路面基层(底基层)可分为无机结合料稳定类和粒料类。无机结合料(水泥、石灰或工业废渣)稳定类基层(底基层),在前期具有柔性路面的力学特性,当环境适宜时,其强度和刚度会随着时间的推移而不断增大,但其最终抗弯拉强度和弹性模量,还是比刚性基层低,因此把这类基层称为半刚性基层。在我国半刚性材料已广泛用于修建高等级公路路面基层或底基层。

10.2.2.1　半刚性基层(底基层)施工

半刚性基层(底基层)的混合料可在拌和厂(场)集中拌和,也可沿路拌和,故施工方法有厂拌法和路拌法之分。高速公路和一级公路的半刚性基层对强度、平整度等技术性能有很高的要求。应采用施工质量好、进度快的厂拌法施工,其他公路的半刚性基层(底基层)可用路拌法施工。

1.厂拌法施工

厂拌法施工是在中心拌和厂(场)用强制式拌和机、双转轴桨叶式拌和机等拌和设备将原材料拌和成混合料,然后运至施工现场进行摊铺、碾压、养生等工序作业的施工方法。无拌和设备时,也可用路拌机械或人工在现场分批集中拌和,再进行其他工序的作业。厂拌法施工前,应先调试用于拌和、摊铺、碾压等工序的设备,使之处于良好的工作状态。拌和前应进行适当的试拌,使大批量拌和的混合料组成符合设计要求。厂拌法施工的工艺流程如图10.9所示,其中与施工质量有关的重要工序是混合料拌和、摊铺及碾压。

图10.9　半刚性基层厂拌法施工流程

(1)准备下承层与施工放样。半刚性基层施工前应对下承层(底基层或土基)按施工质量验收标准进行检查验收,验收合格后方可进行基层施工。当水泥稳定土做基层时,要准备底基层,当水泥稳定土做底基层时,要准备土基。下承层应平整、密实,无松散、“弹簧”等不良现象,并符合设计标高、横断面宽度等几何尺寸。注意采取措施搞好基层施工的临时排水工作。

施工放样主要是恢复路中线,在直线段每隔15～20m,平曲线段每隔10～15m设一中桩,并在两侧路肩边缘设置指示桩,在指示桩上明显标出基层的边缘设计标高及松铺厚度的位置。

(2)备料。半刚性基层的原材料应符合质量要求。料场中的各种原材料应分别堆放,不得混杂。运到料场的水泥应防雨防潮,准备使用的石灰应提前洒水,使石灰充分消解。石灰和粉煤灰过干会随风飞扬而造成污染,过湿又会成团不便于施工,因此,应适时洒水或设遮雨棚,使之含有适宜的水分。

(3)拌和与摊铺。拌和时应按混合料配合比要求准确配料,使集料级配、结合料剂量等符合配合比设计要求,并根据原材料实际含水量及时调整向拌和机内的加水量。水泥稳定类和工业废渣稳定类混合料的含水量可比最佳含水量大1%～2%,而石灰稳定类混合料的含水量可比最佳含水量小1%～2%,这样可获得较好的压实效果。

拌和好的水泥稳定类混合料和石灰稳定类混合料应尽快运到施工现场摊铺并碾压成型,以免因时间过长而使混合料强度损失过大。工业废渣稳定类混合料在24h内进行摊铺碾压即可。运输混合料的距离较长时,应用篷布等覆盖混合料以免水分损失过大。

高速公路及一级公路的半刚性基层应用沥青混合料摊铺机、水泥混凝土摊铺机或专用稳定土摊铺机摊铺,这样可保证基层的强度及平整度、路拱横坡、标高、几何外形等质量指标符合设计和施工规范要求。摊铺过程中应设专人跟随摊铺机行进,以便随时消除粗、细集料严重离析的现象。应严格控制基层的厚度和高程,禁止用薄层贴补的办法找平,确保基层的整体承载能力。

(4)碾压。碾压是使半刚性基层获得强度和稳定性的关键工序。摊铺整平的混合料应立即用12t以上的振动压路机、三轮压路机或轮胎压路机碾压。混合料压实厚度与压路机吨位的关系宜符合表10.1的要求。必须分层碾压时,最小分层厚度不应小于10cm。碾压时应遵循先轻后重的次序安排各型压路机,以先慢后快的方法逐步碾压密实。在直线段由两侧向路中心碾压,在平曲线范围内由弯道内侧逐步向外侧碾压。碾压过程中若局部出现“弹簧”、松散、起皮等不良现象时,应将这些部位的混合料翻松,重新拌和均匀后再碾压密实。半刚性基层的压实质量应符合规范规定的压实度要求。

