中交一公局第六工程有限公司 天津 300451
摘要：半刚性基层对温度和湿度的变化敏感，受温度影响易产生温缩应变，受湿度影响易发生干缩应变，干温缩应变导致基层产生裂缝，降低基层强度，基层裂缝反射到沥青面层使沥青路面产生裂缝，浸水后经冲刷会引起唧浆，进一步降低道路性能，减少道路的使用寿命。基于此，我国有部分学者主张摒弃半刚性基层，用柔性基层逐渐代替半刚性基层，但是根据我国半刚性基层的使用经验来看，半刚性基层的存在是很有必要的。应该在现有的经验上，采用多指标控制半刚性基层的设计，改善其级配，以使半刚性基层的强度、模量等指标在具体的环境条件下处于合理的范围，提高其抗冲刷、抗裂、抗冻性能，以适应当今道路的要求。
关键词：水泥稳定碎石；季节性冻土地区；质量控制
引言
半刚性基层作为路面的承重层，强度或刚度不足，经受多次的车辆荷载作用后会产生残余变形，造成基层弯拉破坏或者剪切破坏，这种破坏造成路面产生沉陷，路面表面发生龟裂和网裂，水分会经此裂缝进入路面结构中。内蒙古季冻区冬季来临后，由于基层处于潮湿或过湿状态，经受多次冻融循环后会造成强度急剧下降，并会产生冻胀、翻浆、不均匀变形等病害。
1 季冻区水泥稳定碎石基层技术
1.1 水泥稳定碎石级配理论
级配理论源自于中国的跺积理论，指不同粒径的集料间的比例关系，通常以不同粒径集料的质量百分数表示。级配与混合料的密实度及内在的摩阻力间的关系密切，对混合料的强度及耐久性影响显着。级配根据级配曲线的形状分为连续级配和间断级配。连续级配通常具有较大的密实度和较高的内聚力，随粗集料增加其孔隙率会显着增加。间断级配能够较好的发挥粗集料间的嵌挤作用，形成骨架结构，但施工和易性较差，易产生离析。
目前级配理论主要分为最大密度曲线理论与粒子干涉理论。最大密度曲线理论主要用于计算连续级配，粒子干涉理论则可以计算连续级配和间断级配。
1.1.1 最大密度曲线
最大密度曲线由W•B•富勒在大量试验的基础上提出，富勒认为：“集料在某筛孔上的通过百分率和筛孔尺寸的关系越接近抛物线，该集料的密实度越大，孔隙率越小。”该理论形成的级配细集料多，粗集料少，并不能形成骨架结构，主要依靠混合料内部的凝聚力形成强度，且抗裂性能较差。
1.1.2 粒子干涉理论
粒子干涉理论最早由C•A•G魏矛斯（Weymouth）提出，以填充理论为基础，在填充颗粒粒径不大于前一级集料颗粒间的空隙时，逐级进行填充，以达到最大密实度。粒子干涉理论仍依托于最大密度曲线，但是考虑到了集料间的相互影响，考虑到填充理论与干涉效应，为骨架结构的出现奠定了基础。此理论是级配设计理论从一味追求最大密度到考虑骨架结构的转折点。以干涉理论为基础，发展出了贝雷法、粗集料体积设计方法（CAVF）、多级嵌挤密级配分析法（MDBG）及多碎石沥青混凝土(SAC)级配设计方法。
1.2 季冻区水泥稳定碎石级配设计
我国气候分区按照公路自然区划和沥青路面使用性能气候分区，主要分为Ⅰ北部多年冻土区、Ⅱ东部湿润季冻区、Ⅲ黄土高原干湿过渡区、Ⅳ东南湿热区、Ⅴ西南潮暖区、Ⅵ西北干旱区、Ⅶ青藏高寒区等七大气候区。我国主要的季节冻土区，冻结程度一般由北至南逐渐减小，道路的主要病害是冻胀和翻浆。
季冻区年温差大，冬季寒冷且持续时间长，降雪以后路面冰层厚，冰冻时间长，冻土深，表现为道路基层在季冻区中冻融时间长、冻融温度低的特征，这些特点给季冻区道路基层的设计和使用造成了严重的干扰和破坏。本章节的主要目的是进行水泥稳定碎石基层组成优化设计，通过对多种级配进行强度、干温缩、模量等性能试验，综合各项指标优选满足季冻区路用性能要求的水泥稳定碎石级配。
1.3 试件制备及养生
1.3.1 击实试验
击实试验是无机结合料稳定材料试件制备的前提，由击实试验得到干密度——含水率曲线，以此确定无机结合料的最大干密度及在最大干密度下所对应的最佳含水率，确定每份结合料所需要添加水的质量和无机结合料的质量。在击实功相同的情况下，最大干密度随着含水量的增加呈现先增大后减小的趋势，这是由于在含水量较小时，被稳定材料过于干燥，难于压实，随着含水量的增加，结合料处于浸润状态，结合料颗粒在瞬间冲击的作用下进行重新排列，导致其密度增加。随着含水率的进一步增加，无机结合料会出现“弹簧”现象，难以压密，会造成结合料干密度变低。根据这一规律，每组结合料取5-6份，按相应方法进行试验。
