基于振动成型的水泥稳定碎石基层施工技术探讨

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　　摘要：分析当前水泥稳定碎石施工工艺的特点，重点阐述了振动成型法在水泥稳定碎石施工中的运用，将静压成型法和振动成型法的试验数据通过实际运用进行了对比，并对基于振动成型的水泥稳定碎石施工的经验进行了探讨。
　　关键词：振动成型；水泥稳定碎石；道路基层
　　
　　1.引言
　　水泥稳定级配碎石已经成熟应用于道路基层，它以其强度和刚度大、板体性强、水稳定性和抗冻性好的特点在我国广泛的应用，但是随着应用的广泛，传统水泥稳定碎石的劣势也逐渐暴露出来，主要表现为：收缩系数大、容易开裂、抗变形能力差、对负荷敏感性大，当然，这些缺点并不能表明水泥稳定碎石的路用性能差，更不能说明水泥稳定碎石不适宜作为高等级道路的路面结构，工程实践中的这些问题反映出目前水泥稳定碎石采用的设计理论、评价指标、试验方法、控制手段等方面需要进一步的改进。这样基于振动成型的水泥稳定碎石基层施工技术日益广泛的被应用于高等级道路中。
　　2.振动成型法的技术特点
　　试验室通常采用重型击实试验的方法确定材料的最大干密度和最佳含水量，采用静压成型试件测定7天无侧限抗压强度。而目前施工现场大多使用振动压路机进行碾压，很明显，传统的水泥稳定碎石试验方法与施工现场的实际工况很不匹配，试验室数据不能完全反映施工现场的实际情况。正是因为上述的试验室与施工现场的不一致，导致施工过程中存在一些不正常的现象：比如压实度超100%的情况经常存在，而降低碾压遍数后，压实度依然合格，但是实际情况却是并没有真正压实，没有发挥高质量碾压设备的实际效率，导致基层施工质量大大降低。
　　振动成型法却能够最大程度的地模仿施工现场的实际碾压工况，能够比较准确的预测和控制施工现场质量。因为振动成型仪是模仿振动压路的压实原理设计制造的，其压实效能与振动压路机压实效果等效。
　　在某道路的水泥稳定碎石基层的试验室组成设计中，采用重型击实和振动击实方法确定的混合料最佳含水量和最大干密度见下表：
　　表1水泥碎石击实试验结果
　　试验类型 重型击实试验 振动击实试验
　　水泥：级配碎石 3.5:100 3.5:100 4.0:100 4.5:100
　　最佳含水量（%） 5.1 4.6 4.6 4.7
　　最大干密度（g/cm3） 2.406 2.485 2.488 2.484
　　可以看出，振动击实确定的最大干密度是重型击实确定的最大干密度的1.034倍。
　　将水泥稳定碎石混合料在振动击实试验方法确定的最佳含水量和最大干密度下分别用振动和静压成型圆柱形试件，振动成型试件和静压试件的压实度为振动击实试验确定的各种混合料最大干密度的98%，尺寸为φ15cm×15cm。按照标准试验方法进行试验，结果如下：
　　表2水泥碎石7天无侧限抗压强度
　　成型方式 静压成型 振动成型
　　水泥：级配碎石 3.5:100 4.0:100 4.5:100 3.5:100 4.0:100 4.5:100
　　平均7天无侧限抗压强度（MPa） 4.6 5.0 6.2 10.6 13.1 14.7
　　可以看出，采用振动成型法进行施工质量控制，密度标准提高了1.03-1.04倍，这就有效避免了因试验室击实方法与施工现场实际压实方式不符造成的压实度超百现象，同时提高了压实标准，而压实标准的提高可以大幅度提高基层的强度；同时，振动成型与静压成型方法比较，在保证强度的前提下，降低了水泥用量1%以上，节约了工程造价，减小了水泥稳定碎石的收缩系数，提高了基层的抗裂能力。
　　3.基于振动成型水泥稳定碎石基层的施工质量控制
　　采用振动成型法施工的水泥稳定碎石基层，施工难度比传统的水泥稳定碎石更大，质量控制跟不上，可能会得不偿失，这主要表现在以下几个方面：
　　（1）压实密度比传统施工方法提高了2-4个百分点，如何保证整体压实度显的尤为重要。从水泥稳定碎石的材料考虑，合适的含水量，是保证有效碾压的关键，从混合料的拌合开始，就应该根据最佳含水量和天气情况确定合理的混合料拌合的含水量，一般蒸发量比较大的时候，应比最佳含水量提高1到1.5个百分点进行拌合，在碾压之前含水量比最佳含水量高0.3到0.7个百分点，碾压结束后，混合料含水量达到或略高于最佳含水量。从现场的压实工艺考虑，应采用合适的碾压设备，选用合适的碾压方法确定合理的碾压遍数，严格控制碾压速度，提高碾压效率，在整个碾压过程中最好选用一档行车，至少应在强振时选择一档，当摊铺长度达到10米时就开始紧跟碾压，尽量采用平行式碾压，采取多台压路机联合作业（形成碾压列车组），两台同组压路机相距2米左右，同进同退同错轮，碾压遍数和碾压速度清晰，便于管理，提高效率，保证碾压质量。
　　（2）由于水泥含量比静压试验方法降低了1到1.5个百分点，在较低的水泥剂量下，保证取芯的完整性和基层的整体强度变得比较困难，而芯样的完整与形态是衡量基层施工质量的综合性指标。原材料的质量，拌和的均匀性、彻底性和稳定性，碾压的及时到位，摊铺的连续均匀，合理的级配，适当的混合料含水量，养生的及时有效都会影响芯样的形态和完整，所以采用振动成型法施工的水泥稳定碎石，对施工各个环节都提出了更高更严格的要求。
　　（3）振动成型法混合料组成中粗集料的比例在80%左右，摊铺过程中比较容易出现离析现象，所以要采取适当措施给予保证：摊铺机螺旋布料器高度应该调整至高限，中轴距离地面大概30cm，轮边距离下承层大概15-17cm，螺旋布料器长度及叶片安装应该根据熨平板宽度确定，一般单边长度比熨平板短30-40c。螺旋布料器中间吊架因没有叶片往往造成混合料通过不畅或者离析，因此吊架前端安装一片反向叶轮可以有效防止混合料离析，使混合料通过顺畅。另外防止离析现象还应该做到：适当降低布料器前挡板的离地高度；尽可能减少收料斗次数，尽量加快运输车辆卸料速度；摊铺机后设置专人对局部粗料集聚的部位进行清除并用新料填补。
　　基于振动成型的水泥稳定碎石基层施工中，因为水泥含量降低，需要压实密度增大，所以对于施工工艺的要求显著高于现行施工规范。
　　4.结束语
　　在现有碾压设备下，无需对施工工艺进行严格控制也能达到较高的压实度已经被大众所接受，压实度超百的现象普遍存在，但是正是在压实度容易达到的情况下，基层的压实质量反而被严重忽视，采用振动成型法进行水泥稳定碎石施工，有效合理的提高了压实度标准，使混合料碾压更加密实。另外，以强度满足要求、抗裂性能最佳为依据，基于振动成型方法，采用比规范级配范围更窄的优化级配设计，更便于对混合料生产质量进行控制，使矿料间镶嵌作用更强，与传统施工方法比较，有效降低了水泥含量，提高了强度，显著提高抗裂性能。总之，振动成型法可以在试验室最大程度模拟施工现场工况，使试验成果与实际应用效能具有可比性，为施工提供准确的试验数据，更加有效地预测和控制现场施工的质量，指导施工作业。
　　
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