史 剑
北京市政路桥管理养护集团有限公司，北京，100097
摘 要：由于城市道路大修工程施工需要及时恢复交通，且面层病害明显,因此目前城市道路的维修大多数以沥青面层铣刨加铺处理为主，增加面层厚度来延缓基层病害发展。随着道路使用年限的增加交通量不断增长，因基层病害和承载力不足，面层修复后达不到使用年限，反复大修经济效益低，更不环保。而且路面反复加高后影响路面排水，与之相连的步道外露高度被压缩，亦不利于行人安全。要改变现状，急需解决基层维修问题。常规石灰粉煤灰基层、水泥稳定粒料基层、沥青冷再生基层施工，均需要养生7-28天，养生过程需要中断交通，而城市道路又不具备养生条件。本文结合笔者数年大修经验，以香山路大修工程为例，打破传统冷铺方法，根据水泥在温度较高环境下强度快速增长的特性，摊铺掺加水泥的石灰粉煤灰基层后立即撒布封层并开放交通，第二天再加铺沥青混凝土底面层的施工工艺进行研究探讨，通过对施工环境的控制、原材料的严格管理、采取适当的摊铺及压实措施，同时满足设计要求，为道路大修工程基层快速施工积累了经验。
关键词：城市道路大修、石灰粉煤灰稳定基层、恢复交通、施工质量、养生环境
Rapid construction technology for base course of urban road overhaul project
Shi Jian
在沥青路面各结构层中，基层是主要承载结构，底基层起次要承载作用，面层则直接承受汽车荷载。道路建成初期虽是本着强基薄面的原则修建，但随着交通量的日益增大，加之雨水侵害，结合沥青路面自身的结构特点，基层不可避免的出现了不同程度的病害。在城市道路大修与养护施工中，加强基层病害处理意识，在加铺面层沥青混凝土来改变旧路路用性能前，认真获取旧路基层损坏数据，确定处理深度、方法，从根本上解决龟裂、车辙等病害问题。在强度不足或基层存在严重病害时必须翻建基层。在城市道路大修施工中，如何突破社会交通对大修施工的制约，从基层材料选择、配合比设计、原材料质量控制、施工工艺优化等方面，找到施工工艺与交通环境的平衡点，在保证市政道路施工质量的前提下，提高施工效率，以延长城市市政道路的使用寿命，意义重大。
一、无机结合料类基层的结构特点
沥青混凝土路面常用无机结合料类的半刚性基层，其具有足够的强度和稳定性、较小的收缩变形和较强的抗冲刷能力，能更好的补足沥青混凝土面层抗弯拉强度差的缺点。无机结合料基层分为骨架密实（GM）型、骨架空隙（GK）型和悬浮密实（XM）型三种结构类型。结合料中粗集料自身的强度及其骨架作用，是抗压强度的主要来源；水泥等胶结材料与细集料、水混合后，填充到粗集料的空隙中形成的胶结作用，使混合料具有一定的抗弯拉强度。骨架密实型的结合料，在水泥等胶结材料形成强度前，经碾压密实具有良好的支撑力，为初期抵抗荷载创造了条件。
二、水泥对无机结合料类基层强度的影响
水泥在初凝开始时逐渐失去塑性，随后逐渐变硬直至完全失去塑性，即为终凝。水泥在终凝之后强度逐渐发展，并随着时间的推移强度逐渐增长成为坚硬的材料。水泥的凝结硬化需要一定的时间，因此通常情况下，水泥稳定类材料需进行一定时间的养护，其强度和弹性模量才能满足设计要求。无机结合料的强度与刚度均随龄期的增长而增大，且其增长速率与环境温度、混合料级配类型、水泥剂量等因素有关，增大环境温度或增加水泥剂量，对加快强度和模量的增长具有促进作用。
在不增大水泥剂量的前提下，养生温度、湿度的改变对水泥稳定碎石的强度形成的影响最为显著。养生温度的提高有助于水泥水化反应的加快进行，从而在不改变其他因素时增大混合料的早期强度。保持较高温度的同时，保湿养生能为混合料中水泥的水化提供足够的水分。研究表明，在同样的温度环境中进行保湿养生的试件，其早期强度远远高于只在空气中进行养生的试件，且混合料中水泥用量越大，湿度对其影响的程度也越大。水泥凝结硬化及强度发展与温度、湿度关系极大，水泥和水的作用速度在高温下加快，强度增长也同时加快，且强度越低的水泥对温度的敏感性越强，一般每上升5℃，凝结时间便提前1小时，硅酸盐水泥在 70-80℃的湿热条件下，能在4小时达到正常养护下28天强度的60%左右。
