cāng)隔墻3.0m不會(huì)導(dǎo)致混料、每種料都分層堆放而且都用土工布覆蓋。

（3）碎石表面在生產(chǎn)過程中表面包裹了過多的雜質(zhì)，不能與水泥等膠結(jié)材料很好的結(jié)合在一起，導(dǎo)致離析。

（4）水泥初凝、終凝時(shí)間過早，待壓路機(jī)未壓完，成品料表面風(fēng)干骨料裸露在表面，容易發(fā)生離析現(xiàn)象。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

由于水泥穩(wěn)定碎石基層存在收縮裂縫難以控制（包括干縮、溫縮）的問題，所以不少高速公路基層設(shè)計(jì)中普遍采用了控制基層強(qiáng)度、降低水泥用量、限制4.75mm以下細(xì)集料的含量，采用骨架密實(shí)型級(jí)配進(jìn)行設(shè)計(jì)。十天路面也運(yùn)用此類方法，在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行了調(diào)整，導(dǎo)致基層拌合料出現(xiàn)離析的概率增大，相應(yīng)的對(duì)施工做了更高的要求，施工時(shí)嚴(yán)格控制基層、底基層水泥摻量且抗壓回彈模量、強(qiáng)度不宜過大。

2.3 拌合過程

裝載機(jī)在裝料過程中，一般由下端開始鏟料，粗骨料自然下落堆積在料堆下面，致使料不均勻性很大。

料倉(cāng)間的隔板高度不足，導(dǎo)致相鄰兩個(gè)料倉(cāng)串料。

皮帶輸送機(jī)傾角過大，輸送皮帶的線速度過大，導(dǎo)致粗骨料滾落到底端使料的不均勻性又有變化，造成粗骨料集中。

穩(wěn)拌機(jī)拌合樓操作不嚴(yán)，開停機(jī)間隔較大，拌缸葉片間距過大、過小使在生產(chǎn)成品料時(shí)不均勻。拌合時(shí)含水量控制不嚴(yán)（3.5%-4.2%）、水泥劑量偏低（3%-7%）產(chǎn)生離析現(xiàn)象。含水量過大導(dǎo)致在拌合過程中出漿；在壓實(shí)過程中沾輪、唧漿，導(dǎo)致水泥等膠結(jié)材料減少，增大離析的概率。含水量過小，致使拌合不均勻，使集料間抱團(tuán)，離析現(xiàn)象極易發(fā)生。

成品料的料倉(cāng)與車的落差較大，在裝料時(shí)粗集料在車廂下面，再加上裝料時(shí)不能分層裝，致使離析發(fā)生。

2.4 運(yùn)輸過程

從料倉(cāng)下落到車廂，料的堆放呈圓錐形部分粗集料滾落到底部，使離析發(fā)生，造成骨料抱團(tuán)。

在運(yùn)輸過程中，道路的不平整性，使料間的摩擦力與機(jī)械咬合力不能滿足自身的穩(wěn)定性，導(dǎo)致集料間相互運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生離析。

運(yùn)輸車向攤鋪機(jī)料斗卸料時(shí)，油缸升起速度過慢，且粗集料滾落到料倉(cāng)周圍，在攤鋪機(jī)的料倉(cāng)收料倉(cāng)時(shí)，粗集料在周圍進(jìn)入刮板時(shí)使成品料發(fā)生二次離析。

2.5 攤鋪過程

攤鋪過程中發(fā)生離析主要有以下表現(xiàn)形式：橫向離析、縱向帶狀離析、豎向鋪筑離析、窩狀堆積離析。

攤鋪機(jī)的送料是有刮板、螺旋分料器將成品料布在熨平板前這兩個(gè)環(huán)節(jié)，刮板不能進(jìn)行集料的攪拌，而螺旋分料器通過螺旋與成品料之間的外摩擦力與混合料內(nèi)在的內(nèi)摩擦力相互作用形成反摩阻力對(duì)成品料進(jìn)行二次攪拌。

目前，國(guó)產(chǎn)的攤鋪機(jī)最大的問題是功率不足，其原因是：攤鋪機(jī)負(fù)荷較大，轉(zhuǎn)速達(dá)到2000轉(zhuǎn)到2200轉(zhuǎn)時(shí)攤鋪機(jī)自振雖不是很明顯但能感覺到，施工時(shí)我們作為施工單位盡量將油耗降低將螺旋葉片位置上調(diào)或用小直徑葉片。在施工時(shí)由于攤鋪機(jī)操作手疏忽，供料不足導(dǎo)致葉片的埋深不夠，未能充分發(fā)揮螺旋分料器的二次攪拌作用。以及螺旋分料器托架對(duì)供料的阻礙導(dǎo)致橫向離析的發(fā)生。

