劉 珍,邱 華,黃小華

(1.廣西交科工程咨詢有限公司,廣西 南寧 530007;2.桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院,廣西 桂林 541004;3.廣西公路檢測有限公司,廣西 南寧 530001)

0 引言

低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的回彈模量介于級(jí)配碎石與水泥穩(wěn)定碎石之間[1-2],在宏觀力學(xué)性能上低摻量水泥穩(wěn)定碎石抵抗局部荷載的作用能力優(yōu)于級(jí)配碎石,但小于普通水泥穩(wěn)定碎石[3]。付志國等[4]對比不同劑量的水泥穩(wěn)定碎石發(fā)現(xiàn),低摻量和水泥穩(wěn)定碎石干燥收縮性能優(yōu)于普通水泥穩(wěn)定碎石,即其在力學(xué)性能上優(yōu)于級(jí)配碎石,在收縮性能上優(yōu)于水泥穩(wěn)定碎石。級(jí)配碎石是良好的柔性結(jié)構(gòu)材料,但其水穩(wěn)定性較差,易發(fā)生水毀破壞,一定摻量的水泥能起到粘結(jié)作用[5],水穩(wěn)性能優(yōu)于級(jí)配碎石。因此低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石適用于因重載交通而采用大粒徑級(jí)配碎石路面柔性結(jié)構(gòu),但環(huán)境較為潮濕且易發(fā)生水毀病害的地區(qū)。

截至2020年年底,廣西公路總里程達(dá)到13.16×104km,全區(qū)普通國省道二級(jí)及以上公路比例達(dá)72%[6]。普通國省干道路網(wǎng)為連接西南(云南、貴州)、北上湖南、南下廣東提供了陸路運(yùn)輸通道。隨著西部陸海新通道的不斷建設(shè),廣西普通路網(wǎng)預(yù)計(jì)交通特征主要是過境交通(貨運(yùn)),重載交通特征明顯;同時(shí)廣西地區(qū)高溫多雨,瀝青路面極易出現(xiàn)早期病害。因此,考慮上述背景和低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的應(yīng)用條件,其應(yīng)用于廣西的路網(wǎng)項(xiàng)目是可行的。本文依托路網(wǎng)大修實(shí)體工程,引入低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石柔性結(jié)構(gòu)加鋪層,各項(xiàng)檢測結(jié)果及通車后使用性能均達(dá)到了預(yù)期效果,可為以后類似路網(wǎng)大修項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況

1.1 概況

省道S210線k96+000～k110+700段位于百色靖西縣,2004年11月建成營運(yùn)以來,隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,截止項(xiàng)目實(shí)施前日交通量達(dá)到12 000車次,同時(shí)車輛載重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于公路設(shè)計(jì)荷載,路面已經(jīng)沒有足夠強(qiáng)度承受車輛荷載。此外,靖西地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富,項(xiàng)目附近運(yùn)輸鋁礦的車輛沒有蓋篷布,使得大量泥團(tuán)、礦料撒落路面,污染公路及周邊環(huán)境,水、泥漿共同作用,加劇了路面損壞,大部分路段的交通幾乎中斷。

在這種重交通量、重載以及高溫潮濕的背景下,路網(wǎng)維修工程就必須具備以下幾種條件:(1)不能全部中斷交通,該項(xiàng)目所在路段是廣西百色市通往德保、靖西、那坡等3個(gè)邊境縣及與越南毗鄰的國家一類通商口岸——龍邦口岸的便捷通道之一,也是桂西滇東、黔南通往珠三角地區(qū)及東南亞各國的便捷陸路通道之一,交通量極大,徹底中斷交通影響較大;(2)項(xiàng)目原路面結(jié)構(gòu)破壞較為嚴(yán)重,須充分利用原路面穩(wěn)定結(jié)構(gòu)層的剩余壽命,合理控制和降低造價(jià);(3)新鋪路面結(jié)構(gòu)層須有較強(qiáng)的抗車轍能力以滿足重重載交通要求;(4)瀝青面層耐久性和密實(shí)性要夠好,減少剎車水引起的路面潮濕對路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的影響。

1.2 路面結(jié)構(gòu)層加鋪思路

根據(jù)上述所需滿足的4點(diǎn)條件,應(yīng)對措施分別為:(1)為了不中斷交通,采用單幅封閉施工且使用低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石代替普通水穩(wěn)基層,因水泥摻量較少無須長時(shí)間養(yǎng)護(hù),在鋪筑完成后即可開放交通,利用交通荷載的正能量,提高結(jié)構(gòu)的密實(shí)性與穩(wěn)定性;(2)對于原路面破壞較嚴(yán)重路段,應(yīng)根據(jù)不同情況分別采用換填片石、級(jí)配碎石等修補(bǔ)坑槽、局部挖補(bǔ)以及水泥路面碎石化等手段降低彎沉;(3)對于抗車轍及防滲水的要求,在舊路面穩(wěn)定的基礎(chǔ)上加鋪大粒徑級(jí)配碎石和低摻量水泥穩(wěn)定碎石防裂和抵抗變形,且瀝青面層在形成良好嵌擠骨架基礎(chǔ)上混合料要能壓實(shí)、不滲水,路面殘留空隙率應(yīng)≤6%。

