農(nóng)村公路聯(lián)鎖塊施工工藝研究

黃增川

（邢臺(tái)路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北邢臺(tái) 054001）

1 工程概況

某農(nóng)村公路工程的線路總長(zhǎng)為4 510m，修筑面積為96 936㎡，設(shè)計(jì)期10年內(nèi)的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)為20萬(wàn)次，取土基模量為35MPa，路面面層結(jié)構(gòu)為水泥混凝土聯(lián)鎖塊。本工程基層材料為17cm水泥穩(wěn)定集料+3cm砂墊層，水泥混凝土聯(lián)鎖塊厚度為8cm。在公路修筑過(guò)程中，重點(diǎn)加強(qiáng)聯(lián)鎖塊路面鋪筑施工工藝控制，保證農(nóng)村公路工程達(dá)到質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2 農(nóng)村公路聯(lián)鎖塊施工工藝

2.1 聯(lián)鎖材料選用

理想狀態(tài)下的聯(lián)鎖塊面層是聯(lián)鎖塊底部與砂墊層完全接觸，保證聯(lián)鎖塊承受的荷載會(huì)向基層傳遞，避免出現(xiàn)聯(lián)鎖塊壓壞的情況。但是，實(shí)際工程中的聯(lián)鎖塊砂墊層極容易受到雨水沖刷作用發(fā)生脫空現(xiàn)象，造成聯(lián)鎖塊受力不均。所以，聯(lián)鎖塊尺寸的確定需要重點(diǎn)分析單塊聯(lián)鎖塊受外力狀態(tài)下產(chǎn)生的最大彎拉應(yīng)力，保證最大彎拉應(yīng)力滿足路面強(qiáng)度要求。

2.1.1 聯(lián)鎖塊厚度

通過(guò)對(duì)不同厚度塊體底部脫空的試驗(yàn)結(jié)果表明：在輪載接觸壓力為0.7MPa，聯(lián)鎖塊平面尺寸為10cm×20cm的條件下，當(dāng)聯(lián)鎖塊厚度為4cm、6cm、8cm、10cm、12cm時(shí)，最大彎拉應(yīng)力分別為4.89MPa、2.11MPa、1.10MPa、0.68MPa、0.53MPa。最大彎拉應(yīng)力越小，塊體在脫空狀態(tài)下的穩(wěn)定性越高，所以農(nóng)村公路適用于的聯(lián)鎖塊厚度為8cm、10cm、12cm。

2.1.2 聯(lián)鎖塊平面尺寸

通過(guò)分析不同平面尺寸在塊體底部脫空的試驗(yàn)結(jié)果表明：在矩形聯(lián)鎖塊厚度為8cm的條件下，當(dāng)塊體平面尺寸為10cm×15cm、10cm×20cm、12.5cm×12.5cm、12.5cm×25cm、15cm×22.5cm時(shí)，最大彎拉應(yīng)力分別為0.71MPa、0.74MPa、0.69MPa、1.35MPa、1.05MPa，重量分別為3.6kg、4.8kg、5.5kg、6.9kg、9.0kg。

2.1.3 塊體形狀

根據(jù)試驗(yàn)研究顯示，異形連鎖塊的水平應(yīng)力抵抗力明顯強(qiáng)于矩形聯(lián)鎖塊，異形塊能夠通過(guò)曲邊側(cè)面嵌入增強(qiáng)塊與塊水平方向的抵抗力。在選擇聯(lián)鎖塊形狀時(shí)，要優(yōu)先選用雙面嵌鎖的異形聯(lián)鎖塊，鋪筑方式為順塊式或人字式。在沒(méi)有異形聯(lián)鎖塊的情況下，選擇工字形單面嵌鎖，鋪筑方式為順塊式。

綜合考慮聯(lián)鎖塊彎拉強(qiáng)度和重量因素，確定采用平面尺寸為10cm×20cm，厚度為10cm，重量為4.0～5.5kg的聯(lián)鎖塊作為施工材料，以能夠保證路面整體強(qiáng)度。

2.1.4 鋪砌方式

根據(jù)試驗(yàn)研究顯示，采用人字式鋪砌方式的連鎖塊路面永久變形深度較小，采用平行順塊式鋪筑方式的聯(lián)鎖塊路面永久變形深度較大。在農(nóng)村公路施工中，宜采用人字形鋪砌方式，塊體長(zhǎng)邊與行車方向保持45°角。

