機(jī)場道面半剛性基層振動攪拌及整體成型施工技術(shù)探討

劉龍松 王川 樊帆 楊棋

【摘要】文章闡述了機(jī)場道面半剛性基層（水泥穩(wěn)定碎石基層）振動攪拌及整體成型施工過程，分別從集料、配合比、振動攪拌、整體成型、壓實度和芯樣強(qiáng)度檢測等工藝全過程進(jìn)行研究分析。在此基礎(chǔ)上展開了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。在機(jī)場道面基層施工中采用振動攪拌及整體成型施工工藝，保證了基層強(qiáng)度和使用性能，提高了工效，節(jié)約了工期。

【關(guān)鍵詞】機(jī)場;基層;振動攪拌;整體成型

【中圖分類號】 U416.1【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 B

通過在水穩(wěn)拌合站攪拌軸中增設(shè)振動裝置，使水泥穩(wěn)定碎石混合料在強(qiáng)制攪拌的同時加以振動作用，大大改善混合料的攪拌均勻性，離析程度顯著減小，壓實性能明顯提高，在減少半剛性基層裂縫的同時，保證了水泥穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度和使用性能。整體成型技術(shù)，把按傳統(tǒng)工藝需要分2層施工的基層，合并為一次施工整體成型，除消除因分層施工導(dǎo)致的層間薄弱外，基層受力情況明顯改善，而且還大大提高工效，節(jié)約工期。

1半剛性基層振動攪拌及整體成型施工工藝

1.1施工準(zhǔn)備

（1）下承層（底基層）的準(zhǔn)備：下承層應(yīng)平整、密實、無明顯開裂、無浮土、無雜物，壓實度、平整度、高程等指標(biāo)經(jīng)檢測合格。攤鋪前應(yīng)對下承層灑水，使其表面濕潤，兩側(cè)均設(shè)基準(zhǔn)線來控制虛鋪高程。

（2）攪拌設(shè)備的準(zhǔn)備：選擇振動攪拌機(jī)時，其攪拌能力必須與攤鋪機(jī)匹配，原則上是必須保證攤鋪在設(shè)定的攤鋪速度下能連續(xù)進(jìn)行。攪拌臂的振動頻率應(yīng)在25 Hz左右，攪拌時間不少于15 s。

（3）攤鋪設(shè)備的準(zhǔn)備：攤鋪機(jī)幅寬應(yīng)根據(jù)工作面寬度或分幅平面圖確定，一般裝機(jī)熨平板幅寬為8-13 m。

（4）與料車司機(jī)溝通配合要領(lǐng)（快速勿撞，居中倒正，舉升到位，剎車適當(dāng)，指令明確，注重配合）。

1.2集料選擇

采用的集料均為石灰?guī)r碎石，集料包括3檔，分別為0-5 mm、5-10 mm、10-31.5 mm：所有集料都進(jìn)行了2次以上的篩分，篩分的平均值見表1所示。

根據(jù)材料實際級配，4.75 mm檔通過率控制在32%-36%，0.075 mm檔通過率控制在0%-5%之間為宜。試驗段采用了公路施工規(guī)范推薦的級配范圍（C-A-1型），與民航規(guī)范的級配對比見表2。

可以看出，兩者的推薦級配范圍差異性不大。根據(jù)推薦級配范圍，試驗段各檔集料實際合成級配見表3所示。

試驗段三擋集料的摻配比例為0.40：0.28：0.32。

1.3配合比

1.3.1最住含水率和最大干密度

試件成型設(shè)備分別采用了振動壓實成型機(jī)（圖1），振動成型儀的成型試驗中的面壓力、激振力、振動頻率以及振動時間。參考公路規(guī)范JTGE51-2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》的相關(guān)試驗要求，分別設(shè)定為：0.1 MPa、6800 N、29.15 Hz、80 s。實驗步驟包括悶料、干拌、灑水濕拌、分層振動擊實、脫模、稱重、材料烘干。

最佳含水率和最大干密度試驗結(jié)果見表4。

1.3.27天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

采用靜壓成型方法成型不同水泥摻量的水泥穩(wěn)定碎石試件，每種水泥劑量成型9個試件作平行試驗。成型設(shè)備為wEs -1000數(shù)顯式液壓萬能試驗機(jī)，最大試驗力為1000 kN。依據(jù)規(guī)范JTGE51-2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》要求進(jìn)行計算。將成型好的試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生室進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度為20℃生2℃，濕度為95%以上。養(yǎng)生齡期為7天，最后1天浸水養(yǎng)生，并在到達(dá)養(yǎng)生齡期后立即進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的測試，測試結(jié)果如表5所示。