表10.1　半刚性基层压实厚度与压路机吨位的关系

水泥稳定类混合料从加水拌和开始到碾压完毕的时间称为延迟时间。混合料从开始拌和到碾压完毕的所有作业必须在允许的延迟时间内完成,以免混合料的强度达不到设计要求。厂拌法施工的允许延迟时间为2～3h。

(5)养护与交通管制。半刚性基层碾压完毕,应进行保湿养护,养护期不少于7d。水泥稳定类混合料在碾压完成后立即开始养护,石灰或工业废渣稳定类混合料可在碾压完成后3d内开始养护,养护期内应使基层表面保持湿润或潮湿,一般可洒水或用湿砂、湿麻布、湿草帘、低黏质土覆盖,基层表面还可采用沥青乳液做下封层进行养护。水泥稳定类混合料需分层铺筑时,下层碾压完毕,待养护1d后即可铺筑上层；石灰或工业废渣稳定类混合料需分层铺筑时,下层碾压完即可进行铺筑,下层无需经过7d养护。养护期间应尽量封闭交通,若必须开放交通时,应限制重型车辆通行并控制行车速度,以减少行车对基层的扰动。

2.路拌法施工

路拌法施工是将集料或土、结合料按一定顺序均匀平铺在施工作业面上,用路拌机械拌和均匀并使混合料含水量接近最佳含水量,随后进行碾压等工序的作业。路拌法施工的流程为：下承层准备→施工放样→备料→摊铺→拌和→整形→碾压→养护。其中,下承层准备、施工放样、碾压及养护的施工方法和要求与厂拌法施工相同。

(1)备料。在一般情况,水泥稳定土层(特别是水泥稳定基层)所用的土是经过选择的技术经济都比较合理的土料。

料场选择将沿线所有料场的土料,用肉眼鉴别,初步选定一些备用料场。从每个用料场取有代表性的土料,送试验室进行原土料及水泥土混合料的物理力学性质试验。根据试验结果,选定准备开采使用的料场(同时确定水泥剂量)。

选料采集时如料层上有覆盖土、树木、草皮等杂物,则首先应该将它们清除干净(通常使用推土机)。在推选集料的过程中,应该在预定采料深度范围内自上而下采集集料。不应分层采集,避免将不合格的土料推入选料堆中。如发现土料有明显变化,则应该及时采取有代表性的样品送试验室进行规定的各项试验。

计算材料用量根据各路段水泥稳定土层的宽度、厚度及预定的干密度,计算各路段需要的干燥集料数量；根据料场集料的含水量和所有运料车辆的吨位,计算每车料的堆放距离；根据水泥稳定土层的厚度和预定的干密度及水泥剂量,计算每1m2水泥稳定土需用的水泥用量。并计算每袋(通常重50kg)水泥的摊铺面积；根据水泥稳定土层的宽度确定摆放水泥的行数,计算每行水泥的间距；根据每包水泥的摊铺面积和每行水泥的间距计算每袋水泥的纵向间距。

选料的运输和堆放选料装车时(通常用装载机或挖掘机),应该注意每辆卡车(通常用自卸卡车)的装载数量基本相等。根据各路段需要的选料数量按计算距离卸料。在该料场供应的路段范围内,由远及近将土料堆放在路的一侧。应该严格掌握卸料的距离,避免选料不够或过多。

如果选料中有较大石块,或小于5mm的土团(石料除外)少于80%,则应该进行粉碎,然后用平地机整平。如选料中超尺寸的石料颗粒过多,则应该在料场进行筛除。(www.daowen.com)

(2)摊铺集料。应事先通过试验确定集料的松铺系数(或压实系数,它是混合料的松铺干密度与压实干密度的比值)。人工摊铺混合料时,其松铺系数可参考表10.2。

表10.2　混合料松铺系数参考表

摊铺集料应在摊铺水泥的前一天进行。摊料长度应以日进度的需要量控制,满足次日完成掺加水泥、拌和、碾压成型即可。但在雨季施工,不宜提前一天将料铺开,应及时摊铺混合料并保证后续工艺在降雨之前全部完成。

