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        基于整體受力的寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)

        2021-02-28 11:05:18成英才盧新兵張帥帥
        北方交通 2021年2期
        關(guān)鍵詞:下基層攤鋪碎石

        成英才,盧新兵,李 夏,張帥帥,孫 強(qiáng)

        (1.山東魯東路橋有限責(zé)任公司 東營(yíng)市 257029;2.山東信誠(chéng)公路工程監(jiān)理咨詢(xún)中心有限公司 東營(yíng)市 257091;3.山東省交通科學(xué)研究院 濟(jì)南市 250102)

        0 引言

        水泥穩(wěn)定碎石是以級(jí)配碎石作骨料,按嵌擠原理攤鋪壓實(shí),具有較高的強(qiáng)度、抗?jié)B性能和抗凍性能,是高級(jí)路面的理想基層材料。但是由于技術(shù)因素,在實(shí)際應(yīng)用中一般采用分層施工的方法,導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層在使用過(guò)程中出現(xiàn)脫層、滲水等問(wèn)題,甚至導(dǎo)致整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的損壞。

        因此大厚度大寬度水泥穩(wěn)定碎石基層施工工藝成為解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù),國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)該施工技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。王擁己等[1]對(duì)大厚度大寬度水泥穩(wěn)定基層施工中的配套技術(shù)進(jìn)行了研究,建立了攪拌設(shè)備和壓實(shí)設(shè)備的匹配關(guān)系。梁亮[2]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取芯等方法檢驗(yàn)了大厚度攤鋪工藝技術(shù)的實(shí)施。徐峰等[3]提出采用振動(dòng)成型法施工大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層能夠縮短工期降低成本。李晉鵬等[4]研究了水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層在高速公路中的應(yīng)用,大厚度一次性攤鋪能夠提高水穩(wěn)基層的質(zhì)量。但路昭等[5]研究了不同水泥摻量下的水泥穩(wěn)定碎石的性能,提出振動(dòng)拌和工藝能夠提高水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗壓強(qiáng)度、抗劈裂強(qiáng)度、抗沖刷等性能。劉文濤[6]、郭守見(jiàn)等[7]對(duì)大寬度大厚度水穩(wěn)層進(jìn)行了研究,提出了松鋪系數(shù)難以確定、邊部控制困難、壓實(shí)度檢測(cè)不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

        以S309田高線廣北農(nóng)場(chǎng)至濱州界段改建工程為工程研究背景,采用寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工組織及施工工藝,系統(tǒng)研究寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工工藝及檢測(cè)方法,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行性能驗(yàn)證。

        1 路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        S309田高線廣北農(nóng)場(chǎng)至濱州界段改建工程,路線起點(diǎn)位于S309田高線東營(yíng)濰坊界處,終于S309田高線東營(yíng)濱州界處,項(xiàng)目全長(zhǎng)約30.2km。根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求,道路基層采用18cm+18cm水穩(wěn)基層+18cm低劑量水穩(wěn)底基層。

        水泥穩(wěn)定碎石寬幅大厚度施工技術(shù)隨著機(jī)械設(shè)備性能的不斷提升,越來(lái)越受到關(guān)注。單次鋪筑厚度大于20cm的水泥穩(wěn)定碎石基層宜采用大厚度鋪筑技術(shù),為保證平整度及整體壓實(shí)度,單次鋪筑成型厚度不宜大于30cm,壓應(yīng)力與壓實(shí)厚度關(guān)系曲線如圖1所示。

        為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,同時(shí)與施工機(jī)械容許性能相匹配,結(jié)構(gòu)層組合由三層18cm水泥穩(wěn)定碎石基層優(yōu)化為上基層30cm水泥穩(wěn)定碎石+24cm下基層水泥穩(wěn)定碎石的組合配置,如圖2所示。同時(shí),下基層混料級(jí)配范圍及性能指標(biāo)同上基層相統(tǒng)一,進(jìn)一步增強(qiáng)整個(gè)水泥穩(wěn)定碎石基層的整體性。

        圖1 壓應(yīng)力與壓實(shí)厚度關(guān)系曲線

        圖2 基層優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合

        2 配合比設(shè)計(jì)

        要求水泥穩(wěn)定碎石的設(shè)計(jì)強(qiáng)度控制按基層設(shè)計(jì)強(qiáng)度不小于4.5MPa,底基層設(shè)計(jì)強(qiáng)度不小于3MPa。當(dāng)采用寬幅大厚度雙層連續(xù)攤鋪,一次全厚成型時(shí),上下兩層宜按同樣標(biāo)準(zhǔn)控制,按照不小于4MPa控制,寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石推薦級(jí)配見(jiàn)表1。