按照7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于4 MPa的要求，試驗段水泥摻量為4.5%（32.5水泥），或4.0%（42.5水泥）。

配合比為：0～5 mm碎石：5～10 mm碎石：10～31.5 mm碎石：42.5水泥：水=0.40：0.28：0.32：0.04：0.043或0～5mm碎石：5～10 mm碎石：10～31.5 mm碎石：32.5水泥：水=0.40：0.28：0.32：0.045：0.046。

1.4集中攪拌

試驗段采用了振動攪拌的拌和工藝，現(xiàn)場振動攪拌設(shè)備照片見圖2所示。試驗段水泥穩(wěn)定碎石的拌和設(shè)備型號為DT600。振動拌和設(shè)備中的振動發(fā)生裝置可以使攪拌葉片和攪拌軸邊旋轉(zhuǎn)邊振動，使得強(qiáng)制攪拌過程中疊加了振動作用，減少水泥穩(wěn)定碎石細(xì)料離析，通過提升混合料微觀均勻程度，保證細(xì)集料、粘結(jié)料和水分子在混合料中均勻彌散，實現(xiàn)水穩(wěn)基層的攪拌質(zhì)量更加均勻，水泥及摻和料灰團(tuán)更加有效地分散，水泥水化更加充分，水泥膠漿與粗骨料界面的膠結(jié)性能有所提升，進(jìn)而實現(xiàn)在減少水泥用量的同時，提升強(qiáng)度。

1.5整體成型（攤鋪及碾壓）

1.5.1整體成型攤鋪碾壓設(shè)備

水穩(wěn)基層整體成型試驗段中的攤鋪碾壓設(shè)備主要包括： PowerDT1800攤鋪機(jī)、PowerYZZ38t壓路機(jī)、YZC13/17 t壓路機(jī)、37 t膠輪壓路機(jī)。

1.5.2松鋪系數(shù)

試驗段的設(shè)計壓實厚度為36 cm，松鋪系數(shù)擬定為1.38，設(shè)計松鋪厚度為49.6 cm，測量人員在兼顧平整度的原則上，根據(jù)設(shè)計松鋪厚度進(jìn)行掛線。

1.5.3攤鋪

采用 PowerDT1800攤鋪機(jī)根據(jù)掛線鋼絲繩標(biāo)注的高程一次攤鋪49.6 cm厚。

1.5.4整體成型攤鋪碾壓工藝

第1遍：13/17 t雙鋼輪壓路機(jī)，前靜后振，畫弧碾壓一遍。需注意：打鋼模板時，直接靠邊碾壓;不打鋼模板時，留60 cm進(jìn)行碾壓。

第2遍：采用 YZ38 t壓路機(jī)進(jìn)行振動碾壓一遍。第3遍：采用37 t膠輪壓路機(jī)灑水進(jìn)行碾壓一遍。第4遍：采用 YZ38 t壓路機(jī)進(jìn)行振動碾壓一遍。

第5遍：采用37 t膠輪壓路機(jī)視表面水分流失情況進(jìn)行灑水碾壓一遍。

第6遍：采用 YZ38 t壓路機(jī)進(jìn)行前振后靜碾壓一遍。

第7遍：采用37 t膠輪壓路機(jī)視表面水分流失情況進(jìn)行灑水碾壓一遍。

第8遍：雙鋼輪收面（根據(jù)表面輪跡情況選擇振動或靜壓收面）。

振動壓路機(jī)碾壓3遍，每一遍之后需要采用采用37T膠輪壓路機(jī)灑水進(jìn)行碾壓一遍。

2施工質(zhì)量檢測監(jiān)控和實施效果

2.1壓實度

現(xiàn)場壓實度采用灌砂法測定，試驗檢測人員在各個試驗段碾壓完成后，進(jìn)行了現(xiàn)場壓實度測定，為了分析壓實度沿深度的分布情況，測試時對上部和下部分別進(jìn)行了測試。

壓實度測試的時間是攤鋪碾壓完成后到鋪灑乳化瀝青養(yǎng)生之間進(jìn)行的，由于本試驗段的有效長度為80 m，所以從試驗段1/3和2/3的位置各選一個點進(jìn)行壓實度檢測，檢測結(jié)果見表6。

