高速公路路面基层底基层施工技术质量控制.docx

高速公路路面基层（底基层）施工
技术质量控制

[摘要] 随着水泥稳定碎石在高速公路路面基层（底基层）的广泛应用，同时也暴露出许多强度不足、局部松散破碎、干缩裂缝等问题。本文从基层（底基层）技术要求及特点、材料标准试验、施工技术质量控制、检查验收与质量评定、通病及处理方法等方面作了阐述。

水泥稳定碎石路面基层（底基层）属半刚性结构层，具有良好的力学性能、整体性、稳定性（水稳定性和温度稳定性）和耐久性、抗冻性及与面层结合好的技术特点，易于摊铺施工。在现代高速公路建设中，随着国家的发展和社会经济水平的提高，这种路面结构逐步取代了过去使用的石灰稳定土、石灰稳定砂砾基层（底基层）。文章就本人在河南省两条高速公路的施工管理经历谈谈自己的认识及体会。
一、 名词概述
基层：直接位于沥青混凝土面层下用高质量材料铺筑的结构承重层。
底基层：在沥青路面基层下铺筑的次要承重层。
二、 主要技术要求及特点
（一） 主要技术要求
1、 强度和刚度(回弹模量)
基层必须能够承受车轮荷载的反复作用，即在预定设计标准轴载作用下，基层不会产生过大的残余变形，更不会产生剪切破坏（无结合料的粒料基层）或疲劳弯拉破坏（有结合料基层）。
2、 水稳定性和冰冻稳定性
　　从各种渠道进入路面结构层的水能使含土量较多、土的塑性指数较大的基层、底基层材料的含水量增加及强度大大降低，从而导致早期破坏。
3、 抗冲刷能力
　　在行车荷载作用下，结构层内或基层材料中或基层裂缝中的自由水会产生相当大的水压力，这种有压力的水会冲刷材料中的细料，反复冲刷，在裂缝中形成细料浆，细料浆被逐渐挤出裂缝，形成沥青面层上裂缝处的唧浆现象。
4、 收缩性小：干缩裂缝和温缩裂缝
干缩裂缝：半刚性基层施工完成后，在铺筑沥青路面前，不可避免会产生干缩裂缝，特别是细粒土，养生不及时或养生结束后未及时作透封层，曝晒几天就可能出现裂缝，时间越长，裂缝越大，裂缝主要是横缝，间距8－20米，伴有少部分纵缝。基层的裂缝逐渐向上扩展通过沥青层到表面，或在某种条件下，基层的裂缝对应的面层表面先开裂，并逐渐向下扩展与基层的裂缝相連，即反射裂缝。
温缩裂缝：在寒冬季节，半刚性基层表面的温度低，基层的顶面会产生拉应力。在春季升温，半刚性基层底部的温度低，在基层底部可能产生温度拉应力，这个拉应力与行车荷载在基层底部产生的拉应力相结合，会促使基层底部开裂。
水泥稳定碎石底基层及基层属于半刚性结构层，若较长时间裸露或在上仅有一薄层沥青封层，会受到日温差产生的温度应力的反复作用。此温度应力与基层顶面产生的干缩应力相结合，更容易引起半刚性基层开裂。
5、 有足够的平整度
6、 层间结合良好
（二） 基本特点
1、 有一定的抗拉能力
不同材料的28d或90d龄期的抗弯拉强度大至可达0.3－2Mpa，石灰稳定土小，增长慢。
2、 材料强度和刚度随龄期增长
增长时间有的长达1－2年，尤其是石灰稳定类。
3、 温度对混合料强度的形成影响很大
温度越高，化学反应快，强度增长越大；温度0－5。C，强度不增长，低于0。C，结构破坏，强度下降。
4、 无机结合料稳定细粒土的局限性
施工规范对无机结合料稳定土有一个共同规定：稳定细粒土如石灰土、水泥土、石灰水泥土、石灰粉煤灰土都不宜用作高速路沥青路面的基层，而宜作底基层，不宜作高等级公路沥青路面的基层。因为稳定细粒土的干缩性和温缩性较稳定中粒土和稳定粗粒土的干缩性和温缩性大得多，还有稳定细粒土在施工季节晚或施工质量较差的情况下，强度形成不好，故现阶段高速公路底基层一般也和基层同样采用水泥稳定碎石的结构形式。
5、 容易产生收缩裂缝。
三、 材料的标准试验
在组织施工前和施工过程中，原材料或混合料发生变化时，必须对拟用的材料进行规定的基本性质试验，评定材料质量和性能是否符合要求。
（一） 原材料试验：原材料试验项目见施工规范p76表9.2.2
（二） 混合料试验：对初步确定使用的底基层和基层混合料，应进行施工规范p77表9.2.3所列内容试验。
（三） 集料的级配
