边部注浆机在水泥稳定碎石基层中应用研究

摘 要：为解决水泥稳定碎石基层边部坍塌及强度不足问题，应用徐州新远建设的边部注浆机对水泥稳定碎石基层边部进行了注浆加固，采用无侧限抗压强度试验测试了不同注浆量的水稳基层芯样强度，依托广东怀阳高速、云茂高速公路和甘肃景中高速公路进行了工程应用，结果表明：水灰比宜控制为2:1，注浆宜按照2.0L/m~3.0L/m进行控制，按照水灰比为2:1，注浆量为2.0L/m~3.0L/m进行边部注浆能提高水泥稳定碎石基层边部芯样强度119~152%，边部注浆有效改善水泥稳定碎石基层边部坍塌问题，使得水稳材料基层边部线型顺直美观。

关键词：边部注浆机，水泥稳定碎石，基层，强度

Application of edge grouting machine in cement stabilized material base

（1.., Guangzhou, 510420)

Abstract:In order to solve the problem of edge collapse and insufficient strength of cement stabilized macadam base, the edge grouting machine of Xuzhou Xinyuan construction was used to reinforce the edge of cement stabilized macadam base. The engineering application was carried out relying on Guangdong Huaiyang expressway, Yunmao Expressway and Gansu Jingzhong expressway, The results show that: the water cement ratio should be controlled as 2:1, the grouting should be controlled as 2.0l/m ~ 3.0l/m, the edge grouting according to the water cement ratio as 2:1, the grouting amount as 2.0l/m ~ 3.0l/m can improve the edge core strength of cement stabilized macadam base by 119 ~ 152%, and the edge grouting can effectively improve the edge collapse of cement stabilized macadam base, making the edge of cement stabilized macadam base straight and beautiful.

Key words: Edge grouting machine, Cement stabilized material, Base, Strength

中图分类号：U414  文献标志码：A

0 引言

据相关统计资料表明水泥稳定碎石基层是我国高速公路路面基层的主要型式。随着我国高速公路的大量建设，基层质量尤其是基层边部的施工质量受到了越来越多的重视，如何保证水泥稳定碎石基层边部的施工质量及提高基层边部线型的美观形象是道路建设者们面临的问题，也是提高高速公路基层施工质量和形象必然途径之一^[1-4]。

针对基层施工质量问题，国内外研究人员进行了大量研究，沈毅等研究了水泥稳定碎石路面基层边部密实度的影响，结果表明水泥边部密实度不足，施工过程中易引起边部塌边现象，对施工质量造成了较大影响^[5]。陈进等研究了公路工程水泥稳定碎石基层立模施工问题，结果表明，立模施工可减少水泥稳定碎石用量、节约原材料，且基层线型顺直美观，值得大力推广^[6]。王心阳针对水稳基层碾压过程中混合料外移问题，依托装该高速公路探讨了水稳基层侧向木模板支挡工艺并提出了相应的工艺参数。此外，尹冉等研究了施工设备、材料及其试验方法等方面对施工质量的影响因素，得到了水稳基层最佳施工设备匹配，总结了水稳碎石的施工质量控制的要点。

综上所述，目前的研究均集中在水泥稳定碎石配合比设计、施工质量控制及工艺方面，但缺乏对基层边部施工质量、美观形象及其改善措施的研究，因此，本文通过采取边部注浆机在水泥稳定碎石边部注浆的措施并分析了不同注浆量的基础边部芯样强度，旨在提出水泥稳定碎石边部施工质量及美观形象的改善措施，研究成果水泥稳定碎石边部注浆机及其工艺应用提供参考经验。

1 试验设计

1.1 影响因素

根据已有文献及相关经验可知，水泥稳定碎石基层边部存在压实度不足问题，且极易造成边部坍塌，引起质量问题，想要解决该问题可从两个方面进行：其一为提高水泥稳定碎石的压实度但由于边部立模及无较大侧向约束问题，大吨位碾压机械难以对边部进行有效碾压；其二提高水泥稳定碎石基层的边部强度，通过对边部注浆提高水稳基层的边部强度。过去的研究表明：注浆强度主要受制于水灰比及注浆量的影响，因此本文主要探讨了边部注浆时这两个因素对边部基层强度及施工工艺的影响。

1.2试验设计

为考察上述两个因素对边部基层强度及施工工艺的影响，并在此基础上提出合适的工艺，本文设计了表1所示的试验方案。

表1 水泥稳定碎石基层边部注浆工艺试验设计

上述实验方案变量为水灰比时，则施工过程中保证注浆量为2.0L/m，变量为注浆量时，保证注浆的浆液水灰比为2:1。

2 设备概况

2.1 厂家概况

边部注浆机为徐州新远建设公司生产的产品，该厂家是集路面施工、机械设备租赁服务、设备维修与配件销售为一体的现代化、专业化企业，施工过程中致力于精益求精、狠抓细节，在施工中总结经验、大胆创新，开发了如图1所示的边部注浆机等一系附加功能辅助设备。

图1 边部注浆机施工过程图

2.2 技术参数

该产品采用电动机驱动，内部带有搅拌叶片，搅拌机以0~20r/min速率进行搅拌，注浆机容积为226L，一次装料可施工长度为100~150m，有效减少了添加材料频率，从而降低了人工消耗。底部带有出浆调节阀门，控制注浆的浆液量，注浆量可控制在0~5L/min。底盖可进行拆卸，方便进行处理，有效避免了水泥浆沉积及堵塞管道。