豎向離析主要是布料倉(cāng)中的前擋板位置過高，或供料不及時(shí)致使粗料滾落，以及螺旋送料器外端未能充分將料進(jìn)行二次攪拌使成品料從側(cè)擋板處自然滾落導(dǎo)致離析。

縱向離析主要發(fā)生在左右螺旋粉料器中縫處，由于路幅較寬我們采用雙機(jī)聯(lián)鋪、兩輛攤鋪機(jī)相互搭接處，螺旋送料器的支腿處。由于螺旋驅(qū)動(dòng)箱的影響，左右螺旋間有50cm距離致使該處不能得到攪拌只能自然下落來填充形成一條帶狀離析。

攤鋪機(jī)送料器先將中間的料送到刮板處，然后在收料斗時(shí)才將兩側(cè)堆得粗集料送到刮板處形成窩集離析。

2.6 碾壓過程

碾壓過程中，振動(dòng)式鋼輪壓路機(jī)出現(xiàn)的推移、波浪、起皮，有輕微的推移屬正常現(xiàn)象。由于鋼輪作用在松鋪的混合料上，會(huì)推移混合料稍稍移動(dòng)；由于下承層的不平整、成品料過細(xì)缺少骨料會(huì)出現(xiàn)推移。碾壓彎道時(shí)沒有從內(nèi)側(cè)向外側(cè)，碾壓直線段沒有從路基邊緣向中分帶等。

在振動(dòng)碾壓過程中細(xì)集料下沉，粗集料裸露在表面被壓碎且含水量較少時(shí)10-20mm出現(xiàn)在表面的較多，壓實(shí)系數(shù)的差異出現(xiàn)波浪。

成品料中含水量較大、含泥量較大會(huì)出現(xiàn)起皮。

2.7 灑水養(yǎng)生過程

在未達(dá)到強(qiáng)度時(shí)，灑水車在上面掉頭，會(huì)使一部分成型路段被磨耗掉，粗料被裸露在表面，水泥在進(jìn)行膠結(jié)時(shí)其終凝時(shí)間提前；堿骨料反應(yīng)時(shí)內(nèi)應(yīng)力增加細(xì)集料不能很好的填充在骨料之間形成骨架密實(shí)型也會(huì)出現(xiàn)離析。

3 離析的預(yù)防與控制措施

在水泥穩(wěn)定碎石基層施工過程中，我們要從各個(gè)環(huán)節(jié)入手，針對(duì)性的采取一系列控制措施，減少離析現(xiàn)象的發(fā)生，降低離析現(xiàn)象對(duì)公路耐久性的影響，具體我們十天路面三標(biāo)1#拌合站采取的措施如下：

3.1 加強(qiáng)原材料的采購(gòu)與試驗(yàn)檢測(cè)工作

在考察料源時(shí)，我們選擇大型碎石場(chǎng)（我們選擇后川、青羊峽），要求碎石場(chǎng)在架立篩子時(shí)相鄰篩孔布置范圍不超過5mm。在配合比確定后，盡量不要更改料源，若料源發(fā)生變化及時(shí)通知工地實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行料的檢測(cè)工作與重心優(yōu)化配合比。

在各種粒徑的碎石進(jìn)場(chǎng)前，要與實(shí)驗(yàn)室相互協(xié)調(diào)并做好材料采購(gòu)、檢測(cè)管理臺(tái)賬，未經(jīng)檢驗(yàn)不得使用，并做好廢料堆放區(qū)。

建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的存料區(qū)，并對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行硬化。不同粒徑料分開堆放并建立隔墻，在堆放同種粒徑碎石時(shí)應(yīng)堆成臺(tái)階狀，每層層高不得超過1.5m做到“條直層平”，裝載機(jī)在鏟料時(shí)從下往上，料斗子不能裝的太滿。

3.2 精心設(shè)計(jì)配合比

在滿足規(guī)范與設(shè)計(jì)的要求下，不改變骨架密實(shí)型的前提下，我們考慮對(duì)混合料的級(jí)配做適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，將粗骨料含量適當(dāng)降低，增加細(xì)集料的含量，另外對(duì)超粒徑的碎石含量進(jìn)行剔除。

3.3 合理的施工流程與高性能機(jī)械組合

3.3.1 合理的施工流程

路基交驗(yàn)→測(cè)量放線→定位支模→清掃下承層→開工報(bào)驗(yàn)→廠拌混合料→實(shí)驗(yàn)室取樣檢測(cè)→成品料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)→攤鋪→碾壓→自檢→養(yǎng)生→互檢→交叉檢→成型。

3.3.2 選擇高性能穩(wěn)拌機(jī)

選用高性能拌合設(shè)備，能提高其控制精度，且能滿足連續(xù)生產(chǎn)任務(wù)。在進(jìn)行拌合樓安裝時(shí)皮帶輸送機(jī)傾角要平緩，拌缸長(zhǎng)寬比不小于2，成品料倉(cāng)出料口要有2個(gè)，成品料倉(cāng)出料口與車廂的距離控制在2m之內(nèi)。