1、 级配曲线的选用
根据设计要求，安林高速的底基层、基层综合稳定土的颗粒组成应分别采用施工规范P10表3.2.2中的2号和3号级配。
级配从规范上讲可以说考虑中值比较好，因为曾经通过一系列试验，级配取中值的路面强度最大，把级配好的碎石用到柔性路面强度最好，级配好的材料与级配差的材料强度相差很多。有试验证明，级配不好的砂砾，要达到设计强度，混合料水泥用量要6%以上，级配好的砂砾，要达到设计强度，混合料水泥用量只要4%。石料强度高，级配好，室内试验以3.5－4%水泥用量强度就可达到3.5Mpa，所以级配要求非常重要。规范规定0.075mm以下粉料含量0－7%之间，有关研究证明粉料不超过3%时，抗折强度最大，超过7%，强度下降较多。
2、 级配曲线的实现方法
为了保证级配曲线的稳定和便于实施，施工中一般均用几种不同粒径的粒料来实现集料的级配。根据当地生产的粒料，底基层可用0－5mm、5－10mm、10－20mm、20－40mm四种料；基层可用0－5mm、5－10mm、10－20mm、20－30mm四种料，再加上粉煤灰都需5个料斗。当然，也有用三种粒料配合的，这就要看当地生产料的粒径。
四、 技术质量控制与验收评定
（一） 技术质量控制
施工工序间的技术及质量管理包括外形尺寸管理和质量控制两个方面。外形尺寸管理如“施工规范”p79表9.4.2。
质量控制的主要检测项目有：含水量、级配、集料压碎值、结合料剂量、拌和均匀性、压实度和抗压强度，如“施工规范”p81表9.4.3。
（二） 检查验收评定
按照划分的分部工程单元作为评定单位（上级检测时，一般以一个标段为评定单位），判定是否满足设计和施工规范要求，其内容如“质量检验评定标准”p34表7.7.2。　　　　　　　　　　　
关键检测指标（压实度、强度、厚度）的评定计算
压实度、强度、厚度均不是以其实测值与要求值对比，而是要进行统计计算。
1、 压实度
规范（“质量检验评定标准”p145附录B）：压实度代表值K＝k－(tα/√n)S≥K。
k――检验评定段内各测点压实度的平均值；
tα――t分布表中随测点和保证率而变的系数（查表）；
保证率：高速路基层、底基层为99%，路基、路面面层为95%。
n――检测点数；
S――检测点的标准差；
K。――压实度标准值。
基层、底基层：K≥K。，且单点压实度Ki全部大于等于规定值减2个百分点时，评定路段的压实度合格率为100%；当K≥K。，且单点压实度Ki全部大于等于规定极值时，按测点值不低于规定值减2个百分点的测点数计算合格率。
K＜K。或某一单点压实度Ki小于等于规定极值时，该评定路段压实度为不合格，相应分项工程评为不合格。
例：假设某高速水泥稳定级配碎石基层A路段，实测压实度分别为95.9、96.3、98.0、98.2、98.7、99.4、99.7、99.9共8个点，请评价压实度。
计算：K＝k－(tα/√n)S＝98.26－1.060×0.015＝98.2
计算结果显示：代表值K大于规定值K。因为有1点95.9小于规定值98%－2%＝96%，所以合格率＝1－1/8=87.8%。按验标规定，重要实测项目合格率不得低于90%，故不符合规定，不能进入质量评定，必须进行返工处理（检测点少于10个，只要有1个点超标，就达不到）。
2、 强度
规范（验标p152附录G）：规定温度下保湿养生6d，浸水1d的无侧限抗压强度平均值R：
R (1－ZαCv)≥Rd
Rd――设计抗压强度（Mpa）；
Cv――试验结果的偏差系数（以小数计）；
Zα――标准正态分布表中随保证率而变的系数。
保证率：高速路为95%，Zα＝1.645
例：某高速路A、B段，路面上基层为水泥稳定级配碎石，设计强度不小于4.5Mpa，　Zα＝1.645，保证率95%，取样实测结果如表1，请评价强度。
表1
分段　　　　测点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
4.75
4.81
4.83
5.12
4.97
5.35
4.76
5.83
