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摘要：半刚性材料在公路水泥稳定碎石基层施工中运用较多，其优点有强度高、水稳定性好等，但是在使用中容易导致路面产生反射裂缝，由此会引发相关路面早期破坏现象。本文结合公路水泥稳定碎石基层施工的相关工程实践，介绍了振动成型法在水泥碎石基层施工中的运用，并着重分析了其相关质量监理控制要点，结果表明：振动成型法能有效的减少基层裂缝等相关病害，大大提高基层的稳定性。
关键词：振动成型法；公路；水泥稳定碎石基层；质量控制
公路路面结构主要的承重层是水泥稳定碎石基层，由于其自身具有承载力强、水稳定性好、强度刚度大且费用较低等特点，已在我国高等级公路和城市道路中得到很广泛的应用。振动成型法到目前为止已经运用成熟，它主要是通过振动冲击试验方法来确定水泥稳定碎石中的最大干密度和最佳含水率等指标，此方法能很好的模拟基层施工的相关条件，并且最终的试验结果与实际的施工现场效果比较接近。振动成型法设计的水泥稳定碎石基层中用到的混合料具有更好的稳定性，能够有效的提高基层的强度，从而减少基层的收缩裂缝。
1 振动成型法的原理
振动成型法的主要原理是物料在频率非常高（一般为5000～12000次/min）的振动作用下，里面的质点产生相互撞击作用，质点间的静摩擦被动摩擦所代替，从而泥料相关颗粒具有流动性，在外力和自身重力的作用下逐渐推集密实最后形成致密的粉体。
一般采用重型击实法来确定水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度。重型击实法通常是在室内进行，主要是通过施加合适的冲擊荷载来压实相关材料，静压成型的原理和压路机静压的方法一致。随着科学技术的发展，越来越多的道路施工采用振动碾压技术，室内重型击实法已经不能真正的模拟实际施工现场压实工艺了。
振动成型法优点是设备机构比较简单，易于操作，成本低，所需原动力较小。在合理的选择施工工艺相关因素和振动成型参数条件下，所成型的砖坯密度较其它方法高，并且比较均匀，有较高的耐压强度和规整的外形。除此之外，振动成型法对砖模的压力和摩擦力比较小，这样对模板的材质的要求就不会很高。
2 振动成型法的施工技术要求
2.1 工程概况
在浙北地区的某高速公路的沥青混凝土路面布局是双向4车道，设计的路面结构层如下：4厘米沥青混凝土抗滑层、6厘米中粒式沥青混凝土、8厘米粗粒式沥青混凝土、34厘米水泥稳定碎石基层、20厘米水泥稳定碎石底基层。根据这些设计的要求，采取振动成型法来进行水泥稳定碎石基层的施工。
2.2 室内试验
2.2.1 原材料
首先水泥最好采用PSA32.5水泥，表1列出了其主要技术指标。
表1 水泥的技术指标
其次是石料的选择，水泥稳定碎石基层的最终强度主要还是靠碎石自身的强度和石料的嵌挤锁结作用，此外，水泥材料的稳定胶结作用也起到了一定的作用。碎石要求要符合《公路路面基层施工技术规范》的标准，碎石的针片状的含量要保持在小于15%，含泥量保持在2%～3%之内。
2.2.2 配合比设计
混合料的配合比设计与水泥稳定碎石的抗裂性能直接相关，级配采用规范中值与规范下限的“中值”（简称下1/4线），一般来说碎石级配的粗集料尽量接近下限（就是26.5、19、4.75筛孔上的），根据实际经验这种级配非常接近骨架密实型，具有很好的抗裂性能。混合料的级配设计相关计算见表2，配合比见表3。在具体施工过程中，水泥的剂量要增加0.3%，含水量根据天气情况而定增加0.5%～1.0%。
表2 水泥稳定碎石基层级配设计表
表3 配合比设计结果
2.2.3 集料级配、最佳含水量和最大干密度
要将集料级配曲线控制在标准的范围内，根据振动成型法的具体特征，适当加大粒径在9.5mm以上的粗集料的用量会对最终效果有利，结合本工程当地地区当前水泥稳定碎石基层级配范围的要求制定了相应的级配曲线，见图1。
图1 混合料的级配曲线图