三、龄期和温度对无机结合料基层强度的影响
无机结合料类基层材料的强度增长与养生龄期和养生温度、湿度密切相关。相关研究表明：若施工期间基层平均温度为10℃，按照常规方法施工后，即使养生14d后开放交通，也很难保证路面基层结构不发生早期破坏。对于基层养生平均温度能达到20℃以上的路面结构，早期限制轴重情况下开放交通也可以满足设计要求。基层底部的最大拉应力随着轴载的增加而增大，且养生龄期对基层底部最大拉应力有一定的影响。结构层底部拉应力高于材料的劈裂强度时，会造成结构的一次性破坏，所以要控制结构层底部拉应力低于相应材料在对应龄期下的劈裂强度。
气温为10℃情况下，当天开放交通、7d和14d时，上基层能承受的最大轴载分别是100、180、220kN。从道路实际交通状况来看，只允许轴载100kN以下的车辆通行不现实。因此，在此温度状况下施工，只能养护7d，14d后开放交通，并控制轴重180 kN和220 kN的车辆。在气温为20℃时，随着开放交通时间的推迟，上基层底部最大拉应力呈增大的趋势。但是，由于上基层材料在此温度下的抗弯拉强度增长也较快，不论何时开放交通，即使车辆轴载达到300kN也不会造成上基层的破坏。下基层底部最大拉应力也随着轴载的增加而增大，轴载对下基层底部最大拉应力的影响同样显著。在轴载和开放时间相同情况下，当施工温度由10℃升高到20℃时，下基层底部最大拉应力增加了近1倍，由此可见无机结合料类基层施工温度对下基层底部最大拉应力有着较为显著的影响。
四、如何解决养生与交通间的矛盾
根据对基层的分析，在城市道路大修中采取以下措施可降低交通环境对于基层施工的影响（带荷载养生）：
1、保证路基完整性
城市道路大修是基于已经投入运行很久，其路面结构形成病害的道路。正是由于其长期经历汽车荷载的作用，导致其路基部分早已沉降稳定，挤压密实。地面渗水的影响范围往往仅波及到路面基层范围。所以基层施工时严禁破坏路基部分的完整性，以保证其良好承载力及较小的弯沉变化。
2、合理优化级配
从无机结合料级配角度着手，通过对集料原质量的严格控制，提高水泥稳定碎石的压实度。从而在水泥、石灰、粉煤灰等胶结材料达到设计强度前，充分利用骨料间的嵌挤作用来抵抗汽车荷载，以不发生变形导致结构破坏。粗集料采用硬质岩石或砾石加工而成的碎石，严格控制压碎值、针片状含量、0.075mm以下粉尘含量、软石含量；四档备料以保证具有良好的级配以形成嵌挤。细集料采用具有适当颗粒级配的粗砂，且应洁净、干燥、无风化、无杂质，将细集料含量控制在最小范围内，尤其是要提高对 0.075mm粒径以下土含量的重视程度。水泥强度等级是水泥主要技术指标，它取决于熟料的相对含量及矿物成分组成，水泥在凝结过程中释放出大量热量，放热量的大小与快慢，由熟料中矿物的组成决定，此外细度越细的水泥，水化作用越快，早期放热量越大。因此，水泥强度等级越高，其水化放热速度越快，放热量也越大，硅酸盐水泥早期强度高，抗冻性好，综合考虑选用P.O 42.5普通硅酸盐水泥，初凝时间大于3小时，终凝时间控制在6-10小时内。
3、适当掺入水泥
基层使用石灰粉煤灰类无机结合料时，选用骨架密实型结构，掺入适当剂量的水泥（通常1.5%-3%），在20℃以上的施工温度下，水泥早期配合粗集料形成嵌挤，能够更早的承受汽车荷载，更适合尽早开放交通。
4、提高施工温度
一方面尽量在平均温度20℃以上的季节施工，以保证水泥稳定类材料在施工后较短时间内，水泥强度达到较快增长。另一方面采用摊铺机摊铺时适当加热熨平板至60℃左右，并适当提高集料0.5%含水量，通过提高混合料的施工温度，进一步促使水泥尽早产生强度。
5、统筹安排每日施工量
摊铺量不宜过大或过小，以一台摊铺机为例，单层18-20cm水稳碎石基层的摊铺面积不宜大于1200㎡。以保证能够精确的控制水泥初凝时间及允许延迟时间，使水泥稳定结合料不致因初凝而失效，也不致碾压完成后过晚初凝。
6、合理利用封层
