公路水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層施工參數(shù)的試驗(yàn)分析

曹 軍

(新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 831401)

0 引 言

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層是將一定級(jí)配的砂礫集料與水泥和水一起拌和后,在最佳含水量狀態(tài)下碾壓成型,經(jīng)過養(yǎng)生達(dá)到一定強(qiáng)度的路面基層結(jié)構(gòu),此基層是一種半剛性結(jié)構(gòu).水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層,以其水穩(wěn)定性好、早期強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于高等級(jí)公路路面基層,發(fā)揮承重作用.盡管其優(yōu)點(diǎn)多、應(yīng)用廣,但其在不同的地質(zhì)有著不同的特性,若不詳細(xì)了解并在施工中控制不當(dāng),不但發(fā)揮不了其優(yōu)良特性,還會(huì)留下工程隱患,造成不可預(yù)料的后果.本文根據(jù)試驗(yàn)段結(jié)果分析,說明水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層特性及其施工控制要點(diǎn).

1 工程試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)段設(shè)置

以連云港至霍爾果斯國(guó)道主干線新疆奎屯至賽里木湖公路工程第四合同段為例,對(duì)水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層試驗(yàn)特性進(jìn)行分析.

連云港至霍爾果斯國(guó)道主干線新疆奎屯至賽里木湖公路工程第四合同段起止樁號(hào)分別為K304+000和K324+000.全長(zhǎng)20 km,全線位于伊犁哈薩克沿國(guó)道312線,布設(shè)地形平坦.選擇K315+300～K315+500段為水泥穩(wěn)定砂礫基層試驗(yàn)段,該路段位于路基直線路段.路基單幅寬度為l 1.75 m,縱坡坡度為0.069%.水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層設(shè)計(jì)厚度為30 cm,分層攤形成了牢固的組合斷面,攤鋪法施工,每層壓實(shí)厚度為15 cm,分別按水泥含量4.5%、5%、5.5%進(jìn)行了水泥穩(wěn)攤鋪試驗(yàn)[6],試驗(yàn)設(shè)置,見表1.

表1 奎賽公路水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層試驗(yàn)設(shè)置情況表

1.2 施工流程

試驗(yàn)段施工流程如下：

準(zhǔn)備下承層→施工放樣→集料分倉(cāng)篩選→混合料拌運(yùn)→測(cè)定含水量→攤鋪碾壓→養(yǎng)生→測(cè)定壓實(shí)度、平整度→交工驗(yàn)收.

1.3 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

探討在不同的施工條件下水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律、力學(xué)性能及裂縫產(chǎn)生情況,并通過試驗(yàn)段工程研究,確定合理的施工參數(shù)、施工方案,為后續(xù)大規(guī)模施工提供科學(xué)依據(jù).通過試驗(yàn)路段的鋪筑,總結(jié)得出以下技術(shù)資料.

(1)施工配合比

(2)機(jī)械設(shè)備有效合理的配置

(3)作業(yè)段長(zhǎng)度的合理劃分

(4)輔助勞動(dòng)力配置

(5)工藝流程

(6)混合料的松鋪系數(shù)

(7)成型碾壓的遍數(shù)及壓實(shí)厚度

(8)確保工程質(zhì)量的技術(shù)措施及施工關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)

(9)施工組織管理

1.4 試驗(yàn)材料選定

試驗(yàn)材料嚴(yán)格按照《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 034-2000)[4]的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及招標(biāo)文件技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行選定.水泥穩(wěn)定砂礫料選用天然級(jí)配砂礫石,最大粒徑不超過31.5 mm.由料場(chǎng)篩備,拌和站分倉(cāng)(0～19.5 mm.19.5 mm～31.5 mm)分級(jí)篩分[1].集中拌和,水泥采用天山牌325#普硅緩凝水泥,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)所用水泥技術(shù)性能滿足要求[2].終凝時(shí)間為8 h,初凝時(shí)間為4 h.

進(jìn)場(chǎng)材料必須滿足質(zhì)量要求,且應(yīng)分成3～4個(gè)不同粒徑,分級(jí)堆放.拌合時(shí)分倉(cāng)進(jìn)料,拌合.使其符合規(guī)范2#(底基層),3#(基層)級(jí)配要求[1].

1.5 試驗(yàn)結(jié)果

在監(jiān)理的嚴(yán)格監(jiān)督與指導(dǎo)下.在試驗(yàn)過程中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件、技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)規(guī)程跟班作業(yè)、認(rèn)真操作.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),不同水泥含量下水泥穩(wěn)定砂礫基層各項(xiàng)指標(biāo),見表2.

表2 不同水泥含量下水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)測(cè)結(jié)果表

由表2可見,水泥含量為5%時(shí),水泥穩(wěn)定級(jí)配基層的質(zhì)量最好.通過對(duì)多次試驗(yàn)的總結(jié)、檢驗(yàn)和校正.水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層攤鋪的各項(xiàng)指標(biāo),見表3.