2.1.5 剪切破壞分析

（1）當(dāng)車輛荷載作用于聯(lián)鎖塊時(shí)，聯(lián)鎖塊路面的填砂與塊體側(cè)面之間的摩擦力會(huì)為塊層間的接縫提供抗剪強(qiáng)度，一旦塊接縫剪應(yīng)力大于接縫剪切強(qiáng)度，會(huì)導(dǎo)致接縫剪切位移，降低連鎖塊的嵌鎖作用，使得聯(lián)鎖塊單體獨(dú)立承受荷載，易發(fā)生剪切破壞，進(jìn)而影響路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本文對(duì)厚度為10cm，平面尺寸為10cm×20cm的聯(lián)鎖塊接縫剪應(yīng)力進(jìn)行有限元分析，建立起土層和土基剪切破壞計(jì)算模型。

（2）在有限元分析模型中，基層與砂墊層之間接觸光滑，傳遞豎向位移。根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果顯示，剪應(yīng)力值會(huì)隨著各層模量的降低而增大，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)基層采用級(jí)配碎石（厚15cm）時(shí)，有限元軟件計(jì)算出的模量、土基模量分別為150MPa、25MPa。當(dāng)軸載接觸壓力分別為0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa時(shí)，基層最大剪應(yīng)力分別為0.057 9MPa、0.066 2MPa、0.074 4MPa、0.082 7MPa，30cm土基深度處的剪應(yīng)力分別為0.005 4MPa、0.006 1MPa、0.006 9MPa、0.007 7MPa。

（3）農(nóng)村公路的車輛荷載相對(duì)較小，車輛輪胎與路面的接觸壓力在1MPa以內(nèi)，級(jí)配碎石基層抗剪強(qiáng)度在0.1MPa以上，根據(jù)有限元分析結(jié)果顯示，在不同軸載接觸壓力的作用下，各層剪應(yīng)力都小于級(jí)配碎石抗剪強(qiáng)度，由此表明厚度為10cm、平面尺寸為10cm×20cm的聯(lián)鎖塊路面在失去抗剪能力時(shí)，塊體不會(huì)對(duì)基層和土基產(chǎn)生剪切破壞。

2.2 基層施工

本工程路面基層為水泥穩(wěn)定碎石，集料最大粒徑控制在40mm以內(nèi)，液限不得超過(guò)25%，塑性指數(shù)不得超過(guò)8；細(xì)粒土選用黏性土，塑性指數(shù)在10～20，有機(jī)質(zhì)含量控制在2%以內(nèi)；水泥選用普通強(qiáng)度水泥，終凝時(shí)間不小于6h；在水泥穩(wěn)定碎石施工中加強(qiáng)混合料攤鋪、碾壓質(zhì)量控制，養(yǎng)護(hù)周期不小于7d，養(yǎng)護(hù)后試驗(yàn)檢測(cè)基層強(qiáng)度、承載力指標(biāo)是否達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求。

2.3 聯(lián)鎖塊面層施工

在本工程中，聯(lián)鎖塊施工工藝流程為：土基準(zhǔn)備→基層施工→邊緣鋪設(shè)→砂墊層攤鋪→聯(lián)鎖塊鋪筑→接縫調(diào)整→端部處理→振實(shí)灌砂→振動(dòng)壓實(shí)→檢查修整[1]。

2.3.1 前期準(zhǔn)備

（1）根據(jù)行車路線確定聯(lián)鎖塊鋪筑方向、材料堆放地點(diǎn)，縮短材料堆放處與施工區(qū)域之間的距離，減少二次搬運(yùn)，提高聯(lián)鎖塊鋪筑效率。

（2）合理選擇聯(lián)鎖塊鋪筑起點(diǎn)位置，本工程選在坡腳處作為起點(diǎn)，采用自下而上的鋪筑方式；適當(dāng)擴(kuò)大作業(yè)面，在作業(yè)面設(shè)置約束梁，采用分段鋪筑工藝，保證鋪筑作業(yè)的連續(xù)性[2]。

（3）檢查基層施工質(zhì)量，要求基層高程、坡度、平整度在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，檢查基層排水設(shè)施是否與設(shè)計(jì)圖紙相符。

2.3.2 邊緣約束

聯(lián)鎖塊在鋪筑后受到荷載作用會(huì)產(chǎn)生水平擴(kuò)散效應(yīng)，影響鋪筑結(jié)構(gòu)的緊密度，故此本工程采用預(yù)制路緣石邊緣約束形式保證聯(lián)鎖塊緊密嵌鎖。在鋪設(shè)邊緣約束時(shí)，適當(dāng)確定路緣石的約束距離，根據(jù)平均接縫寬度確定出路面兩側(cè)路緣石的設(shè)置位置，接縫寬度控制在3mm左右。