在各個(gè)配料倉(cāng)之間加上隔板，防止串料，裝載機(jī)上料時(shí)不能緊貼料倉(cāng)。

拌合樓在生產(chǎn)時(shí)務(wù)必要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，水泥與水的含量要準(zhǔn)確，當(dāng)料源發(fā)生改變時(shí)應(yīng)重心標(biāo)定。在每天開盤時(shí)應(yīng)有監(jiān)理工程師簽字，實(shí)驗(yàn)室要燒出其含水量，來控制成品料的合格性。

3.3.3 運(yùn)輸車輛的控制

在自卸車裝料時(shí)，由于粗集料最先或最后才落入車廂，形成的粗集料較為集中，所以我們要分三次裝成“品”字形來減少離析。

盡可能采用大容量的自卸車裝料，減少離析現(xiàn)象的發(fā)生。自卸車在運(yùn)輸過程中盡量少用剎車，保證便道平順。

每個(gè)車必須有帆布覆蓋成品料。

3.3.4 選用高性能攤鋪機(jī)

在鋪筑水泥穩(wěn)定碎石基層時(shí)盡量選用大功率攤鋪機(jī)（ABG8820功率為182KW它與DT系列的攤鋪機(jī)相差甚遠(yuǎn)，DT系列的配置了原裝進(jìn)口的依維柯共軌電噴供油、電子調(diào)速發(fā)動(dòng)機(jī)其功率在200-269KW），路幅較寬時(shí)我部采用雙機(jī)連鋪，雙機(jī)連鋪時(shí)搭接至少0.5m。

攤鋪機(jī)的螺旋分料器應(yīng)做如下調(diào)整：為保證厚度的情況下，葉片下緣與下承層的距離盡量減小，選用較大直徑的葉片，降低轉(zhuǎn)速，在螺旋分料器兩側(cè)裝上反向葉片充分發(fā)揮二次攪拌作用。攤鋪機(jī)前進(jìn)速度控制在2.0m，使熨平板能均勻向前，防止掉料。

攤鋪機(jī)前擋板裝上橡膠板，螺旋布料器內(nèi)應(yīng)有三分之二的料將螺旋覆蓋防止豎向離析。

攤鋪機(jī)每次收料斗時(shí)，盡量收半，專門派人對(duì)料斗進(jìn)行清理。

安排專人對(duì)雙機(jī)連鋪搭接處的地方進(jìn)行收拾，及時(shí)清理離析，并將粗集料挖出后用細(xì)集料撒上。

在攤鋪機(jī)后面安排專人及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)小面積離析，應(yīng)立即人工處理。若發(fā)現(xiàn)粗集料窩狀離析，應(yīng)立即鏟除，用新拌合料填補(bǔ)，注意填補(bǔ)厚度，保證與周圍在同一平面。

3.3.5 合理的碾壓工藝

在鋪筑水泥穩(wěn)定碎石基層時(shí)，選擇合適的碾壓工藝，能降低離析現(xiàn)象發(fā)生的概率。在混合料攤鋪50m以上時(shí)，壓路機(jī)即可對(duì)攤鋪全寬范圍內(nèi)進(jìn)行壓實(shí)工作。壓路機(jī)應(yīng)先慢后快、先靜壓后振動(dòng)的原則。碾壓直線段時(shí)，由路肩側(cè)向中分帶方向碾壓，碾壓彎道時(shí)，有內(nèi)側(cè)向外側(cè)碾壓，并且重疊二分之一輪寬。相鄰兩個(gè)碾壓段落的接頭錯(cuò)成橫向45°的階梯狀碾壓速度先慢后快使離析發(fā)生的概率相對(duì)降低。

3.3.6 養(yǎng)生

碾壓完成經(jīng)檢驗(yàn)合格后，立即用土工布在鋪筑成型的基層上全寬覆蓋，并交通車輛在上面通行或掉頭，以免造成基層表面破壞，使部分粗集料裸露在外表，產(chǎn)生離析。

4 結(jié)束語(yǔ)

基層作為道路的主要承重層，在道路各個(gè)結(jié)構(gòu)層中都有十分重要的地位，所以基層的好壞關(guān)系到道路質(zhì)量與使用壽命。水泥穩(wěn)定碎石基層離析的發(fā)生會(huì)降低其質(zhì)量與板體性，這就要求我們技術(shù)人員增強(qiáng)施工中的質(zhì)量問題，嚴(yán)格控制在施工的各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的離析，避免離析的發(fā)生，即使發(fā)生我們也要把它降到最低，保證質(zhì)量的可靠性。以上就是我的見解，希望大家共勉！

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[責(zé)任編輯：王楠]