可以看出，試驗段基層下部位（30～36 cm）的壓實度均達(dá)到了99%以上，驗證了關(guān)于"當(dāng)前碾壓設(shè)備的激振力充分"的判斷。試驗段的道基能夠提供足夠的支撐強(qiáng)度，所以水穩(wěn)基層下部20～36 cm深度范圍內(nèi)的壓實度也能夠達(dá)到98%以上的設(shè)計要求。

2.2試驗段的芯樣強(qiáng)度

2.2.1芯樣7天齡期強(qiáng)度

2.2.1.1芯樣表觀情況

現(xiàn)場試驗段共進(jìn)行了4處鉆芯，芯樣整體性較好，芯樣如圖3所示。

2.2.1.2芯樣強(qiáng)度

芯樣強(qiáng)度測試之前，使用車床對現(xiàn)場芯樣進(jìn)行切割為上下2部分，得到高度為15 cm的標(biāo)準(zhǔn)試件后再進(jìn)行測試。同樣，在切割過程中保證切割面的平整性，減少試驗測試誤差。對各芯樣完成切割后，進(jìn)行了無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試，測試結(jié)果如下表7所示，強(qiáng)度測試表明，7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均大于4.0 MPa。

2.2.2芯樣34天齡期強(qiáng)度

2.2.2.1芯樣表觀情況

試驗段共鉆5個芯樣，芯樣完成性較好，如圖4所示。其中4個芯樣進(jìn)行了強(qiáng)度測試，一個作 CT掃描。

2.2.2.2芯樣強(qiáng)度

將試件運送至上海同濟(jì)大學(xué)，委托專業(yè)公司切割試件，然后利用校內(nèi)設(shè)備進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試，測試結(jié)果見表8所示。結(jié)果表明，無論是抗壓強(qiáng)度還是劈裂強(qiáng)度，上部芯樣的強(qiáng)度均比下部要高，但是兩者相差不大。

3經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益評價分析

根據(jù)表9可知，如采用振動拌和技術(shù)，每10萬m3水穩(wěn)大致可以節(jié)約0.24萬t左右的水泥，按照每1 t水泥平均綜合能耗約120 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，向大氣排放二氧化碳?xì)怏w約0.75 t，可節(jié)約0.024萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，減排約0.15萬t二氧化碳。同時，按照水泥單價400元/t計，每方水穩(wěn)基層可節(jié)省水泥成本9.6元，并且隨著水泥單價的增長，節(jié)約的成本也會隨之增大。

根據(jù)表10計算結(jié)果可看出，雖然振動設(shè)備需要對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造或者購置，但可以根據(jù)項目預(yù)估水穩(wěn)基層總量來決定是否采用振動攪拌技術(shù)改造。采用大厚度攤鋪設(shè)備時需要兩臺拌合機(jī)拌合出料，假定設(shè)備增加成本為最大的31.1萬元，則只要項目水穩(wěn)基層總立方數(shù)大于3.5萬m'，那么采用振動攪拌技術(shù)可以實現(xiàn)成本的降低。

表11中攪拌的成本并未將設(shè)備費用計算在內(nèi)，但根據(jù)表10所計算的數(shù)據(jù)，換算可得到。如果項目需鋪筑水穩(wěn)基層總方數(shù)在3.5萬m3以下時，采用以上所改進(jìn)技術(shù)會導(dǎo)致成本小幅增加;而如果水穩(wěn)總量在3.5萬m3以上時，每1 m3水穩(wěn)可節(jié)約7.41元。由此可見，采用振動攪拌及整體成型.工藝不僅可以提高水穩(wěn)基層的鋪筑質(zhì)量，同時還能降低施工成本，具有明顯的實用優(yōu)勢。

4結(jié)束語

半剛性基層振動攪拌及整體成型施工技術(shù)通過振動攪拌來提高水泥在混合物中的分散性，從而提高水泥水化的有效性，以此達(dá)到降低水泥用量、減少半剛性基層裂縫的目的;通過整體成型技術(shù)，消除層間薄弱層、解決基層分層受力、節(jié)約工期。按本工藝施工，基層使用的耐久性和舒適性將大大提高，能提高工程質(zhì)量水平，減少或減緩道面發(fā)生病害，且整體成型的水泥穩(wěn)定基層還可減薄總厚度，降低施工成本，縮短工程建設(shè)周期，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益較好，具有良好社會價值和推廣意義，在機(jī)場道面半剛性基層施工中具有廣泛的應(yīng)用前景。