1. 引言
我国高等级公路绝大多数采用水泥稳定碎石基层沥青路面结构，基层质量在一定程度上决定路面结构的使用寿命。从我国基本国情出发，“强基薄面”的设计理念，使得我国高等级沥青路面具有较厚的水泥稳定碎石基层结构。受限于传统的施工设备性能，水泥稳定碎石基层不得不分多层、分断面施工。传统水泥稳定碎石基层通常采用左右并机、三层分铺的施工方式，存在层间结合不良、基层分薄层受力的弊端。基层整体性不强，极易产生裂缝及疲劳损伤，影响路面结构使用寿命 [1]。
我国的高速公路通车里程位居世界第一位，高等级公路解决了“从无到有”的问题，“从有到优”逐渐成为追求的目标。随着科学技术的不断进步，施工机具的性能也大幅提升，突破传统工艺单层最大压实厚度不大于20 cm的上限 [2]，进行更大厚度的水泥稳定碎石基层施工逐渐成为可能。大厚度水泥稳定碎石施工是指水泥稳定碎石一次施工单层压实厚度大于20 cm的施工工艺 [3]，施工厚度的增加，可减少厚层基层的分层，提升水泥稳定碎石的整体性，实现理论设计与实际施工的统一，提高施工效率，是提高水泥稳定碎石基层结构性能，保证路面结构使用寿命的有效途径。然而针对更大厚度的施工带来的压实等技术难题，许多研究人员进行了大量的研究。王选仓等人研究了半刚性路面材料大压实功压实规律，发现振动压路机吨位的大小根据铺层厚度和材料种类来定，当压实力过小时，单纯增加碾压遍数会降低最佳含水率，这样会导致当混合料含水率过大时，开裂的可能性增大 [4]。同样，压路机吨位也不能一味地过大，否则会将石料击碎，下承层受到影响，或出现碾压“弹簧”现象。刘杰等人进行了超厚铺层压实设备的现状与应用的研究，发现与圆周振动压路机相比，垂直振动压路机对深处的压实效果更显著：在深度相同、压实遍数相同时，压实度可提高1%~2% [5]。宋皓等人进行了垂直振动压路机不同参数压实性能试验研究，发现垂直振动压路机的压实性能受不同质量分配和振动参数影响，垂直振动压路机适合厚层压实，深层压实效果较佳 [6]。但是针对实际施工过程中特定施工机具条件下的压实组合及压实工艺的研究还比较少，本文提托某新建高速公路项目，设置不同的碾压方案，进行大宽度一次性摊铺碾压成型施工工艺研究。根据设计文件要求，该依托工程主线及枢纽互通立交匝道道路基层采用36 cm水泥稳定碎石，水泥掺量参考剂量为4.5%，要求压实度 ≥ 98%。
2. 试验段用原材料
水泥稳定碎石基层的主要原材料有水泥、碎石，我部对所用材料均按规定频率做了试验检测，各项指标均满足要求 [7]。
1) 水泥
采用普通P.O 42.5硅酸盐水泥，初凝时间在4小时以上，终凝时间在6小时以上。
2) 碎石
采用石灰岩碎石，按19~31.5 mm，9.5~19 mm，4.75~9.5 mm，0~4.75 mm四种规格备料。
3) 水
混合料拌合、养生用水均采用120 m深洁净的地下水，满足要求。
3. 水稳基层配合比
设计首先对原材料进行筛分，均采用水筛法，并对原材料各项密度指标进行测试。通过对原材料基本性能的分析，按照嵌挤骨架密实的原则进行级配优化设计，级配设计过程同时参考了国内与省内进行的同类型水稳碎石级配设计的成功经验，综合考虑了混合料的强度、抗裂、抗冲刷等性能以及施工过程中的和易、摊铺、压实、离析等因素进行级配选择 [8]。在级配设计的基础上，用设计的级配及其相应的配比，按照规范要求进行击实试验确定不同水泥剂量的最大干密度和最佳含水量。击实试验采用三组水泥剂量，分别为3.5%、4.5%、5.5%，每组水泥剂量采用五个含水量进行击实，分别为3%、4%、5%、6%、7%。最后，用静压法成型试件，经过七天标准养生后进行无侧限抗压强度试验。通过级配及强度设计，选择合理的级配和水泥剂量，为生产配比设计及现场施工过程质量控制提供依据。目标配合比设计的结果如下表1~3所示。
Table 1. Design results of aggregate ratio
表1. 集料配比设计结果
Table 3. Design cement dosage and strength table
表3. 设计水泥剂量及强度表
4. 水泥稳定碎石大厚度施工工艺
水泥稳定碎石基层施工采用单层压实厚度为36 cm，一次摊铺一次碾压成型的大厚度施工工艺。
4.1. 施工设备
根据大厚度水泥稳定碎石基层施工的是技术要求，配备以下主要施工机械(见表4)进行施工。
Table 4. Main mechanical equipment on site
表4. 现场主要机械设备
4.2. 施工工艺流程
主要采用DT2000摊铺机和YZ36单钢轮压路机、YL37胶轮压路机、YZC17双钢轮压路机进行摊铺碾压组合施工，施工时采用水泥稳定碎石拌合站进行集中拌合，用自卸车运输，主要施工工艺流程如图1所示。
4.3. 压实工艺组合
混合料摊铺后采用1台YZ36单钢轮振动压路机和1台YZC17双钢轮压路机、1台YL37胶轮压路机跟在摊铺机后面全宽范围内进行碾压，碾压组合方式和遍数遵循先轻后重、先慢后快、从低到高的原则，碾压时后轮重叠1/3轮宽，摊铺根据现场摊铺速度和时间来控制碾压段。
为选取合理有效的碾压组合方式，采取三种碾压工艺进行碾压对比，碾压对比首先保证基层压实度要求，然后根据施工平整度、厚度等因素来优选碾压工艺，试验段具体碾压组合方式如下表5。