        表1 寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石推薦級(jí)配表

        設(shè)計(jì)首先對(duì)原材料進(jìn)行篩分,均采用水篩法,并對(duì)原材料密度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)原材料基本性能的分析,級(jí)配設(shè)計(jì)過(guò)程參考了國(guó)內(nèi)進(jìn)行的同類(lèi)型水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì),確定級(jí)配為石灰?guī)r20~30mm∶石灰?guī)r10~20mm∶石灰?guī)r5~10mm∶石灰?guī)r0~5mm =13∶40∶22∶25。

        在級(jí)配設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,用設(shè)計(jì)的級(jí)配按照規(guī)范要求進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)確定不同水泥劑量的最大干密度和最佳含水量。擊實(shí)試驗(yàn)采用三組水泥劑量,分別為3.0%、4.0%、5.0%,每組水泥劑量采用五個(gè)含水量進(jìn)行擊實(shí),分別為3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%。并進(jìn)行不同水泥劑量的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)定,如表2所示。

        表2 不同水泥劑量的無(wú)側(cè)限抗壓結(jié)果

        通過(guò)試驗(yàn)可知,水泥劑量不小于4.1%的強(qiáng)度代表值大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度4.0MPa;根據(jù)公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則及設(shè)計(jì)要求,對(duì)于高速公路保證率95%,Za=1.645通過(guò)公式,并結(jié)合本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,確定水泥劑量為4.5%,采用集中場(chǎng)拌時(shí)水泥劑量宜增加0.5%。最終采用的級(jí)配比例為,石灰?guī)r20~30mm∶石灰?guī)r10~20mm∶石灰?guī)r5~10mm∶石灰?guī)r0~5mm=13∶40∶22∶25,篩孔通過(guò)率如表3所示。

        表3 合成級(jí)配表

        3 關(guān)鍵施工工藝控制

        3.1 高程控制

        寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石施工宜采用掛設(shè)鋼絲繩控制高程和平整度,具體方法如下:

        (1)在下承層上每隔10m放出中樁和邊樁。

        (2)打基準(zhǔn)鋼釬:在單幅路段兩側(cè)(中線及邊線側(cè))攤鋪邊緣外50cm處打入鋼釬,鋼釬上有可以上下調(diào)整的橫向支撐桿(雙層連續(xù)施工時(shí)需設(shè)置雙層支撐桿),在鋼釬橫向支撐桿上綁扎直徑0.3mm鋼絲,鋼絲高度通過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高和松鋪系數(shù)等數(shù)據(jù)確定,通過(guò)水準(zhǔn)儀按計(jì)算好的數(shù)據(jù)測(cè)完并固定好。

        (3)架設(shè)的基準(zhǔn)鋼絲通過(guò)兩端的拉力鎖將鋼絲拉緊,一般情況下按大于800N的拉力將鋼絲拉緊。

        3.2 攤鋪

        寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪過(guò)程控制要點(diǎn)如下:

        (1)采用大功率攤鋪機(jī)單機(jī)全寬度攤鋪,按照設(shè)定松鋪系數(shù)調(diào)整攤鋪機(jī)熨平板高度,并將攤鋪機(jī)調(diào)整到正常攤鋪狀態(tài)。開(kāi)始攤鋪后保證攤鋪機(jī)料槽內(nèi)料位高度,每攤鋪1m檢測(cè)一次攤鋪厚度,及時(shí)調(diào)整自動(dòng)調(diào)平儀以保證攤鋪厚度。

        (2)攤鋪前及攤鋪過(guò)程中保證有3~4車(chē)料的儲(chǔ)備以保證攤鋪的連續(xù)性;料車(chē)到達(dá)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)后由專(zhuān)人指揮停車(chē)、倒車(chē)、卸料。

        (3)攤鋪過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查攤鋪混合料的標(biāo)高,如超過(guò)誤差范圍應(yīng)緩慢調(diào)整傳感器;在攤鋪現(xiàn)場(chǎng)配有工人3~4名,隨時(shí)處理攤鋪后料的局部問(wèn)題,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)和后場(chǎng)同時(shí)需要配備足夠的試驗(yàn)人員,隨時(shí)檢查現(xiàn)場(chǎng)含水量的變化情況,以及攤鋪后取料進(jìn)行篩分和配合比級(jí)配對(duì)比。

