張琳

（張家口路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北張家口 075000）

1 引言

隨著交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的提出，我國(guó)公路行業(yè)發(fā)展進(jìn)一步提速，交通基礎(chǔ)建設(shè)如火如荼。但隨著我國(guó)道路交通量的與日俱增，且重載、超載現(xiàn)象層出不窮，給我國(guó)道路行業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。我國(guó)傳統(tǒng)道路設(shè)計(jì)理論采用“強(qiáng)基薄面”的形式，基層材料采用高強(qiáng)度的水泥穩(wěn)定碎石，在重載、超載作用下十分容易產(chǎn)生開裂，極大地縮短了道路基層的使用壽命。為了適應(yīng)我國(guó)當(dāng)前高速發(fā)展的國(guó)情，提高道路品質(zhì)，通過技術(shù)手段來(lái)提高水穩(wěn)基層抗裂性能十分必要。

2 水穩(wěn)基層特性及防治措施

水穩(wěn)基層是目前我國(guó)高速公路普遍采用的基層結(jié)構(gòu)之一，其主要以水泥作為膠凝材料將碎石凝結(jié)成整體，在造價(jià)、強(qiáng)度和承載性能上都能滿足我國(guó)道路使用要求[1]。然而水穩(wěn)基層作為半剛性基層的一種，不可避免存在容易收縮開裂的缺點(diǎn)。在道路碾壓完畢后，若沒有進(jìn)行完善的養(yǎng)護(hù)工作，基層失水十分容易造成開裂，進(jìn)而引起道路反射裂縫。因此，目前我國(guó)針對(duì)路面反射裂縫提出了具體防治措施。首先，是完善養(yǎng)護(hù)工序，設(shè)置應(yīng)力吸收層或鋪設(shè)土工布來(lái)吸收基層向面層傳遞的應(yīng)力；其次，是提高瀝青下面層抗裂性能。但這2 種方法均治標(biāo)不治本[2]。研究表明，在水穩(wěn)基層中摻入纖維后，通過其加筋作用能夠有效提高水穩(wěn)碎石的抗裂性能。本文結(jié)合項(xiàng)目工程實(shí)例對(duì)該工藝進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3 工程概況

某高速公路全線長(zhǎng)134.21 km，采用瀝青混凝土面層+水穩(wěn)基層作為路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。隨著交通量急劇增加，道路不可避免地出現(xiàn)裂縫、車轍等病害。經(jīng)過2 次大規(guī)模養(yǎng)護(hù)后，路面反射裂縫復(fù)發(fā)，考慮到該道路部分路段路面損壞面積嚴(yán)重，使用時(shí)間較長(zhǎng)，決定對(duì)部分路段進(jìn)行重新修筑。

4 原材料

4.1 集料

碎石集料作為水穩(wěn)基層的骨架從根本上決定了水穩(wěn)基層強(qiáng)度，因此，在集料的選擇上，應(yīng)對(duì)碎石的物理化學(xué)性質(zhì)、級(jí)配組成進(jìn)行考慮。由于水穩(wěn)碎石基層作為主要承重層，需要承受瀝青面層傳遞來(lái)的應(yīng)力，若碎石的壓碎值、堅(jiān)固性不滿足要求，將會(huì)導(dǎo)致路面承載性能嚴(yán)重不足。此外，在結(jié)構(gòu)上水穩(wěn)基層常用的結(jié)構(gòu)為骨架密實(shí)型，需要通過形狀顆粒良好的碎石嵌擠來(lái)形成強(qiáng)度，而基層壓實(shí)施工過程中需要經(jīng)受壓路機(jī)的碾壓，若采用扁平、針片狀含量高的碎石十分容易被壓碎，破壞碎石的結(jié)構(gòu)和級(jí)配組成。

4.2 水泥

水泥作為膠凝材料在水穩(wěn)基層中的主要作用是將碎石凝結(jié)成型，通過加水與碎石拌和硬化后形成特定形狀的結(jié)構(gòu)物。研究表明，水穩(wěn)基層中摻加水泥含量越多，其強(qiáng)度越高，但隨著水泥含量的增多，基層早期養(yǎng)護(hù)時(shí)發(fā)生的收縮開裂將會(huì)加劇。因此，水泥劑量的控制是防治反射裂縫的一個(gè)重要途徑。結(jié)合當(dāng)?shù)氐缆沸拗?jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)結(jié)果，控制水穩(wěn)基層中水泥含量為3%。水泥試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 水泥檢測(cè)結(jié)果

4.3 纖維

玄武巖纖維作為一種成本低廉、環(huán)境友好的材料，廣泛應(yīng)用于道路工程中。在水穩(wěn)碎石基層中，玄武巖纖維以其高模量、高強(qiáng)度的特點(diǎn)能夠有效提升基層的抗裂性。同時(shí)，玄武巖纖維在試驗(yàn)檢測(cè)中化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，摻入混合料后能夠不受水泥漿的影響，發(fā)揮其加筋的作用。在纖維尺寸的選擇上，不同尺寸的纖維摻入后對(duì)基層的改良效果不同。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)后決定采用6 mm 和12 mm 的玄武巖纖維作為首要選擇。纖維性能見表2。