2.3.3 攤鋪墊層砂

（1）砂墊層選用中粗砂，細(xì)度模數(shù)在2.15～3.20，中粗砂的含泥量控制在5%以內(nèi)，泥塊含量小于2%。在砂墊層施工過(guò)程中，要將中粗砂存放到遮陽(yáng)避雨處，保持砂的含水量在4%～5%[3]。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙放樣路面中線和邊線，保證墊層砂鋪設(shè)平整；施工人員用工程線加密控制每塊預(yù)制塊的橫向方向，保證聯(lián)鎖塊鋪設(shè)的美觀性；砂墊層設(shè)置兩條相互垂直的路面磚基線，要求其中一條基線與路緣石基線夾角為45°。根據(jù)聯(lián)鎖塊尺寸、形狀確定基線間距，保證基線平行，便于鋪筑。

（3）砂墊層攤鋪進(jìn)度與聯(lián)鎖塊鋪筑進(jìn)度一致，保證攤鋪完畢的砂墊層已經(jīng)鋪上聯(lián)鎖塊，避免砂墊層長(zhǎng)時(shí)間暴露在外降低含水量；控制砂墊層攤鋪厚度，保證攤鋪均勻，避免因不同區(qū)域攤鋪厚度差異導(dǎo)致聯(lián)鎖塊鋪筑不平整；在聯(lián)鎖塊鋪筑前，不能充分壓實(shí)砂墊層，而是要在聯(lián)鎖塊鋪筑后再振壓，確保聯(lián)鎖塊面層平整[4]。

（4）砂墊層鋪筑前清理基層上的雜物，布設(shè)張拉控制線，控制砂墊層松鋪厚度；在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中采用刮板法，將3m長(zhǎng)木板作為刮板，用φ50mm的鐵管作為導(dǎo)桿，將導(dǎo)桿固定到作業(yè)面上。先將砂均勻攤鋪到基層上，攤鋪厚度略高于松鋪厚度，再將刮板放置到導(dǎo)桿上移動(dòng)，刮板移動(dòng)后要求攤鋪厚度等于松鋪厚度。

2.4 聯(lián)鎖塊鋪筑施工

2.4.1 質(zhì)量檢測(cè)

鋪筑前試驗(yàn)檢測(cè)聯(lián)鎖塊的力學(xué)性能指標(biāo)，要求單塊抗壓強(qiáng)度最小值不得小于35MPa，抗壓強(qiáng)度平均值不得小于40MPa，厚度允許偏差為±3mm，邊長(zhǎng)允許偏差為±2mm，掉角最大值不超過(guò)5mm，吸水率控制在7%，外觀不能出現(xiàn)裂紋、分層、表面黏皮問(wèn)題。

2.4.2 裝卸

在聯(lián)鎖塊裝運(yùn)和卸料過(guò)程中要做到輕拿輕放，避免造成塊體磕碰損壞。

2.4.3 鋪筑

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，沿著確定基線，從坡腳處鋪筑聯(lián)鎖塊，本工程采用人字形鋪筑方式。

（2）在鋪筑中，劃分鋪筑區(qū)段，采用分段鋪筑工藝提高施工效率。分段長(zhǎng)度邊線為5m，從下坡向坡脊方向鋪筑。

（3）施工人員要將聯(lián)鎖塊逐一排放在砂墊層上，放好后不能橫向移動(dòng)聯(lián)鎖塊；聯(lián)鎖塊接縫寬度在4mm以內(nèi)，當(dāng)鋪筑到路邊產(chǎn)生小于2cm的縫隙時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整聯(lián)鎖塊之間的接縫寬度彌補(bǔ)路邊縫隙，不得直接采用水泥砂漿填補(bǔ)縫隙[5]；除特殊情況外，不能采用榔頭擊打等強(qiáng)制方式迫使聯(lián)鎖塊就位，以免造成塊體接縫寬度不均勻[9]。

（4）在接縫調(diào)整中，將兩條相互垂直的基線作為基準(zhǔn)拉線，當(dāng)接縫與基線產(chǎn)生偏離時(shí)，用撬棍對(duì)相鄰塊體接縫寬度適當(dāng)調(diào)整，盡量控制左右調(diào)整幅度，減少對(duì)砂墊層的擾動(dòng)。

2.5 灌砂壓實(shí)施工

2.5.1 初步壓實(shí)