击实试验完成后打碎击实试件采用四分法取约1400g左右试样，烘干称重，测定每份材料的干密度及对应含水量，画出干密度——含水率曲线，进行二次曲线拟合，曲线峰值即为所对应的最大干密度及最佳含水量。
1.3.2 试件成型
通过击实试验得到每种级配对应水泥剂量的最大干密度及最佳含水量后即可进行试件制作。本文中所用试件分为两种：圆形试件与梁式试件。圆形试件尺寸为Φ150mm×150mm，主要用于测定强度、抗冻性能、动静模量等；梁型试件尺寸为100mm×100mm×400mm，主要用于测定干缩系数、温缩系数、弯拉强度等。根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）T0804-1994要求，得到最大干密度及最佳含水量后，按压实度 98%计算制作不同类型试件所需的石料、水泥及水的质量，将石料与水拌和静置2h后加入水泥，拌和均匀，分三层将混合料装入试模，每层用捣棍轻轻均匀插实，上下垫块都外露2cm左右，置于压力机上，缓慢压实成型试件，当上下垫块都压入试模中后，圆形试件稳压2min，梁式试件稳压5min后即可卸去压力拿下试模。本研究中脱模时间一般在成型试件后4h-6h，根据大量试验经验，圆形试件脱模时间若早于4h，试件在上方或下方位置易产生散落石料，产生缺陷、若晚于6h，则脱模时有一定概 率在试件中间部分产生横向裂缝，进而影响性能。
1.3.3 试件养生
《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中规定：试件脱模后称重量高，放入塑料袋后移入标准养护室，标准养护室温度为 20℃±2℃，相对湿度在95%以上。试件表面应保持一层水膜，避免用水直接冲淋。
2 季冻区水泥稳定碎石基层施工质量控制
2.1 施工关键环节
（1）原材料的控制和管理
石料和水泥要满足施工的要求，因为石料和水泥对水泥稳定碎石基层的强度和抗裂性能影响甚大。要控制水泥的质量，在干燥的环境下进行保存，对已经开始结块和浸水凝结的水泥要果断摒弃。要控制石料的质量，尽可能选择反击式形式破碎的碎石；同批次、同种类的碎石堆放一起；细集料做好防雨措施。
（2）配套设备的选择
摊铺机采用ABG8820
系列摊铺机；拌合机选择的原则是根据最佳摊铺速度下的摊铺机吞料量确定拌合机的型号；压路机则根据摊铺机的摊铺宽度和摊铺速度决定；运输车数量尽量多，自卸车吨位尽量大。其他设备也应满足全厚度全幅施工技术的要求。
（3）模板
模具要求刚度大、变形小、固定良好，以抵御强大的压力机激振力。从实际使用情况来看，木模的使用效果较钢模更好，在木模内侧用铁皮包裹摊铺后的界面效果很好。
（4）配合比
配合比采用本章推荐的生产配合比，实际施工中可以根据压实设备的情况和施工能力进行适当的调整。
（5）松铺系数
松铺系数由级配和摊铺机的夯锤力量决定，悬浮密实型级配的松铺系数略大于骨架密实级配，夯锤力量越大，松铺系数越小。
（6）含水率
含水率由室内试验确定的最佳含水率而定，根据季节变化，冬季以最佳含水率为准即可，夏季时含水率要比最佳含水率高1个百分点，春秋时期增加0.2-0.5个百分点。要控制好细集料的含水率，尤其是阴雨季节后细集料含水率的变化。在施工开始时和摊铺将要结束时，含水率会产生较大的偏差，此时应手动调整。
（7）平整度
采用全厚度全幅施工技术时，摊铺时避免了接缝离析、摊铺时整幅的松铺系数一致、摊铺的混合料比较均匀，因此抗离析效果好，其平整度也比较高。对施工中超高处进行人工整平，施工结束后的超高处再进行修复式碾压。
3 结束语
由于时间关系，研究结果尚没有应用于实际工程，后期应跟踪观测试验路段的使用情况，进一步对研究结果进行验证和改进。
参考文献
[1]李立寒,黄璞,刘栋.旋转与静压成型对水泥稳定碎石性能的影响[J].长安大学学报(自然科学版),2016,36(6):17-25.
[2]程培峰,刘海龙.碎石性质对水泥稳定碎石抗冻性能的影响[J].低温建筑技术,2011(9):92-93+101.