根据图1中的集料级配情况，按照2.7%、3.2%、、3.7%和4.2%这四个相异的水泥用量分别制定试验样品，与此同时，每个水泥的用量的含水率按照3.1%、3.9%、4.8%、5.9%和6.9%的用量制成多组试样。水稳试样要在标准的实验条件下养生6天，浸水一整天后测定每组的干密度和含水量，测试结果见图2。
图2 含水量与干密度的关系图
同时，根据图2的最大干密度可以确定各自的最佳含水量，结果见表4。
表4 水泥稳定碎石试验结果总结表
3 施工质量控制要点
3.1 拌和站施工要求
拌和站的配料的总量能够通过电子计量系统对水稳混合料进行合理的控制，同时要有专人通过调节控制含水量来控制住0～4%的最佳含水量。与此同时，含水量的调整因素与当地的天气情况和现场的实际施工情况有关，保证摊铺碾压进行时达到最佳含水量，从而达到最佳的压实效果。施工现场的混合料在正式拌和之前要进行试拌、检测和调整工作。在具体施工中要保持与前场的联系，以便于发现问题后及时调整。
3.2 施工过程注意细节
施工配合比要得到严格控制，施工前进场的原材料也要相应的进行含水量、筛分试验的检测，其中最重要的就是把握细集料的含水量跳动情况，根据标准来调整加水量，严格控制粒径在0.075mm以下的比例。
在雨季施工时，注意细料要严实的覆盖，防止淋雨后结团，导致计量不准。施工过程中要注意控制碾压含水量，当混合料的含水量过大时，在振动碾压作用下会发生软弹现象，不容易压实，在天气炎热时极易发生干缩裂缝。当混合料的含水量偏低时，混合料难以压实成型，当水分严重不足时难以达到标准的强度。由于振动成型法设计的公路水泥稳定碎石基层的强度主要是靠集料之间的相互挤压形成的密实骨架，所以要高度重视合理的压实度，压实质量要绝对过关。 3.3 摊铺和碾压
摊铺前要保证表面的绝对干净，并洒水湿润，根据实际经验，在下基层施工时要喷洒水泥浆在底基层上，在上基层施工时要撒少量水泥在下基层上。摊铺的速度要控制在1.0m/min～3.0m/min，同时还要考虑速度与拌和设备的生产能力相匹配，避免出现中途停机。
水泥稳定碎石的碾压主要是振动压路，振动法配合比设计经验如下：采取30t位的胶轮压路机首先静压一遍；强振5遍，达到96%以上的压实度；采取30t位胶轮压路机碾压1到2遍，达到99%的压实度。碾压时遵循的原则是先外侧后内侧，相邻的碾压接头处要错开成阶梯形状。拌和碾压完成的时间要控制在3小时之内。
3.4 养生控制要點
每一段碾压结束后要立即进行压实度检测，检测合格之后要立马进行养生。养生一般用土工布覆盖的方式进行，因为土工布有成本低廉和保湿度高的优点，覆盖的天数适宜在7天之上。在水泥稳定碎石基层顶面平铺上透水湿润的无纺土工布，在养生期之内要始终保持底基层表面的湿润状态，并且时间也在7天之上。合理适当的养生措施既能减少和避免干缩裂缝，又能保持水泥稳定碎石的强度。如果铺筑后没有及时进行养生或者忽干忽湿，水分散失会非常快，干缩应力突增，而此时的抗应变能力还比较弱，当超过其抗变能力时就会产生干缩裂缝，这种裂缝随着时间的推移会逐渐增多。基层完成养生之后也要相应的采取适当的措施来避免车辆的超载现象，尽量让车辆集中快速行驶，从而保护基层的骨料不收到较大破坏。
4 结语
经过现场检测，采取振动成型法设计的公路水泥稳定碎石基层各项指标均达到标准设计规范，达到了水泥用量较少、强度增强以及抗裂能力变强的实际效果，极大地延长的路面的使用周期，带来了较好的经济效益。在实际施工中相关监理人员要尽职尽责，根据本文所列举出的质量控制要点，对公路水泥稳定碎石基层施工实行全面监控，确保质量安全。
参考文献：
[1] 张海科，马朋伟，张伟伟.水泥稳定碎石基层级配控制分析[J]. 科技信息. 2009（05）
[2] 杨勇，蔡凌坚.水泥稳定碎石振动成型与重型击实的比较[J]. 物流工程与管理. 2009（03）
[3] 李男，夏凤玲.粒化高炉矿渣在半刚性路面底基层中的应用[J]. 吉林交通科技. 2009（03）
[4] 邓社军，巢云中.水泥稳定碎石配合比设计过程中强度影响因素分析[J]. 交通科技. 2005（05）