表2 玄武巖纖維性能

5 施工工藝

5.1 施工準(zhǔn)備

本項(xiàng)目為舊路改造項(xiàng)目，針對(duì)原路面面層混合料應(yīng)進(jìn)行銑刨處理，基層已發(fā)生損壞的水穩(wěn)基層通過挖掘機(jī)挖除。準(zhǔn)備完畢后需要對(duì)下承層進(jìn)行清掃，清除挖掘后殘留的碎石并噴灑一定量的水泥漿，若未噴砂水泥漿直接攤鋪將會(huì)導(dǎo)致基層與下承層黏結(jié)不緊密。

5.2 混合料的拌和

摻玄武巖纖維水泥穩(wěn)定碎石混合料與普通水泥混合料拌和工藝存在差異，主要體現(xiàn)在纖維的摻入上。在進(jìn)行水穩(wěn)碎石拌和時(shí)，首先，在拌和機(jī)中加水，使水泥成為水泥漿，然后通過履帶投送的方式將玄武巖纖維投送至拌和機(jī)中，采用履帶投送應(yīng)提前設(shè)置好投放量并均勻投放纖維，避免一次性摻入過多造成纖維聚集成[3]。

5.3 混合料的運(yùn)輸與攤鋪

混合料拌和完畢后應(yīng)及時(shí)運(yùn)送至攤鋪場(chǎng)地，由于水穩(wěn)碎石混合料的初凝時(shí)間固定，為了保證施工效率，在選擇拌和站時(shí)盡可能采用就近原則。同時(shí)，混合料在運(yùn)輸過程中水分不可避免會(huì)產(chǎn)生損失，應(yīng)做好保濕工作。在混合料上加蓋篷布減少水分散失。運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)后停放在攤鋪機(jī)前20 cm 處等待攤鋪機(jī)卸料，攤鋪過程中運(yùn)料車應(yīng)全程掛空擋，由攤鋪推動(dòng)前進(jìn)。對(duì)于未能及時(shí)進(jìn)行攤鋪，已經(jīng)發(fā)生初凝的混合料嚴(yán)禁攤鋪。

5.4 混合料的碾壓與養(yǎng)護(hù)

水穩(wěn)基層的強(qiáng)度形成需要一定的時(shí)間。在碾壓過程中首先應(yīng)采用靜壓對(duì)路面進(jìn)行整平，若攤鋪時(shí)直接采用振動(dòng)碾壓將會(huì)振散已嵌擠的骨架，對(duì)強(qiáng)度的形成造成無(wú)法挽回的損害。碾壓過程中為了保證壓實(shí)，應(yīng)分段進(jìn)行碾壓，控制每段具體不超過100 m，對(duì)于2 條輪跡帶重合30～40 cm。此外，對(duì)于路基邊緣大型壓路機(jī)無(wú)法充分碾壓部位可采用人工手持小型壓路機(jī)碾壓。壓實(shí)度經(jīng)監(jiān)理檢測(cè)滿足要求后，盡快覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)。

6 試驗(yàn)路段性能檢測(cè)

6.1 強(qiáng)度試驗(yàn)

水穩(wěn)碎石的強(qiáng)度形成需要一定的時(shí)間，其強(qiáng)度形成需過程經(jīng)過以下階段：第一階段是通過壓路機(jī)壓實(shí)后碎石嵌擠形成強(qiáng)度骨架；第二階段是通過水泥的水化生成水泥漿將碎石黏結(jié)成整體，使其在抗壓、抗折和劈裂強(qiáng)度上均不斷提升。而水穩(wěn)碎石的抗彎拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度是評(píng)價(jià)碎石基層抗裂性的重要標(biāo)準(zhǔn)。為了驗(yàn)證摻加玄武巖纖維后碎石基層的抗裂性能是否提升，對(duì)鉆取芯樣進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 強(qiáng)度性能試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)比養(yǎng)護(hù)7 d 后纖維碎石基層與普通碎石基層的抗彎拉強(qiáng)度與劈裂強(qiáng)度，纖維碎石基層養(yǎng)護(hù)7 d 后抗彎拉強(qiáng)度與劈裂強(qiáng)度為0.342 MPa 和0.471 MPa，而普通碎石基層抗彎拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度為0.274 MPa 和0.322 MPa，摻加纖維后分別提升了24.82%和46.27%，說(shuō)明基層的抗裂性能顯著增加。同時(shí)，對(duì)比抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，摻加纖維后的7 d 抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于未摻加纖維的基層強(qiáng)度。

6.2 壓實(shí)度檢測(cè)

壓實(shí)良好的碎石基層強(qiáng)度發(fā)展更為迅速。因此，在進(jìn)行基層驗(yàn)收時(shí)，往往將壓實(shí)度作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)之一。根據(jù)路基施工技術(shù)規(guī)范，基層壓實(shí)度達(dá)到98%方可進(jìn)行面層攤鋪。由于摻加纖維后使得水穩(wěn)碎石混合料組成更為復(fù)雜。為了驗(yàn)證纖維是否會(huì)對(duì)基層壓實(shí)度產(chǎn)生影響，通過灌砂法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

針對(duì)不同樁號(hào)左、中、右3 個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，其結(jié)果均大于98%要求，說(shuō)明摻入纖維后路面基層壓實(shí)度仍能滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)語(yǔ)

目前，水泥穩(wěn)定碎石基層在我國(guó)廣泛應(yīng)用，但隨著使用年限的增加，反射裂縫逐漸凸顯，為了對(duì)道路反射裂縫進(jìn)行防治，提出在碎石基層中摻加纖維的方式來(lái)提高其抗裂性。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻加纖維后7 d 抗彎拉強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度分別比未摻加之前提升了24.82%和46.27%，基層抗裂性能提升明顯。