在混合料摊铺碾压完成后撒布封层可以很好的封闭基层，起到保水防水的作用，既保证高温环境下基层表面水分不过快流失，又不会因突然降雨导致基层受水浸泡。另外，在开放交通的过程中还能很好的保护基层不在车辆荷载作用下受到破坏。封层施工不能省略透层油的撒布，并保证透层油渗入基层的深度以起到良好的层间粘结作用。
7、限制超重车辆
虽然城市道路大修工程不具备封闭交通的条件，但也不能任由超重车辆任意通行。施工前与交管部门沟通协商，在摊铺面层沥青混凝土前限制轴载超过300KN的车辆通行，以保证基层不被重载车辆压碎。
8、优化工序衔接
采用线性流水作业法组织施工，基层及封层施工完成后，第二天及时加铺底层沥青混凝土。一是沥青混凝土的摊铺再次保证了水稳基层养生期的温度，使高温能够渗入基层来加快水泥强度的形成，二是底层沥青混凝土通常采用中粒式或粗粒式，碾压完成后对车辆荷载的抵抗能力更强，会减小压力的传导深度。
五、工程实例
1、工程概况
香山路位于北京市海淀区，东西走向，长4.725公里，设计时速为40km/h，道路等级为城市次干路，现况道路横断面为一幅路型式，路面宽为12m～14m，行车道宽7m，机动车道一上一下组织交通。
（见图一 香山路项目概况图）
图一 香山路项目概况图
香山路于2008年进行道路大修，结构为铣刨罩面，未对基层进行处理；自2011年以来，进行过多次中小修，养护面积达到31%；但因大中小修路面维修仅以面层修复为主，始终未对基层结构进行彻底整治，至今路面病害依然较重。（见表1 香山路历年中小修统计表）
香山路历年中小修统计表 表1
年份 小修面积（平米） 处理方式 中修面积（平米） 处理方式
2012 2000 铣8补8 3000 网裂铣5补5
车辙铣13补5+8
2013 3802
2014 1848 3376.6
2015 2111 铣9补9
2016 4900
合计 14661 6376.6
处理比例 21.86% 9.51%
历年大中小修仅对面层处理，病害反复出现，2012年至今中小修面积占总面积达31%，但现况路面依然病害较重，表明仅针对面层进行铣刨罩面的大修处理方式是不成功的。原大修处理方式加上多次中小修养护，现况路面结构混乱，养护维修困难。
通过现场调查，路面病害主要有：沥青混凝土路面沉陷、碎裂、路口及公交车站车辙、修补破损、网裂等，尤其以路面碎裂下沉病害最为严重。（见图二 碎裂、图三 下沉、图四 龟裂、图五 网裂）为进一步验证旧路结构及病害发展层位，我单位协同设计人员对本道路进行了取芯检测，本次香山路共取芯样23处，顺桩11个，逆桩12个。芯样基层多松散，强度较差。
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图五 网裂
2、基层施工内容及方法
本次大修工程完成沥青面层66099㎡，道路基层处理58298㎡，人行步道铺设13245㎡。基层处理结构为：
SBS改性中粒式沥青混合料AC-16C（骨料为玄武岩） 5cm
改性乳化沥青粘层（0.6L/㎡）
厂拌热再生沥青混合料ZAC-25C 7cm
改性乳化沥青透层（1.2L/㎡）
石灰粉煤灰碎石（1.0Mpa） 18cm
石灰粉煤灰碎石（1.0Mpa） 18cm
大修工程于2017年8月14日进场施工，12月20日整体完工，期间9月21日至10月27日由于“国庆”、“十九大”等政事活动暂停施工，空气重污染预警等暂停施工，净施工时间为90天。本次大修工程共分为两个作业区，组织两个施工专业队伍，每个队伍人数100人，分两个阶段组织施工，第一阶段安排三个作业队进行基础换填，无机料铺设、路缘石砌筑、雨水支管敷设、底层沥青摊铺流水作业，另一个作业队进行盖板沟加固；第二阶段安排一个作业队进行检查井加固和面层沥青摊铺，另外两个作业队进行方砖步道铺设、桥下及边坡护砌等施工，交通标线恢复安排专业队伍施划。