用平地机或其他合适的机具将混合料均匀地摊铺在预定的宽度上,表面应力求平整,并有规定的路拱。摊料过程中,应将土块、超尺寸颗粒及其他杂物拣除。如集料中有较多土块,应进行粉碎。及时检验松铺材料层的厚度,视其是否符合预计要求(松铺厚度=压实厚度×松铺系数)。

(3)拌和。摊铺完毕,用稳定土拌和机、农用旋耕机或多铧犁进行拌和,拌和深度应达到稳定层底部,略扰动下承层,使基层与下承层结合良好。在拌和过程中,应设专人跟随拌和机行进,以便随时调整拌和深度并检查拌和质量。混合料应充分拌和均匀,严禁在拌和层底留有“素土”或夹层,否则会严重影响稳定层的强度和稳定性。拌和时应适时检查混合料的含水量,若含水量不符合设计要求,应通过自然蒸发或补充洒水使之处于最佳值,并再次拌和均匀。

(4)整形。混合料拌和均匀后,立即用平地机初平、整型。在直线段,平地机由两侧向路中心刮平,在曲线段,平地机由内侧向外侧刮平。初平后,用拖拉机、平地机或轮胎式压路机快速碾压1～2遍,使可能的不平整部位暴露出来,再用平地机整形,如此反复1～2遍。整形过程中要及时消除集料离析现象,特别是粗集料集中的部位。低洼处应用齿耙将距表面5cm深度范围内的混合料耙松,再用新拌和的混合料找平。初步整形后,应检查混合料松铺厚度,并进行必要的补料和减料。

碾压作业与厂拌法施工相同。碾压结束前,用平地机再终平一次,使基层纵向顺适,路拱、超高、高程等符合设计要求,特别要将高出部分刮除并扫出路外,以保证上层路面结构的有效厚度。

3.施工时应注意的问题

(1)施工季节。半刚性基层宜在春末或夏季组织施工。施工期间的最低气温应在5℃以上,在冰冻地区,应保证在结冻前有一定成型时间,即在第一次重冰冻(-3～-5℃)到来之前的半个月到一个月(水泥稳定类)或一个月到一个半月(石灰、工业废渣稳定类)完成。若不能达到上述要求,则碾压成型的半刚性基层应采取覆盖措施以防冻融破坏。多雨地区应避免在雨季施工石灰土结构层。雨季施工水泥稳定土或石灰稳定中、粗粒土时,应特别注意气候变化,采取措施避免结合料或混合料遭雨淋。降雨时应停止施工,及时排除地表水,使运到路上的材料不过分潮湿。已经摊铺的混合料应尽快碾压密实。

(2)接缝及“掉头”处的处理。无论用厂拌法还是路拌法施工,均应尽量减少横向接缝和纵向接缝,必须设置接缝时,应妥善处理。对于水泥稳定类基层,同一天施工的两个作业段衔接处应搭接拌和,即前一段拌和后留下5～8m长的混合料不碾压,待后一段施工时,在前一段未碾压的混合料中加入水泥,并拌和均匀。每一工作日的最后一段水泥稳定类基层完工后,应将末端设置成垂直端面,以保证接缝处有良好的传荷能力。对于石灰稳定类和工业废渣稳定类基层,同一天施工的两作业段衔接处可按前述方法处理,但不再添加结合料。施工过程中出现的纵向接缝应设置垂直接缝,接缝区的混合料应充分碾压密实。

拌和机等施工机械不应在已碾压成型的稳定类基层上“掉头”、制动或突然启动,若必须进行这些操作时,应采取有效的措施保护基层。

(3)水泥稳定类混合料基层施工作业段长度的确定。确定水泥稳定类混合料基层的施工作业段长度应考虑水泥的终凝时间、延迟时间、工程质量要求、施工机械效率及气候条件等因素。延迟时间宜控制在3～4h内,不得超过水泥的终凝时间。在保证混合料强度符合要求的前提下,尽可能增长施工作业段长度。为此,水泥稳定类基层应采用流水作业法组织施工,使各工序紧密衔接,尽可能缩短延迟时间以增加施工流水段长度。一般条件下,每作业段长度以200m为宜。