Table 5. Compaction combination method
表5. 压实组合方式
4.4. 压实度检测方法
水泥稳定碎石基层大厚度施工压实度是施工质量控制的核心，由于施工厚度加大，压力传导衰减较快，易导致顶部超密，底部压实不足的现象。传统的灌砂法只能控制整层的压实度，对底部欠压问题无法控制。
本文提出了分层、整层相结合的压实度控制方法，采用挖坑灌砂法(如图2所示)分别检测上下半层的压实度，结合灌水法控制整层的压实度，在确保整体压实质量的同时，也控制上下的压实变异。
5. 试验段实测技术指标
5.1. 松铺系数检测
1) 试验段拟设松铺系数
试验段松铺系数拟定为1.32，松铺厚度为47.5 cm。
2) 松铺系数测试方法
摊铺前，对下承层顶面高程H进行检测，纵向每10米一个断面，每断面横向3个点，分别设在横向2 m、7 m、12 m处，共9个点，纵向采用中桩控制，横向用钢尺进行控制，以便松铺及压实后的检测能在同一点上进行。
混合料摊铺后、碾压前对混合料松铺高程H1进行测量，混合料终压完成后对混合料压实高程H2进行测量。通过下承层顶面高程H、松铺高程H1及压实高程H2三组高程的测量求得每个检测点混合料的松铺厚度和压实厚度。
3) 实测松铺系数
单点的松铺厚度除以压实厚度求得单点的松铺系数，将各点的松铺系数汇总取平均值求得水稳基层的松铺系数K，计算公式为K = Σ[(H1-H)/(H2-H)]/N (N代表检测点的总数)，如表6所示实测水稳基层松铺系数为1.353。
Table 6. Test data table of loose laying coefficient
表6. 松铺系数检测数据表
5.2. 混合料试验检测
1) 水泥剂量检测
水泥剂量的检测从拌合稳定的第三车进行首次检测，后场实测值为4.5%，在现场对应的摊铺桩号处取样，检测值为4.5%，水泥剂量无损失。试验段水泥剂量检测组数6，合格组数6，检测桩号及数据详见下表7。本次检测数据满足《水泥稳定碎石底基层施工指导意见》不小于−1.0%的要求，合格率100%。
Table 7. Cement dosage test data table
表7. 水泥剂量检测数据表
2) 级配检测
级配检测从拌合稳定的第3车、第10车分别取样；级配检测共2组，各筛孔通过率均符合《水泥稳定碎石底基层施工指导意见》级配要求范围内，合格率为100%，详细检测结果表8所示。
Table 8. Mixture gradation testing data table
表8. 混合料级配检测数据表
3) 含水量检测
由于第一、第二车混合料拌合相对不稳定，取拌合稳定的第3车混合料进行含水量检测，实测值为5.76%，满足设计要求的5.0%~6.0%。根据现场施工情况，运距约为2.0 km。摊铺开始前，测得含水量为5.57%，含水量损失0.19%。碾压结束后，在相对应处用烘干法进行含水量检测，实测值为5.39%，含水量损失0.18%。经选取第6车、第10车、第15车、第20车含水量为5.64%、5.83%、5.69%、5.74%，压实后测得含水量为5.32%、5.44%、5.34%、5.36%，含水量损失0.32%、0.39%、0.35%、0.38%，含水量损失平均值为0.38%。
5.3. 压实度检测
现场根据三种碾压组合方式分别检测压实度，采用分层灌砂法和整层灌水法进行检测，检测数据如表9所示。
Table 9. Data sheet of compaction test
表9. 压实度检测数据表
以上三种碾压方式都能满足压实要求，其中方案二压实度相对较好，采用分层罐砂法每层都能达到设计要求，且两层的差值较小，采用全厚度灌水法也完全达到设计要求，且和罐砂法测得的压实度平均值相差很小。
5.4. 工程技术检测
1) 平整度
采用6米直尺进行平整度检测，共检测4处*10尺，数据如表10所示。
合格值 ≤ 8，经过检测，大部分平整度都符合规范要求，在压路机分段碾压接头处，平整度相对较差，后期施工中需要加强处理和控制碾压接头处平整度。
2) 厚度
通过取芯测检测水稳基层整体厚度，数据如表11所示。
对检测数据分析发现，水泥稳定碎石大厚度施工试验段压实厚度控制难度较大，均较设计值偏低。
6. 结论
1) 水泥稳定碎石基层大厚度施工技术需配备具备相应性能的施工设备，单层施工压实厚度为36 cm时，应至少配置一台大功率摊铺机、一台36 t大吨位单钢轮压路机、一台37 t胶轮压路机、一台17 t双钢轮压路机及产量600 T/h以上的水泥稳定碎石拌合站。
2) 水泥稳定碎石基层大厚度施工压实工艺推荐采用文中工艺二，碾压时遵循先轻后重、先慢后快、从低到高的原则。为保证平整度，碾压段落长度宜控制在30~50 m之间，分段接头处易出现推移拥抱，须加强控制。
3) 水泥稳定碎石大厚度施工松铺系数大，厚度及平整度控制难度大大增加，须加大监测频率，可通过提高摊铺后混合料的初始压实度及使用双钢轮初压，减少大吨位压路机碾压造成的平整度差及厚度不足的问题。
4) 压实度是水泥稳定碎石施工质量控制的核心，水泥稳定碎石大厚度施工压实度控制应采用分层和整层相结合的压实度控制方法，保证施工质量。