5.92
B
4.51
4.80
4.83
4.95
5.07
5.11
5.26
4.75
5.02
计算结果如表2。
表2
项目
分段
计算值
R (1－ZαCv)
结　论
R
Zα
Cv
A
5.149
1.645
8.8
4.40
不合格0分返工
B
4.922
1.645
4.6
4.55
合格参与评分
分析：A组的最小值、最大值和平均值均大于B组，结果A组不合格，而B组合格，原因是A组的离散性大。
3、 厚度
规范（验标p153附录H）：XL＝X－(tα/√n)S≥Xj－δ
XL――厚度代表值；
S――标准差
X――厚度平均值；
n――检测点数；
tα――t分布表中随测点和保证率而变的系数（查表）；
保证率：高速路基层、底基层为99%，路面面层为95%。
当厚度代表值大于等于设计厚度减去代表值允许偏差时，则按单个检查值的偏差不超过单点合格值来计算合格率；当厚度代表值小于设计厚度减去代表值允许偏差时，相应分项工程评为不合格。
例：假如某高速路A、B、C三段，路面基层为水泥稳定级配碎石，厚38cm，保证率95%，实测厚度结果如表3，请评价厚度是不合格。
表3
分段　　　测点
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
36.7
36.9
37.2
38.5
38.5
39.0
39.1
39.4
39.6
40.2
B
36.3
37.9
38.8
39.6
39.6
39.7
39.9
40.0
40.1
40.2
C
36.5
36.6
36.6
37.6
38.7
39.2
39.5
40.1
40.6
41.7
计算结果如表4。
表4
项目
分段
计　　算　　值
Xj－δ
结论
X
tα/√n
S　
X－(tα/√n)S
A
38.51
0.892
1.202
37.4
37.2
合格率100%
B
39.21
0.892
1.237
38.1
37.2
合格率90%
C
38.71
0.892
1.836
37.1
37.2
不合格返工

从表中可看出，尽管B段的平均值和最大值均比A段大，但由于它有1个点小于代表值允许偏差，所以未得满分；C段各点均合格，但平均值37.1小于设计厚度减去代表值允许偏差37.2，所以不合格，要返工重作。
注意：一般设计底基层、基层分开评定，而施工中应分上、下基层、底基层三层进行施工控制。
五、 施工及控制过程中应密切注意的几个方面
（一） 含水量
合适的含水量通过试验确定最佳值，施工时含水量要适当偏大1－2%，因在拌和、运输、等待、摊铺过程中水份有损失，但在压实时含水量太大，影响压实度，造成干缩严重。
（二） 拌和均匀性
均匀性靠观察：无灰条、灰团，色泽均匀，无离析。拌和不均匀会严重影响水泥稳定土的强度，使得水泥含量少的地方强度不能满足设计要求，而水泥含量多的地方，则裂缝增加。湿拌时间长短对强度影响很大，一般混合料拌和在1－2分钟内强度变化比较大，在3－4分钟变化比较小。在施工中不可能要求3－4分钟，但时间太短不好，就试验情况来看，拌和0.5分钟的强度只有拌和1分钟强度的一半。粗粒土在拌和机中比较容易拌匀，并要控制干拌时间，及时加水，水能使水泥粘在集料颗粒上，改善水泥在混合料中的分布。拌和时间长短是由拌和箱的长度来决定的。
（三） 压实度
压实度对强度影响很大，假如压实度100%，强度100%，压实度95%，压实度下降20－30%，压实度90%，强度只有50%。
（四） 延迟时间
从加水拌和到摊铺碾压完成，称为延迟时间，对强度影响很大，延迟时间越长，强度下降越多。对水稳定粗粒土，试验证明2小时的延迟时间强度下降10－25%，4小时延迟时间强度只有50%，8小时只有20%。所以规范规定施工前必须做水泥延迟试验，采用集中拌和法施工时，延迟时间不应超过2小时。
（五） 模板
用钢模或规则木模都可以，但一定要保证稳定，不要因碾压而变形或使碾压不实。有的省份有文件专门规定，所以应强制要求使用钢模。
（六） 养护
用透水土工布或经连接在一起的麻布袋覆盖，保持湿润7天。