（1）在聯(lián)鎖塊鋪筑后，檢查鋪筑平整情況，調(diào)整凹凸不平的鋪面；采用振動(dòng)板對(duì)聯(lián)鎖塊初步壓實(shí)，減少對(duì)聯(lián)鎖塊在接縫處的擾動(dòng)。振動(dòng)板面積為0.5㎡，能夠同時(shí)覆蓋12塊聯(lián)鎖塊，最大振動(dòng)頻率為100Hz，離心力為20kN。

（2）振動(dòng)壓實(shí)方向要與行車方向保持一致，振動(dòng)板行進(jìn)速度確定為平均步行速度，不得在某一處長(zhǎng)時(shí)間停留振動(dòng)；初步振壓可以使墊層砂進(jìn)入到聯(lián)鎖塊接縫處25～50mm。

2.5.2 接縫灌砂

（1）用砂灌滿聯(lián)鎖塊接縫處，要求砂的細(xì)度模數(shù)控制在1.6～3.0，通過(guò)2.5mm篩孔的累計(jì)篩余量不允許超過(guò)5%，泥塊含量不得超過(guò)1%，含水量控制在3%以下[6]。

（2）在接縫灌砂時(shí)，先將砂均勻撒到聯(lián)鎖塊表面薄薄一層，再用掃帚將砂掃入聯(lián)鎖塊接縫內(nèi)，保證填充飽滿[10]。

2.5.3 最終壓實(shí)

采用振動(dòng)板進(jìn)行最終壓實(shí)施工，振動(dòng)板行進(jìn)方向垂直于聯(lián)鎖塊長(zhǎng)度方向，從路邊緣開(kāi)始?jí)簩?shí)，逐步向中間路面行進(jìn)，每次振動(dòng)壓實(shí)2～3次；在振動(dòng)壓實(shí)后，根據(jù)接縫灌滿情況繼續(xù)進(jìn)行灌砂施工，緊接著振動(dòng)壓實(shí)，如此循環(huán)多次，直到聯(lián)鎖塊路面結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[7]。

2.6 特殊部位施工

2.6.1 構(gòu)造物邊緣處施工

在窖井等構(gòu)造物邊緣處鋪筑聯(lián)鎖塊時(shí)，要采用完整的塊體，不得使用小切斷塊。施工工藝為：清除構(gòu)造物邊緣突出的部位，用水泥砂漿置換基層材料，讓聯(lián)鎖塊直接嵌入水泥砂漿，再進(jìn)行充分碾壓，使聯(lián)鎖塊與水泥混凝土層緊密搭接，保證搭接處平整[11]。

2.6.2 斜坡處施工

在道路坡度出現(xiàn)明顯變化時(shí)，要減緩縱坡變化，將砂墊層做成連續(xù)變化的曲線形態(tài)，確保聯(lián)鎖塊在砂墊層上呈現(xiàn)出緩坡過(guò)渡狀態(tài)，接縫處寬度最小不得小于2mm，最大不得超過(guò)6mm[8]。

2.7 施工質(zhì)量驗(yàn)收

在本工程施工質(zhì)量驗(yàn)收中，路面不存在空鼓、污染、塊體斷裂問(wèn)題，符合質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；采用10t雙輪壓路機(jī)碾壓路面后，未見(jiàn)明顯輪跡，符合質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；路面平整度誤差小于5mm，橫坡度誤差小于0.5%，接縫寬度誤差在±1mm范圍內(nèi)，均符合質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[12-14]。

3 結(jié)語(yǔ)

在本工程中，聯(lián)鎖塊施工工藝流程為：土基準(zhǔn)備→基層施工→邊緣鋪設(shè)→砂墊層攤鋪→聯(lián)鎖塊鋪筑→接縫調(diào)整→端部處理→振實(shí)灌砂→振動(dòng)壓實(shí)→檢查修整。本工程采用預(yù)制路緣石邊緣約束形式保證聯(lián)鎖塊緊密嵌鎖。在鋪設(shè)邊緣約束時(shí)，適當(dāng)確定路緣石的約束距離，根據(jù)平均接縫寬度確定出路面兩側(cè)路緣石的設(shè)置位置，接縫寬度控制在3mm左右。

農(nóng)村公路要結(jié)合本地區(qū)公路建設(shè)情況，合理采用聯(lián)鎖塊路面施工工藝，降低公路建設(shè)成本，延長(zhǎng)公路路面使用壽命[15]。在聯(lián)鎖塊施工中，要嚴(yán)格把控聯(lián)鎖塊、墊層砂、水泥、集料等施工材料質(zhì)量，加強(qiáng)墊層砂攤鋪、聯(lián)鎖塊面層施工與鋪筑工藝流程管理，進(jìn)而確保聯(lián)鎖塊路面工程質(zhì)量達(dá)到驗(yàn)收要求。