根據(jù)上述技術(shù)思路,本次路面大修加鋪結(jié)構(gòu)層設(shè)置如下:路面主要采用4 cm AC-13瀝青混凝土面層、8～13 cm AM-25瀝青碎石下面層、15 cm水泥改善級(jí)配碎石基層、18 cm填隙碎石墊層,其中k101+300～k102+000段沒有基層及墊層,k109+300～k109+505段只有4 cm AC-13瀝青混凝土面層。

1.3 原材料及配合比設(shè)計(jì)

該路段的低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石使用的水泥是廣西登高(集團(tuán))右江水泥有限公司生產(chǎn)的右江牌P.C32.5水泥,檢測試驗(yàn)結(jié)果如表1所示?？紤]到重載交通環(huán)境以及較低的水泥摻量,因此低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石所使用的級(jí)配應(yīng)較粗,以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)層的抗剪能力及剛度,抵抗重交通荷載作用,取值范圍應(yīng)參考級(jí)配碎石,最終合成級(jí)配以及重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表1 水泥主要技術(shù)指標(biāo)表

表2 大粒徑級(jí)配碎石合成級(jí)配以及重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表

2 施工過程質(zhì)量控制

2.1 材料的拌和及運(yùn)輸

級(jí)配碎石混合料由連續(xù)式拌和機(jī)拌和,拌和前檢測現(xiàn)場級(jí)配碎石天然含水量,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整配合比為(19.5～37.5 mm)∶(9.5～19.5 mm)∶(4.75～9.5 mm)∶(0～4.75 mm)=40∶20∶12∶28,水泥用量為2.5%。在水穩(wěn)拌和站拌和均勻后用自卸汽車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場,集料在運(yùn)輸前要進(jìn)行含水量和水泥劑量檢測,要求含水量要大于最佳含水量4.5%的0.5%～1%,水泥劑量要求要達(dá)到2.5%±0.5%,如果集料有較嚴(yán)重的離析現(xiàn)象應(yīng)進(jìn)行拌和后再拉至施工現(xiàn)場。

2.2 混合料攤鋪

(1)采用一臺(tái)攤鋪機(jī)作業(yè),縱向接縫重疊10 cm。在攤鋪機(jī)起步的前50 m,采用基準(zhǔn)線控制攤鋪,調(diào)整好鋪筑厚度和橫坡,并對自動(dòng)找平梁進(jìn)行校正,50 m后采用找平梁控制攤鋪。攤鋪機(jī)調(diào)整好松鋪厚度、橫坡。松鋪系數(shù)按1.3鋪裝水泥改善級(jí)配碎石基層,松鋪厚度為19.5 cm。

(2)運(yùn)料車至少有三輛在攤鋪機(jī)前按序排列等候,裝料后攤鋪機(jī)開始攤鋪,運(yùn)料車始終保持在攤鋪機(jī)前20～30 cm處卸料,由攤鋪機(jī)接住,推向前行。攤鋪時(shí),攤鋪機(jī)停頓和收斗次數(shù)不宜太多。

(3)有專人跟蹤檢測高程、橫坡和厚度,及時(shí)進(jìn)行校核與調(diào)整。

(4)控制攤鋪機(jī)的行駛速度為2～3 m/min,保持?jǐn)備佭^程中攤鋪機(jī)勻速前進(jìn),不得中途變速。

2.3 基層碾壓

(1)初壓:用20T振動(dòng)壓路機(jī)靜壓1遍,使混合料穩(wěn)定就位。在直線和不設(shè)超高的平曲線上,碾壓從兩側(cè)路肩開始,逐漸錯(cuò)輪向路中心進(jìn)行;在超高的平曲線上,碾壓從內(nèi)側(cè)路肩開始,逐漸錯(cuò)輪向外側(cè)路肩進(jìn)行。錯(cuò)輪時(shí),每次重疊1/3輪寬。在第一遍碾壓后,再次找平。初壓終了時(shí),初壓后檢查平整度和路拱橫坡,必要時(shí)應(yīng)予修正。

(2)復(fù)壓:用振動(dòng)壓路機(jī)小幅振動(dòng)碾壓2遍,大幅振壓3遍,碾壓過程必須遵守先慢后快,先兩邊后中間,有超高的先壓低側(cè)后壓高側(cè)。錯(cuò)輪時(shí),每次重疊1/3輪寬。嚴(yán)禁壓路機(jī)在成型的墊層上掉頭、急轉(zhuǎn)彎。