基层施工日期为8月15日至9月16日，八月份日平均高温30℃、日平均低温21℃，九月份日平均高温27℃、日平均低温17℃，施工期间最低温度出现9月17日，夜间最低温度为16℃。基层摊铺及养生温度平均在20℃以上。摊铺时采用预热熨平板60℃，同时适当提高集料含水率的方式来保证基层施工、养护温度均达到20℃以上的理论需求。基层更换主要工序：1、复测原地面，建立高程控制网。2、用人工配合铣刨机对原路面行车道进行铣刨。3、对铣刨面进行彻底清扫，清除纹槽内泥土及杂物，如遇夹层予以清除。4、摊铺机熨平板加热至60℃摊铺拌厂拌混合料，并采用两台18t双钢轮压路机配合25t单钢轮压路机进行组合紧跟摊铺机进行碾压。5、碾压分初压、复压、终压进行，碾压先自两侧向路中稳压1～2遍，碾压以“先慢后快”、“先轻后重”为宜。压路机逐次倒轴碾压，重叠宽度，单钢轮压路机为1/2后轮宽。碾压至轮迹不大于5mm，表面应平整、坚实。要求压实完成的厚度为18cm，压实度不小于98%。6、采用灌砂法对碾压完成的路面基层材料进行压实度试验，每段测量3点，取其平均值。7、检测合格并报验后摊铺上基层8、撒布封层，封层采用同步封层车按1.2L/m2的用量控制改性乳化沥青洒布量，集料采用S12型，洒布量按照8m3/1000㎡控制。洒布车行驶速度控制在2.5km/h之内，边角及立茬采用人工补洒。撒布后检查有无浮料，及时清除。 9、开放交通设置限速40标志牌，并限制轴重大于300KN车辆通行。10、第二天加铺7cmZAC-25c沥青混凝土底层，进一步提高基层养生温度。
3、试验检测数据
本工程中使用的石灰粉煤灰碎石结合料，7d无侧限抗压强度为1.1MPa；压实度检测采用灌砂法检测，平均值为98.8%，均达到了规定的质量验收标准。竣工两个月后，业主委托第三方检测单位对该路段进行质量回访，主要进道路面层行取芯和弯沉检测。对施工后的路段进行钻芯取样，均取出了整体芯样。路面弯沉检测平均值为23.17（0.01 mm），代表值为27.0（0.01 mm），结构强度满足设计要求。
4、施工后效果对比（见图六、七）
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5、缺陷责任期检查
本次大修工程于2019年12月由建设单位组织缺陷责任期验收检查。设计单位、监理单位、施工单位、接养单位对工程实体进行了缺陷责任期验收。香山路经过两年的运行后，沥青路面完好洁净、未出现病害迹象；路面检查井井周未出现碎裂、下沉等病害；路缘石线性直顺美观。经各方验收合格后发放缺陷责任期终止证书，至此本次大修工程整体交付，圆满完成。
六、结语
随着经济和旅游业的发展，沿线基层设施的建设，城市道路交通量逐年增长，部分道路路面结构强度已远不能满足交通需求，各种基层病害不断显现并加重，严重影响道路的通行质量和服务水平，传统形式的道路大修以及频繁的路面沥青层中、小修已经无法满足日益增长的交通压力。
道路基层的翻修补强是城市道路养护施工不可回避的问题，只有解决基层病害，才能彻底改善道路的行驶质量，提高道路的服务水平，增加道路养护的经济效益。在基层施工过程中通过采取加强取芯检测、不破坏路基结构、选择适合的基层修复材料、严格控制原材料质量、适量掺加水泥、保证施工及养护温度、合理利用封层、优化工序衔接、限制超重车辆等措施，才能解决基层养生与中断交通的矛盾点，将道路养护维修作业对社会交通的影响降到最低。结合城市道路大修以及基层材料特点，采用更快捷高效的修复工法及新型基层修复材料，才能满足城市道路养护工作中对恢复交通的需求，解决道路施工必影响通行的矛盾。
主要参考文献：
[1]吴玉浩,张家兵.水泥稳定粒料基层结构强度与龄期、温度关系的探讨[J].中南公路工程,2003
[2]武建民,马君毅,戴经梁.温度对水泥稳定旧沥青路面材料强度的影响[J].武汉理工大学学报，2009
[3]刘俊琴,马士宾,陈晗.开放交通初期车辆荷载对半刚性基层沥青路面的影响[J].重庆交通大学学报（自然科学版）,2014
[4]黄思超.快速开放交通的城市道路基层修复方法分析与展望[J].江西建材,2015
[5]韩辉平.水泥稳定土基层强度的影响因素及施工质量控制分析[J].科技视界,2020
发稿日期：2020-8-27
作者简介：史剑，男，工程师，主要从事城市道路大修施工管理工作。
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