路面水穩(wěn)基層大寬度大厚度施工技術(shù)試驗(yàn)研究

李廣才

（中鐵二十三局集團(tuán)第一工程有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

新疆國道G216線喀木斯特庫都克至五彩灣城段公路是新疆公路網(wǎng)的重要組成部分，沿線礦產(chǎn)資源豐富、重載車輛較多，并且隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量增長較快。該線路路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)為底基層20cm+水泥穩(wěn)定基層37cm。綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂?、后期車輛荷載、施工工期等因素，為保證基層施工質(zhì)量，項(xiàng)目建設(shè)指揮部要求統(tǒng)一全線基層采用單幅一次攤鋪成形施工工藝。

該線路規(guī)劃主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：道路等級為一級；雙向4車道，路基寬度26m；設(shè)計(jì)行車速度100km/h。線路路面結(jié)構(gòu)形式：20cm級配砂礫底基層+37cm水泥穩(wěn)定砂礫基層+12cm瀝青面層；設(shè)計(jì)使用年限15年；路面設(shè)計(jì)荷載為公路I級。本文以該線路水泥穩(wěn)定砂礫基層試驗(yàn)段K396+060~K396+360施工為例，介紹水穩(wěn)基層大寬度大厚度施工技術(shù)，以供相關(guān)人員參考。

1 施工機(jī)械設(shè)備選擇

1.1 攤鋪機(jī)

陜西中大機(jī)械集團(tuán)新產(chǎn)的POWRE DT2000攤鋪機(jī)攤鋪?zhàn)畲髮挾葹?0m，攤鋪厚度達(dá)60cm（壓實(shí)后為42~45cm），能滿足幅寬16~20m的基層一次攤鋪成形要求。

（1）攤鋪機(jī)額定輸出功率為306kW，最大攤鋪寬度20m，最大行駛速度為1.8km/h，運(yùn)行板夯錘頻率可調(diào)范圍為0~26。

（2）螺旋分料系統(tǒng)：螺旋絞龍直徑有三種：D360、D420和D480成塔基循環(huán)布列，螺距為280mm，轉(zhuǎn)速為120r/min，有效避免了縱、橫、豎向布料離析現(xiàn)象，且攤鋪厚度可達(dá)400~600mm。

1.2 大功率壓實(shí)設(shè)備

陜西中大機(jī)械集團(tuán)的POWRE YZ36多功能單鋼輪壓路機(jī)，發(fā)動機(jī)馬力強(qiáng)勁，整體液壓驅(qū)動系統(tǒng)性能可靠，其運(yùn)行激振力能夠解決大厚度攤鋪基層壓實(shí)需要。

（1）設(shè)備自重36t、振幅2.5mm、振頻20~28Hz、發(fā)動機(jī)大功率為260kW、最大激振力81噸，總作用力1040kN，作用深度42cm。

（2）震動輪寬度2.3m，直徑1.7m，轉(zhuǎn)向角度±34°，設(shè)備振動、行走、起停振、行走速度等程序全部自動化控制，平整度控制較好。整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、動靜結(jié)合，有效減少超厚水穩(wěn)層壓實(shí)通病的擁包、推移、下部不實(shí)等問題。

1.3 膠輪壓路機(jī)

YL27/37液壓傳動變質(zhì)量輪胎壓路機(jī)，最大工作質(zhì)量37t，壓實(shí)寬度2.75m，輪胎重疊寬度50cm，輪胎數(shù)量前5后6，發(fā)動機(jī)功率160kW，外形尺寸長5.2m×寬2.8m×高3.3m。該機(jī)型比常規(guī)膠輪壓路機(jī)工作質(zhì)量大、壓實(shí)面寬、工作效率高。