2 試驗(yàn)段質(zhì)量觀測(cè)及成因分析

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層試驗(yàn)段施工實(shí)踐證明：各種施工裂縫是水泥穩(wěn)定土半剛性結(jié)構(gòu)施工中普遍存在的問題.它的存在不僅影響了水泥穩(wěn)定土的整體穩(wěn)定性,而且降低了結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和剛度.并且隨著時(shí)間的推移,混合料的力學(xué)性能呈下降的趨勢(shì),最終導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)反射性裂縫開裂而破壞.分析其原因主要和以下水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料的材料特性有關(guān),應(yīng)采取相應(yīng)措施.

表3 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層攤鋪試驗(yàn)指標(biāo)結(jié)果匯總表

(1)時(shí)限性

從水泥投料加水拌和到終止碾壓成型有明確的間限制,它必須小于水泥終凝時(shí)間.這就要求在作施工組織設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真考慮施工作業(yè)段的劃分,必須與水泥的終凝時(shí)間相匹配.

(2)對(duì)水的敏感性

從水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的擊實(shí)曲線可知,滿足規(guī)范要求壓實(shí)度的含水量的變化幅度很小.含水量偏少則混合料松散難以壓實(shí);含水量偏大壓路機(jī)重復(fù)碾壓容易出現(xiàn)局部或大面積濕軟彈.因此在水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的拌和施工中應(yīng)重視含水量的控制,一定要根據(jù)當(dāng)天的氣候條件對(duì)用量作適當(dāng)調(diào)整.

(3)離析性

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料在運(yùn)輸、攤鋪的過程中容易出現(xiàn)粗細(xì)料分離的現(xiàn)象.粗料集中的地方級(jí)配差、孔隙率大,碎石嵌鎖不好,缺乏水泥的水化固結(jié);細(xì)料集中的地方水泥富裕,固結(jié)強(qiáng)度高,這就造成底基層(基層)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的嚴(yán)重不均勻性.因此,在施工中我們必須重視運(yùn)輸及攤鋪過程中出現(xiàn)的粗細(xì)料離析現(xiàn)象,對(duì)粗集料“窩”,粗集料“帶”要組織專人進(jìn)行及時(shí)處理.

(4)缺乏再生性

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石,有別于二灰碎石.水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的強(qiáng)度發(fā)展完全取決于水泥的固結(jié)速度.水泥一旦固結(jié),遭到破壞的強(qiáng)度就不可能再生.這就告訴我們,水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層成型安裝期必須封閉交通養(yǎng)生,一般不低于7 d.

(5)脆裂性

水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石屬低標(biāo)號(hào)半剛性材料,抗彎強(qiáng)度低且層間結(jié)合力差,當(dāng)厚度<10 cm時(shí)容易被車輪荷載壓碎開裂.因此,規(guī)范規(guī)定水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)獨(dú)立結(jié)構(gòu)層的厚度≥10 cm.因此,在施工中必須認(rèn)真控制結(jié)構(gòu)層的施工厚度及結(jié)構(gòu)層頂高標(biāo)高.

因此,通過試驗(yàn)研究,觀測(cè)不同的水泥劑量、不同的含水量、不同的級(jí)配、不同的施工溫度條件下裂縫的產(chǎn)生情況,見表4,分析探討裂紋或裂縫產(chǎn)生的原因,以減免裂縫至關(guān)重要.

表4 不同條件下裂縫(裂紋)觀測(cè)表

由表4可知.隨著水泥含量的逐級(jí)增加,混合料的力學(xué)強(qiáng)度雖呈遞增趨勢(shì),但其收縮性能呈下降趨勢(shì).因此,一定的水泥含量能改變級(jí)配料中細(xì)料的收縮性能.通過大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在含水量較大的情況下.基層混合料具有較大的縮裂性質(zhì),經(jīng)嚴(yán)格控制含水量的混合料被壓實(shí)后,縮裂程度明顯降低.此外,由于環(huán)境溫度變化,溫差較大也會(huì)造成水穩(wěn)層表面收縮變形與其內(nèi)部收縮變形的差異,導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生.而橫向貫穿裂縫的產(chǎn)生,主要是由于其本身濕度及溫度的變化,使其半剛性板體產(chǎn)生膠凝收縮,當(dāng)收縮受阻時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過板體中一局部極限抗拉應(yīng)力時(shí),在薄弱處便會(huì)產(chǎn)生橫向裂縫.由于縫端處的溫縮應(yīng)力及干縮應(yīng)力都較大,使裂縫進(jìn)一步延伸擴(kuò)展,從而使裂縫得以橫向貫通、縱向貫通.盡管除上述因素外,施工方法、工藝、機(jī)具、碾壓、養(yǎng)生等因素也會(huì)影響水泥穩(wěn)定集料的結(jié)構(gòu),但筆者認(rèn)為,選用最佳的集料級(jí)配,嚴(yán)格使用篩分料,禁止使用通料,即通過改變混合料級(jí)配,調(diào)整級(jí)配砂礫料的塑性指數(shù),是減免施工裂縫的最主要途徑.