[5] 胡兰兰，李芳伟，蔡斌.骨架密实型水泥稳定碎石基层施工质量控制[J]. 路基工程. 2010（04）
[6] 张丽.振动成型法在半刚性水泥稳定碎石基层中的应用[J]. 价值工程. 2010（13）
关键词：振动成型法；公路；水泥稳定碎石基层；质量控制
公路路面结构主要的承重层是水泥稳定碎石基层，由于其自身具有承载力强、水稳定性好、强度刚度大且费用较低等特点，已在我国高等级公路和城市道路中得到很广泛的应用。振动成型法到目前为止已经运用成熟，它主要是通过振动冲击试验方法来确定水泥稳定碎石中的最大干密度和最佳含水率等指标，此方法能很好的模拟基层施工的相关条件，并且最终的试验结果与实际的施工现场效果比较接近。振动成型法设计的水泥稳定碎石基层中用到的混合料具有更好的稳定性，能够有效的提高基层的强度，从而减少基层的收缩裂缝。
1 振动成型法的原理
振动成型法的主要原理是物料在频率非常高（一般为5000～12000次/min）的振动作用下，里面的质点产生相互撞击作用，质点间的静摩擦被动摩擦所代替，从而泥料相关颗粒具有流动性，在外力和自身重力的作用下逐渐推集密实最后形成致密的粉体。
一般采用重型击实法来确定水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度。重型击实法通常是在室内进行，主要是通过施加合适的冲擊荷载来压实相关材料，静压成型的原理和压路机静压的方法一致。随着科学技术的发展，越来越多的道路施工采用振动碾压技术，室内重型击实法已经不能真正的模拟实际施工现场压实工艺了。
振动成型法优点是设备机构比较简单，易于操作，成本低，所需原动力较小。在合理的选择施工工艺相关因素和振动成型参数条件下，所成型的砖坯密度较其它方法高，并且比较均匀，有较高的耐压强度和规整的外形。除此之外，振动成型法对砖模的压力和摩擦力比较小，这样对模板的材质的要求就不会很高。
2 振动成型法的施工技术要求
2.1 工程概况
在浙北地区的某高速公路的沥青混凝土路面布局是双向4车道，设计的路面结构层如下：4厘米沥青混凝土抗滑层、6厘米中粒式沥青混凝土、8厘米粗粒式沥青混凝土、34厘米水泥稳定碎石基层、20厘米水泥稳定碎石底基层。根据这些设计的要求，采取振动成型法来进行水泥稳定碎石基层的施工。
2.2 室内试验
2.2.1 原材料
首先水泥最好采用PSA32.5水泥，表1列出了其主要技术指标。
表1 水泥的技术指标
其次是石料的选择，水泥稳定碎石基层的最终强度主要还是靠碎石自身的强度和石料的嵌挤锁结作用，此外，水泥材料的稳定胶结作用也起到了一定的作用。碎石要求要符合《公路路面基层施工技术规范》的标准，碎石的针片状的含量要保持在小于15%，含泥量保持在2%～3%之内。
2.2.2 配合比设计
混合料的配合比设计与水泥稳定碎石的抗裂性能直接相关，级配采用规范中值与规范下限的“中值”（简称下1/4线），一般来说碎石级配的粗集料尽量接近下限（就是26.5、19、4.75筛孔上的），根据实际经验这种级配非常接近骨架密实型，具有很好的抗裂性能。混合料的级配设计相关计算见表2，配合比见表3。在具体施工过程中，水泥的剂量要增加0.3%，含水量根据天气情况而定增加0.5%～1.0%。
表2 水泥稳定碎石基层级配设计表
表3 配合比设计结果
2.2.3 集料级配、最佳含水量和最大干密度
要将集料级配曲线控制在标准的范围内，根据振动成型法的具体特征，适当加大粒径在9.5mm以上的粗集料的用量会对最终效果有利，结合本工程当地地区当前水泥稳定碎石基层级配范围的要求制定了相应的级配曲线，见图1。
图1 混合料的级配曲线图
根据图1中的集料级配情况，按照2.7%、3.2%、、3.7%和4.2%这四个相异的水泥用量分别制定试验样品，与此同时，每个水泥的用量的含水率按照3.1%、3.9%、4.8%、5.9%和6.9%的用量制成多组试样。水稳试样要在标准的实验条件下养生6天，浸水一整天后测定每组的干密度和含水量，测试结果见图2。