主要施工機(jī)械設(shè)備及相應(yīng)的參數(shù)如表1所示。

表1 攤鋪碾壓機(jī)械設(shè)備配置表

2 路面水穩(wěn)基層主要施工流程及施工效果分析

2.1 施工放樣及培土模

測量人員在試驗(yàn)段內(nèi)每20m設(shè)一個中樁，兩側(cè)邊緣設(shè)置邊樁。測量底基層中、邊面高程，用擬定的松鋪系數(shù)計(jì)算出各測點(diǎn)基層松鋪高程。在邊樁外0.2~0.3m處設(shè)置高程控制鋼線。結(jié)構(gòu)物范圍內(nèi)基層高程要根據(jù)橋面實(shí)測標(biāo)高進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。松鋪系數(shù)通過鋪筑試驗(yàn)段實(shí)測確定。在松鋪系數(shù)試驗(yàn)確定前采用1.25。單幅基層兩側(cè)采用打鋼釬、掛鋼絲來控制標(biāo)高?；鶎邮┕で巴鈧?cè)用事先已燜好的料做包邊土，在每半幅兩側(cè)緊貼邊線外預(yù)先培土路肩，土路肩頂高應(yīng)為路面基層設(shè)計(jì)高程，人工配合機(jī)械掛線施工，采用小型打夯機(jī)夯實(shí)，人工修整成型[1]。

2.2 混和料攤鋪與碾壓

2.2.1 攤鋪機(jī)調(diào)試

攤鋪前，對底基層進(jìn)行灑水濕潤，增強(qiáng)底基層與基層的粘結(jié)性，防止底基層因干燥過分吸食基層的水分。攤鋪機(jī)操作人員檢查設(shè)備運(yùn)行情況，調(diào)好熨平板的開始運(yùn)行仰角，調(diào)整好兩側(cè)傳感器觸桿與控制高程鋼絲位置，在熨平板下墊厚約47cm（水穩(wěn)碎石基層松鋪厚度）的枕木，并調(diào)整好熨平板的初始橫坡度。

水穩(wěn)基層拌合料自出站后計(jì)算路途運(yùn)輸、等待、攤鋪、終壓成形時(shí)間試驗(yàn)確定的終凝時(shí)間，不得超過3h。

2.2.2 混合料攤鋪

攤鋪機(jī)運(yùn)行速度控制在1.2～1.5m/min，調(diào)整好夯錘頻率為15并保持穩(wěn)定，卸料后保持螺旋布料器物料飽滿后開始啟動前行，運(yùn)行時(shí)設(shè)專人盯守高度傳感器，防止人為和設(shè)備擾動鋼絲繩，影響攤鋪質(zhì)量。

開始攤鋪后，測量人員開始測量對應(yīng)底基層上的測點(diǎn)的松鋪厚度、松鋪頂高程，檢查是否有偏差，如有誤差立即緩慢調(diào)整。同時(shí)記錄設(shè)備運(yùn)行當(dāng)時(shí)的速度、松鋪厚度、平整度、夯錘振動頻率等。正常施工時(shí)，應(yīng)每20m做一次松鋪厚度檢驗(yàn)并記錄，每50m檢測一次橫坡。并對比設(shè)備電腦顯示與實(shí)測參數(shù)有無誤差，及時(shí)讓設(shè)備操作員調(diào)整。攤鋪過程中應(yīng)安排專人清理履帶前堆料[2]。

2.2.3 混合料碾壓

碾壓頭遍采用小噸位YCZ13/17雙鋼輪壓路機(jī)前進(jìn)靜壓，后退弱振；第2遍YZ22JA單鋼輪振動壓路機(jī)弱振1遍；第3、4遍YZ36單鋼輪振動壓路機(jī)往返強(qiáng)振2遍（高頻低幅）；第5遍YZ22JA單鋼輪弱振1遍；最后YL27/37膠輪壓路機(jī)碾壓2遍。然后檢測壓實(shí)度；若不達(dá)標(biāo)繼續(xù)碾壓直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度。

碾壓時(shí)設(shè)備根據(jù)配置先輕后重、由外向內(nèi)、輪跡交錯、呈階梯向前推進(jìn)。輪跡重疊保持重疊至少1/3輪寬，且后輪必須超過與前段的接縫；兩側(cè)多壓1~2遍；復(fù)壓完成后膠輪壓路機(jī)開始全幅碾壓直至無輪跡為止。碾壓過程中嚴(yán)禁壓路機(jī)嚴(yán)禁“調(diào)頭”和急剎車；碾壓過程中，表面應(yīng)始終保持濕潤，因當(dāng)?shù)貧夂蛟蚋稍锒囡L(fēng)表層水分蒸發(fā)過快，視情況灑水補(bǔ)充適量的水分。