3 設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意的問題

(1)集料的級(jí)配盡量采用粗粒土和中粒土,在無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到要求[6]的情況下,有利于節(jié)省水泥、降低成本.同時(shí),壓縮級(jí)配范圍,使級(jí)配曲線連續(xù)順適.

(2)水泥含量盡可能取低限.在無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到的情況下,水泥含量不宜超過5%.最好為4%～4.5%,選擇適當(dāng)?shù)膭偠?以減少反射裂縫的發(fā)生.

(3)水穩(wěn)層不宜過厚,在達(dá)到控制彎沉的情況下,適當(dāng)增加底基層厚度,以減少基層厚度.

(4)在瀝青下面層鋪筑完成后.經(jīng)過一段時(shí)間碾壓,使其水穩(wěn)層徐變完成后,再鋪筑瀝青上面層.

(5)在水穩(wěn)層鋪筑7天內(nèi)應(yīng)避免重車碾壓,加強(qiáng)灑水養(yǎng)生和保溫、保濕的措施,使其盡量減少由于這些因素而增加的裂縫.

(6)水穩(wěn)層施工所涉及的部門很多,如試驗(yàn)、測(cè)量、質(zhì)檢、材料等部門,所以將各部門融合在一起并明確各自的職責(zé),相互配合,對(duì)施工生產(chǎn)是十分重要的.因而施工中要求加強(qiáng)施工組織設(shè)計(jì)和計(jì)劃管理,增加現(xiàn)場(chǎng)施工人員的緊迫感和責(zé)任感,加快施工進(jìn)度,加大機(jī)械化施工程度,提高機(jī)械效率.

(7)機(jī)械設(shè)備應(yīng)該滿足如下要求：拌料時(shí)采用專用帶有電子計(jì)量裝置的高性能穩(wěn)定土拌和機(jī).為了保證水穩(wěn)層的厚度一致、完整無縫.攤鋪時(shí)采用雙機(jī)作業(yè),最好為同一機(jī)型.為保證壓實(shí)度,有必要配備一臺(tái)光輪壓路機(jī)和一臺(tái)膠輪壓路機(jī).在水穩(wěn)層邊緣壓路機(jī)工作不到的地方,要用蛙式平板振動(dòng)機(jī)進(jìn)行碾壓.運(yùn)輸車輛必須足夠,防止停機(jī)待料.灑水車及發(fā)電機(jī)也是必備的機(jī)械.

(8)水泥應(yīng)選用初凝時(shí)間2 h以上和終凝時(shí)間宜在6 h以上的低標(biāo)號(hào)水泥.特別注意的是初凝時(shí)間.它是水泥穩(wěn)定碎石施工控制時(shí)間的重要依據(jù).要根據(jù)每天生產(chǎn)所需的水泥量及水泥廠供貨周期決定存儲(chǔ)水泥罐的容量及個(gè)數(shù).以防出現(xiàn)斷料情況.在水泥穩(wěn)定碎石的施工中.水的需求量是很大的.所以做好水供應(yīng)的保障工作對(duì)施工生產(chǎn)十分重要.

(9)施工階段是工程質(zhì)量的形成階段.工程的一次性特點(diǎn),決定了應(yīng)加強(qiáng)施工階段的質(zhì)量控制.監(jiān)理工程師要做好混合料配合比、拌合、攤鋪、整平、壓實(shí)幾個(gè)方面的監(jiān)督檢查工作以滿足要求[5].

4 結(jié) 語

實(shí)踐證明,只有掌握水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石的工程特性和施工要點(diǎn),從幾個(gè)方面采取措施,對(duì)于控制水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石層施工質(zhì)量,有很大的幫助.從后期的水穩(wěn)層鉆芯取樣和質(zhì)量評(píng)定的結(jié)果充分說明了這一點(diǎn).

[1] 中華人民共和國(guó)交通部.JTG E42-2005公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,2005.

[2] 中華人民共和國(guó)交通部.JTG E30-2005公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,2005.

[3] 中華人民共和國(guó)交通部.JTG F80/1-2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民交通出版社,2004.

[4] 中華人民共和國(guó)交通部.JTJ 034-2000公路路面基層施工規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2000.

[5] 交通部公路科學(xué)研究所.JTJ 059-95公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,1995.

[6] 中華人民共和國(guó)交通部.JTJ 057-94公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,1994.