图2 含水量与干密度的关系图
同时，根据图2的最大干密度可以确定各自的最佳含水量，结果见表4。
表4 水泥稳定碎石试验结果总结表
3 施工质量控制要点
3.1 拌和站施工要求
拌和站的配料的总量能够通过电子计量系统对水稳混合料进行合理的控制，同时要有专人通过调节控制含水量来控制住0～4%的最佳含水量。与此同时，含水量的调整因素与当地的天气情况和现场的实际施工情况有关，保证摊铺碾压进行时达到最佳含水量，从而达到最佳的压实效果。施工现场的混合料在正式拌和之前要进行试拌、检测和调整工作。在具体施工中要保持与前场的联系，以便于发现问题后及时调整。
3.2 施工过程注意细节
施工配合比要得到严格控制，施工前进场的原材料也要相应的进行含水量、筛分试验的检测，其中最重要的就是把握细集料的含水量跳动情况，根据标准来调整加水量，严格控制粒径在0.075mm以下的比例。
在雨季施工时，注意细料要严实的覆盖，防止淋雨后结团，导致计量不准。施工过程中要注意控制碾压含水量，当混合料的含水量过大时，在振动碾压作用下会发生软弹现象，不容易压实，在天气炎热时极易发生干缩裂缝。当混合料的含水量偏低时，混合料难以压实成型，当水分严重不足时难以达到标准的强度。由于振动成型法设计的公路水泥稳定碎石基层的强度主要是靠集料之间的相互挤压形成的密实骨架，所以要高度重视合理的压实度，压实质量要绝对过关。 3.3 摊铺和碾压
摊铺前要保证表面的绝对干净，并洒水湿润，根据实际经验，在下基层施工时要喷洒水泥浆在底基层上，在上基层施工时要撒少量水泥在下基层上。摊铺的速度要控制在1.0m/min～3.0m/min，同时还要考虑速度与拌和设备的生产能力相匹配，避免出现中途停机。
水泥稳定碎石的碾压主要是振动压路，振动法配合比设计经验如下：采取30t位的胶轮压路机首先静压一遍；强振5遍，达到96%以上的压实度；采取30t位胶轮压路机碾压1到2遍，达到99%的压实度。碾压时遵循的原则是先外侧后内侧，相邻的碾压接头处要错开成阶梯形状。拌和碾压完成的时间要控制在3小时之内。
3.4 养生控制要點
每一段碾压结束后要立即进行压实度检测，检测合格之后要立马进行养生。养生一般用土工布覆盖的方式进行，因为土工布有成本低廉和保湿度高的优点，覆盖的天数适宜在7天之上。在水泥稳定碎石基层顶面平铺上透水湿润的无纺土工布，在养生期之内要始终保持底基层表面的湿润状态，并且时间也在7天之上。合理适当的养生措施既能减少和避免干缩裂缝，又能保持水泥稳定碎石的强度。如果铺筑后没有及时进行养生或者忽干忽湿，水分散失会非常快，干缩应力突增，而此时的抗应变能力还比较弱，当超过其抗变能力时就会产生干缩裂缝，这种裂缝随着时间的推移会逐渐增多。基层完成养生之后也要相应的采取适当的措施来避免车辆的超载现象，尽量让车辆集中快速行驶，从而保护基层的骨料不收到较大破坏。
4 结语
经过现场检测，采取振动成型法设计的公路水泥稳定碎石基层各项指标均达到标准设计规范，达到了水泥用量较少、强度增强以及抗裂能力变强的实际效果，极大地延长的路面的使用周期，带来了较好的经济效益。在实际施工中相关监理人员要尽职尽责，根据本文所列举出的质量控制要点，对公路水泥稳定碎石基层施工实行全面监控，确保质量安全。
参考文献：
[1] 张海科，马朋伟，张伟伟.水泥稳定碎石基层级配控制分析[J]. 科技信息. 2009（05）
[2] 杨勇，蔡凌坚.水泥稳定碎石振动成型与重型击实的比较[J]. 物流工程与管理. 2009（03）
[3] 李男，夏凤玲.粒化高炉矿渣在半刚性路面底基层中的应用[J]. 吉林交通科技. 2009（03）
[4] 邓社军，巢云中.水泥稳定碎石配合比设计过程中强度影响因素分析[J]. 交通科技. 2005（05）
[5] 胡兰兰，李芳伟，蔡斌.骨架密实型水泥稳定碎石基层施工质量控制[J]. 路基工程. 2010（04）
[6] 张丽.振动成型法在半刚性水泥稳定碎石基层中的应用[J]. 价值工程. 2010（13）