3 结果分析

3.1 施工情况

注浆机管道堵塞是较为常见的问题，也是确定注浆工艺施工时应重点考虑的因素，而注浆的水灰比及注浆量会对注浆管道的堵塞情况造成影响，当水灰比过高或者注浆流速较慢时，水泥颗粒会在管道沉积，经多次使用后，易引起管道堵塞，使得出浆口的出浆量达不到设计要求。因此，本文试验了多种水灰比及注浆量下的管道堵塞情况，其结果如下表2所示。

表2 边部注浆机在水稳基层边部施工时施工情况

分析上表可知，当注浆量过低和水灰比较小时，易引起管道堵塞，因此建议水灰比为2:1及其以上，注浆量应＞1L/m。

3.2 外观情况

为保证水泥碎石基层边部不发生坍塌现行，对水泥稳定碎石边部进行注浆，从而提高基层边部强度是非常有效的。而水泥浆的水灰比过大或者注浆量较大时，由于注浆的冲刷作用，使得基层边部反而强度降低，发生坍塌问题，因此根据上述试验设计进行了试验段施工，其结果如表3所示，施工良好段落的基层边部形象如图2所示。

表3边部注浆机在水稳基层边部施工时施工情况

图2 边部注浆水稳基层边部线型情况

根据上述表3可知，当水灰比为6:1时，边部易引起局部坍塌，而注浆量为5.0L/m时，局部路段易发生坍塌，因此边部注浆机的水灰比应＜6:1，水泥注浆量应＜5.0L/m。

3.3 芯样强度

根据上述试验设计，在水泥稳定碎石基层边部进行取芯，测试芯样的强度，其结果如表4所示。

表4 水泥稳定碎石基层边部芯样强度试验

根据上述结果可知，随着水灰比的增加，芯样强度逐渐减小，随着注浆量的增加，芯样强度呈现出先增加后减小的趋势，当注浆量在3.0L/m时芯样强度取得最大值，这主要是因为注浆量过大时，注浆的浆液会将破坏原水稳碎石的结构，使得集料表面的水泥浆被冲刷沉积在底部，从而引起了芯样强度的降低。对比分析有无注浆的芯样强度可知，边部注浆量在2L/m~3L/m时，芯样强度提高了119%~152%。

综上所述，边部注浆机的浆液水灰比应为2:1，注浆量应控制在2L/m~3L/m之间。

4 工程应用

4.1 项目情况

该设备及其工艺在广东云茂高速公路、怀阳高速公路及甘肃景中高速公路得到了大力推广及其应用，各高速的情况简介如下：

云茂高速公路项目路线总长129.7公里，其中经罗定市里程约40.417公里，信宜市里程约74.06公里，高州市里程约15.226公里，双向四车道，设计车速100km/h，工程于2017年全面开工建设，2020年12月20日云茂高速公路主体工程全线贯通。

景泰至中川机场高速起自景泰县城东侧，终点位于兰州新区南侧，全长约124公里，采用双向四车道标准建设，设计速度80公里/小时，项目的实施将形成兰州及兰州新区新的高速公路出口，以连接中川机场综合交通枢纽、加快完善兰州及兰州新区交通枢纽建设。

怀阳路线全长约159.94km，其中与广梧高速共线里程约53.97km，起点至莲都段采用120km/h的四车道高速公路标准，莲都至终点段采用100km/h的四车道高速公路标准，路基宽度26m。

4.2 应用效果

根据该设备及其工艺在广东云茂高速公路、怀阳高速公路及甘肃景中高速公路的应用情况，进行了总结，并对水泥稳定碎石基层进行层边部取芯，计算了采用该设备和工艺的节约人力情况，统计了因基层边部质量问题造成的返工情况并对三个项目的基层边部线型进行了主观评价，其结果如表5所示。

表5 边部注浆机工程应用效果

5 结论根据上表5可知，该设备和工艺节约了人力，同时由于施工过程中无返工问题，从而提高了施工效率并降低了成本。

本文通过试验段确定了边部注浆机的施工工艺参数，并在怀阳高速、云茂高速和景中高速进行了工程应用，得到了以下结论：

（1）水灰比为2:1时按照2.0L/m~3.0L/m进行边部注浆能提高水泥稳定碎石基层边部芯样强度119~152%。

（2）边部注浆机可有效改善水泥稳定碎石基层边部美观度，使得基层边部线型顺直美观。

（3）经过怀阳高速、云茂高速和景中高速工程验证，边部注浆机可降低施工成本、减少人员配置，提高施工效率，具有广阔的应用前景，值得进行大力推广。

参考文献

[1] 成伯君. 水泥稳定碎石施工工艺应用研究[D].长安大学,2010.

[2] 徐华月.浅谈水泥稳定基层施工与质量控制[J].江西建材,2015(08):196+203.

[3] 彭乙宵. 振动压实半刚性基层大厚层施工技术研究[D].重庆交通大学,2014.

[4] 李晋鹏,王伟.大厚度一次整幅摊铺水稳基层施工技术应用研究[J].公路,2016,61(06):56-61.

[5] 沈毅.水泥稳定碎石路面基层边部密实度的影响分析[J].黑龙江交通科技,2019,42(04):19-20+22.

[6] 陈进.公路工程水泥稳定碎石基层立模施工技术[J].科学家,2016,4(07):131-132.

[7] 尹冉. 水泥稳定碎石半刚性基层施工与质量控制技术研究[D].长安大学,2007.