(3)表面收光:碾壓到規(guī)定遍數(shù)后,靜壓一遍消除壓路機(jī)輪印。

2.4 壓實(shí)度檢測

在壓路機(jī)碾壓終了后,試驗(yàn)檢測人員及時(shí)按挖坑灌砂法測定壓實(shí)度試驗(yàn)方法的要求檢測壓實(shí)度,壓實(shí)度達(dá)到98%為合格。檢測壓實(shí)度合格后及時(shí)跟進(jìn)封油;如壓實(shí)度不合格,需用壓路機(jī)補(bǔ)壓,如填料的實(shí)際含水率比最佳含水率低,則用灑水車及時(shí)均勻?yàn)⑺?再用壓路機(jī)補(bǔ)壓,重新檢測壓實(shí)度合格后施工封油層。

2.5 瀝青封油層施工

按設(shè)計(jì)文件要求,該路段使用熱瀝青封油。考慮該路線車流量很大,如果基層不封油即開放交通,會(huì)對基層造成較大的損壞;如用熱瀝青封油將會(huì)影響交通造成交通堵塞,嚴(yán)重的影響基層施工。因此采用1.5 cm厚乳化瀝青封層,待乳化瀝青破乳、水分蒸發(fā)、干燥成型后即可開放交通。

3 低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層性能評(píng)價(jià)

水泥摻量過高或過低都達(dá)不到低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的使用效果,因此現(xiàn)場試驗(yàn)檢測人員應(yīng)實(shí)時(shí)檢測水泥含量,如偏差>0.5%應(yīng)停止攤鋪,及時(shí)調(diào)整,符合要求后再進(jìn)行攤鋪,檢測結(jié)果如表3所示;設(shè)計(jì)文件中對無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不做要求,但是為了測試混合料的實(shí)際強(qiáng)度,按98%的壓實(shí)度成型無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。14 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表4所示;采用灌砂法現(xiàn)場檢測粗顆粒斷級(jí)配水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)度,結(jié)果如表5所示。

表3 水泥含量現(xiàn)場抽檢結(jié)果表

表4 低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

表5 低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層的壓實(shí)度檢測結(jié)果表

從表3、表4可知,基層結(jié)構(gòu)所使用的水泥含量符合預(yù)期2.5%的低水泥摻量要求。在較低的水泥含量下,其各路段混合料的14 d無側(cè)向抗壓強(qiáng)度均較低,基本保持在2 MPa左右,且室內(nèi)試驗(yàn)有多個(gè)試塊難以成型。在對現(xiàn)場養(yǎng)生滿3 d、7 d、28 d的基層進(jìn)行轉(zhuǎn)芯抽檢時(shí),短齡期芯樣基本不成型,12個(gè)28 d齡期芯樣僅成型2個(gè),其余均為松散碎石狀。這也印證了低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石主要靠級(jí)配碎石的嵌擠抵抗變形,因此基層必須有足夠的壓實(shí)度使碎石緊密嵌擠形成骨架,從表5可知,各路段壓實(shí)度均滿足規(guī)范要求,甚至部分超百,說明攤鋪碾壓效果良好,碎石骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

原路表回彈彎沉除個(gè)別點(diǎn)外基本在40～70 mm范圍內(nèi),彎沉偏大說明原路面結(jié)構(gòu)在重交通重載作用下不堪重負(fù),內(nèi)部損壞嚴(yán)重。為使大修后路面能在重載重交通下保持穩(wěn)定,各結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)彎沉分別為:填隙碎石墊層58 mm,低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層47 mm,AM-25瀝青下面層37 mm,AC-13瀝青上面層32 mm。對各攤鋪碾壓完成的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行回彈彎沉檢測,結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出,新加鋪各結(jié)構(gòu)層彎沉均比設(shè)計(jì)值小很多,且波動(dòng)較小,填隙碎石墊層彎沉為19～42.4 mm,低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層為21.1～33.3 mm,AM-25瀝青下面層為17～25.5 mm,AC-13瀝青上面層為14.1～23.1 mm,這表明新建路面結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定,抵抗重載能力強(qiáng)。

4 結(jié)語

(1)低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)層主要依靠碎石的嵌擠作用抵抗變形,水泥漿的水化作用使得骨架結(jié)構(gòu)更加密實(shí),在一定意義上可以認(rèn)為其屬于柔性結(jié)構(gòu)。

(2)柔性的級(jí)配碎石層、瀝青層、低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石層可在攤鋪后較短時(shí)間內(nèi)開放交通,充分利用交通荷載行車壓密作用,可以提高路面各結(jié)構(gòu)層的整體穩(wěn)定性,縮短施工維護(hù)交通周期。

(3)根據(jù)舊路面的不同路況,采取分段、針對性強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案(18 cm大粒徑級(jí)配碎石+15 cm水泥改善級(jí)配碎石+封層+8 cm～13 cm AM-25+4 cm AC-13),合理利用了原路面的剩余價(jià)值,提高了路面結(jié)構(gòu)層的抗車轍和抗裂能力。該項(xiàng)目高溫高濕以及重載重交通環(huán)境屬于廣西典型交通特征,低摻量水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石在項(xiàng)目中的應(yīng)用可為后續(xù)廣西國省干道路網(wǎng)大中修工程提供借鑒。