        (4)攤鋪機(jī)需采取增設(shè)反向葉片、半葉片及橡膠擋板等抗離析措施。大厚度水泥穩(wěn)定碎石施工時(shí),松鋪厚度較大,大粒徑石料極易滑落至底部,造成底部爛根。

        3.3 碾壓

        大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層全幅施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是壓實(shí),壓實(shí)工藝碾壓組合方式和遍數(shù)遵循先輕后重、先慢后快、從低到高的原則,按照施工作業(yè)規(guī)范或作業(yè)指導(dǎo)書(shū)嚴(yán)格執(zhí)行,推薦碾壓組合方式見(jiàn)表4。

        表4 推薦的碾壓方式組合

        碾壓工藝如下:首先采用雙鋼輪壓路機(jī)靜壓一遍,然后兩臺(tái)單鋼輪采用高頻低幅分別弱震兩遍(小噸位壓路機(jī)在前);再次兩臺(tái)單鋼輪采用低頻高幅強(qiáng)震兩遍(小噸位壓路機(jī)在前,期間采用膠輪壓路機(jī)交替揉搓);繼而采用兩臺(tái)單鋼輪采用高頻低幅分別弱震兩遍;最后采用雙鋼輪壓路機(jī)收光碾壓。不同壓實(shí)厚度或者不同級(jí)配類(lèi)型基層,根據(jù)試驗(yàn)段情況可酌情加減壓實(shí)遍數(shù)。

        3.4 養(yǎng)生及交通管制

        碾壓完成后,先進(jìn)行壓實(shí)度、厚度、平整度、寬度、標(biāo)高的檢測(cè),經(jīng)檢驗(yàn)合格,基層表面稍干后,撒布透層乳化瀝青,局部撒布不到位的人工進(jìn)行找補(bǔ)。底基層采用覆蓋灑水養(yǎng)生方式,并應(yīng)注意覆蓋物不能因風(fēng)吹影響行車(chē)安全。

        養(yǎng)生期間,封閉交通,禁止任何車(chē)輛進(jìn)入,施工機(jī)械使用施工便道。為控制交通,維持施工車(chē)輛通行,在施工安排上要合理地調(diào)配,工序上兩邊不能沖突,不要造成機(jī)械頻繁調(diào)動(dòng)。

        4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

        寬幅大厚度基層在碾壓完成后對(duì)上下基層分別采用灌砂法檢測(cè)壓實(shí)度,如圖3所示。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5,檢測(cè)結(jié)果表明上基層壓實(shí)度平均值為99.6%,下基層壓實(shí)度平均值為99.4%,上下基層壓實(shí)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)大于98%的要求,合格率為100%。

        圖3 現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)

        表5 現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)數(shù)據(jù)

        按規(guī)范養(yǎng)生7d后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取芯檢測(cè),芯樣表面光滑無(wú)空隙,并且完整無(wú)斷層,如圖4所示。并將芯樣切開(kāi)(上層30cm,下層24cm),做無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。結(jié)果表明上基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值為4.9MPa,下基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值為5.0MPa,上下基層抗壓強(qiáng)度均滿(mǎn)足基層強(qiáng)度規(guī)范

        圖4 基層取芯樣品

        表6 基層無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

        要求,并且上下兩層數(shù)據(jù)相近,證明碾壓均勻。

        5 結(jié)論

        系統(tǒng)研究了基于整體受力的寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù),設(shè)計(jì)了配合比室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),得出以下結(jié)論:

        (1)上基層30cm水泥穩(wěn)定碎石+24cm下基層水泥穩(wěn)定碎石的組合配置能夠提高平整度及整體壓實(shí)度;下基層混合料級(jí)配范圍及性能指標(biāo)同上基層相統(tǒng)一,進(jìn)一步增強(qiáng)整個(gè)水泥穩(wěn)定碎石基層的整體性。

        (2)級(jí)配設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果為:最優(yōu)級(jí)配為石灰?guī)r20~30mm:石灰?guī)r10~20mm:石灰?guī)r5~10mm:石灰?guī)r0~5mm=13∶40∶22∶25,水泥劑量為4.5%,能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

        (3)高程控制、攤鋪和碾壓工藝是寬幅大厚度水泥穩(wěn)定碎石施工控制關(guān)鍵,上基層壓實(shí)度平均值為99.6%,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值為4.9MPa,下基層壓實(shí)度平均值為99.4%,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值為5.0MPa,均滿(mǎn)足規(guī)范要求,合格率為100%。

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