10.2.2.2　粒料类基层(底基层)施工

粒料类基层是由有一定级配的矿质集料经拌和、摊铺、碾压,当强度符合规定时得到的基层。按强度形成原理的不同,矿质集料分为嵌锁型和密实型两种类型。嵌锁型粒料包括泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等,强度靠颗粒之间的摩擦和嵌挤锁结作用形成。密实型粒料具有连续级配,故也称级配型基层,材料包括级配碎(砾)石、符合级配要求的天然砂砾等。本小节主要介绍级配碎(砾)石、填隙碎石基层的施工技术。

(1)级配碎(砾)石基层施工。级配碎(砾)石基层大都采用路拌法施工,施工次序为：准备下承层→施工放样→运输和摊铺主集料→运输和摊铺掺配集料→洒水拌和→整形→碾压→做封层。采用集中厂拌法施工,施工次序为：准备下承层→施工放样→混合料拌和与摊铺→整形→碾压→做封层。

下承层准备与施工放样按半刚性基层施工的方法和要求进行,运输和摊铺集料是确保级配碎(砾)石基层施工质量的关键工序之一,通过准确配料、均匀摊铺可使碎(砾)石混合料具有规定的级配,从而达到规定的强度等技术要求。施工时根据拟定的混合料配合比、基层宽度与厚度及预定达到的干密度等计算确定各规格集料的用量,以先粗后细的顺序将集料分层平铺在下承层上,然后用人工或平地机进行摊平,级配碎(砾)石混合料可用稳定土拌和机、自动平地机、多铧犁与缺口圆盘耙相配合拌和,拌和应均匀,避免出现集料离析现象,确保级配碎(砾)石基层具有良好的整体强度。

应边拌和边洒水,使混合料达到最佳含水量。混合料拌和均匀即可按松铺厚度摊平,级配碎石的松铺系数为1.4～1.5,级配砾石的松铺系数为1.25～1.35。

表面整理成规定的路拱横坡,随后用拖拉机、平地机或轮胎压路机在初平的混合料上快速碾压1～2遍,使潜在的不平整部位暴露出来,再用平地机整平。混合料整形完毕,含水量等于或略大于最佳含水量时,用12t以上三轮压路机或振动压路机碾压。在直线段,由路肩开始向路中心碾压；在平曲线段,由弯道内侧向外侧碾压,碾压轮重叠1/2轮宽,后轮超过施工段接缝。后轮压完路面全宽即为一遍,一般应碾压6～8遍,直到符合规定的密实度,表面无轮迹为止。压路机碾压头两遍的速度为1.5～1.7km/h,然后为2.0～2.5km/h。路面外侧应多压2～3遍。对于含细土的级配碎(砾)石,应进行滚浆碾压,一直到碎(砾)石基层中无多余细土泛到表面为止,泛到表面的泥浆应清除干净。用级配碎石做基层时,压实度不应小于98%；做底基层时,压实度不应小于96%。用级配砾石做基层时,压实度不应小于98%；做底基层时,压实度不应小于96%。

级配碎石用做薄沥青面层与半刚性基层间的中间层时,主要起防治反射裂缝的作用。碎石混合料应采用强制式拌和机、卧式双转轴桨叶式拌和机或普通水泥混凝土拌和机等集中拌和,用沥青混凝土摊铺机、水泥混凝土摊铺机或稳定土摊铺机摊铺,这样可使其具有良好的强度和稳定性,表面平整,质量明显高于路拌法施工的基层。

(2)填隙碎石基层施工。填隙碎石基层施工的顺序为：准备下承层→施工放样→运输和摊铺粗集料→稳压→撒布石屑→振动压实→第二次撒布石屑→振动压实→局部补撒石屑并扫匀→振动压实,填满空隙→洒水饱和(湿法)或洒少量水(干法)→碾压。其中,运输和摊铺粗集料及振动压实是确保施工质量的关键。

填隙碎石施工时,细集料应干燥,采用振动压路机充分碾压,尽量使粗碎石集料的空隙被细集料填充密实,而填隙料又不覆盖粗碎石表面自成一层,粗碎石应“露子”。填隙碎石的压实度用固体体积率来表示,用做基层时,不应小于83%；用做底基层时,不应小于85%。填隙碎石基层碾压完毕,铺封层前禁止开放交通。