（七） 水泥剂量
水泥剂量是影响结合料强度的主要因素，在常用的水泥剂量范围内，水稳的强度随水泥剂量的增加而增加，对多数级配良好的材料，经水稳后，其强度与水泥剂量之间大致呈直线关系。水泥剂量超过一定量后，水稳基层的裂缝就会增加，裂缝的宽度也会增大，因此为了防止水稳基层出现较多的裂缝，在水稳达到规定的强度、耐久性和施工要求的前提下，尽可能采用低的水泥用量，尽可能以优良的集料级配和严格控制集料质量来提高水稳的强度。为了保证拌和的均匀性，我国施规规定水稳中粗粒土用作基层时的水泥剂量最小不低于3%，同时最大剂量也不宜超过6%。
六、 质量通病及处理办法
（一） 离析问题
1 、 级配不好，大颗粒，开级配容易离析；
2 、 拌和料装车和摊铺机收斗方法不对；
3 、摊铺机前挡板离地面太高，粗粒首先滚动接触地面，造成每层底面一定厚度内细集料少。措施：下降挡板，增加橡胶软挡板；
4 、挡板的边部和两台摊铺机结合部位均易形成粗集料更集中。措施：人工在摊铺机后面，及时铲除粗集料聚集等离析现象，补以新拌的均匀混合料。
（二） 取芯不完整、松散、掉角的原因
1 、离析严重；
2 、压实度是否达到要求；
3 、级配不好有空洞；
4 、强度偏低或达不到要求。
（三） 开裂
1 、 施工后由于水份蒸发开裂是避免不了的，解决办法是争取早点铺上一层，可以减少开裂。
2 、含水量越大越容易开裂，要严格控制最佳含水量。
3 、强度越高越容易开裂，在保证强度的情况下，不应过多增加水泥剂量
4 、低温施工易开裂，施工的最低气温应在5。C以上，并在第一次重冰冻到来最少半个月之前停工，并且在冬季上冻前最好是作好覆盖防冻或完成透封层施工。
5 、细集料比粗集料易开裂，严格控制细粉料，集料级配接近要求级配中值，呈S线形最佳，粉料、粗料走下线，中料走上线。
6 、养护跟不上。
7 、对基层裂缝的认识：一派认为基层裂缝一般不会反射到沥青面层，90%路面开裂是由于沥青面层本身产生的裂缝，因此一般不需要特殊处理。有的人确认为基层裂缝每年以3－4cm的速度向上反射。不管是否要反射，减少横向开裂总是有好处的。
8 、当出现纵向裂缝时，必须处理。
9 、实行交通管制，施工车辆要控制速度，无关车辆决不允许上路。
10 、及时施工透油和封油层，也是制止裂缝发展的有效措施之一。
（四） 强度不均匀的问题
从以往的施工检测结果来看，基层的7天无侧限抗压强度一般都在3－8Mpa之间（规范要求在3－5Mpa），后期有的强度范围更大，有的甚至大到20MPa以上，很不均匀，原因是多方面的，如级配、拌和时间、压实度、延迟时间等。
（五） 层间结合不良
主要有三个原因：①是层面太光，粗糙度不够（含水量太大或细粒料比例大）。②是在摊铺机到位前，下层面洒水湿润不够，③是水泥浆没有洒或不够量（每单幅100m3－4包）。
层间结合的简单处理办法：在摊铺2－3天后的养护过程中，用农用推土机在面上跑几遍，使履带板的“齿”“肯”出一些凹点来。这样处理后摊铺上层时仍然要洒水湿润、洒水泥浆。
七、 拌和场容易出现的几个问题
（一） 堆料场地硬化不好，土太多，造成含泥量偏大。
（二） 石料含水量较大时，容易使细集料从漏斗下料到皮带不均匀，达不到规定数量，严重影响级配，因此堆放要覆盖（特别是粉煤灰、细集料）免受雨淋。
（三） 粒径的石料堆放有交叉，没有隔离开。
（四） 料仓之间没有很好隔离，上料装载机斗宽度大于料仓宽度，很容易串料，料仓间的隔板应达到0.6m。
（五） 有的旧拌和机拌和箱的长度太短，保证不了应有的拌和时间，拌和箱的长度应有3.0－3.1m。
（六） 集料采购备料不够，边使用边进料，多厂家采购料，集料不均匀。
（七） 以上几项拌和不均匀的几个问题，直接影响到前面说的离析、强度低、强度不均、开裂等。
参考文献：1、 《公路路面基层施工技术规范》·人民交通出版社·2000
2、 《道路工程施工技术质量控制》· 徐培华·长安大学公路学院 2003
3、 《路面工程施工技术质量控制》培训教材·中铁二局任中田·2005