本段基層試驗(yàn)段在直線段上壓路機(jī)應(yīng)由兩側(cè)向路中心碾壓，碾壓時(shí)按照錯輪要求輪跡重疊1/3~1/2輪寬，然后壓實(shí)大面全寬為一遍。碾壓過程中，發(fā)現(xiàn)彈簧、松散、起皮等現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)換料處理。

2.3 施工效果分析

2.3.1 壓實(shí)效果分析

根據(jù)以上檢測結(jié)果分析采用本次機(jī)械組合能夠滿足基層壓實(shí)要求，碾壓效果與平均壓實(shí)度如表2所示。碾壓速度平均控制在振動壓2.5～3km/h，靜壓3～5km/h。小噸位壓路機(jī)靜壓不少于1遍、小噸位壓路機(jī)弱振、強(qiáng)振不少于1遍、重型壓路機(jī)不少于2遍。

表2 碾壓機(jī)械組合壓實(shí)度統(tǒng)計(jì)表

2.3.2 松鋪系數(shù)計(jì)算

根據(jù)試驗(yàn)路段檢測結(jié)果計(jì)算出水穩(wěn)基層平均松鋪系數(shù)為1.24，虛鋪厚度在45cm時(shí)，壓實(shí)厚度不小于37cm，具體計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 松鋪系數(shù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

2.3.3 試驗(yàn)檢測分析

鉆芯取樣檢測10個，經(jīng)測量厚度平均值為37.4cm，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求；經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為5.6MPa，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為4.0~6.0MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；現(xiàn)場壓實(shí)度測量平均值為98.4%，大于達(dá)到設(shè)計(jì)要求值98%，滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)試驗(yàn)段數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，試驗(yàn)室采用的配合比符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，可以指導(dǎo)后期大面積施工。

3 大寬度大厚度施工技術(shù)探討

3.1 施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

水穩(wěn)層作為高等級路面基層其厚度一般都大于20cm，按現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范及該工程設(shè)計(jì)要求都是分兩次攤鋪壓實(shí)，雖有兩層聯(lián)鋪的施工工藝但仍存在質(zhì)量通病多、周期長的弊端，該工程采用的單機(jī)單幅全厚一次攤鋪碾壓完成，與傳統(tǒng)工藝相比較有以下優(yōu)點(diǎn)[3]。

（1）基層整體性強(qiáng)。分層施工方法存攤鋪面積翻倍，兩機(jī)聯(lián)鋪混合料離析現(xiàn)象，受機(jī)械設(shè)備性能制約出現(xiàn)幾率隨施工面積增加而加大，造成上下基層間局部出現(xiàn)分離現(xiàn)象，導(dǎo)致整體強(qiáng)度差。因此全厚一次攤鋪碾壓不易出現(xiàn)以上問題，提高基層的整體性及使用壽命。

（2）生產(chǎn)效率高。兩機(jī)聯(lián)鋪和兩層聯(lián)鋪顯然沒有一次全寬全厚的機(jī)械利用效率高，周期短，以本項(xiàng)目為例同樣的施工面積，工期比傳統(tǒng)施工方法縮短了將近1/3，避免了機(jī)械人工的重復(fù)投入，收到的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（3）平整度控制好。兩機(jī)聯(lián)鋪兩臺攤鋪機(jī)的松鋪系數(shù)不可能完全一致，容易產(chǎn)生兩機(jī)結(jié)合部不同步造成路面平整度差，而根據(jù)實(shí)踐證明單機(jī)單幅全寬攤鋪完全不會出現(xiàn)這個問題。

（4）有效減少了基層病害出現(xiàn)的幾率。該工藝是一次成形，不想分層和兩層聯(lián)鋪出現(xiàn)的上基層施工機(jī)械設(shè)備擾動對下基層造成的早期傷害現(xiàn)象，造成下部結(jié)構(gòu)層局部質(zhì)量薄弱層微觀裂隙發(fā)育，且問題不易發(fā)現(xiàn)。而該工藝有效解決了此項(xiàng)問題。

3.2 施工中存在的問題

大寬度大厚度施工在G216路的應(yīng)用總體說來是成功的，試驗(yàn)施工取得了良好的效果，但施工中仍存在以下問題需改進(jìn)和注意防范。

3.2.1 松鋪系數(shù)控制難度大

水穩(wěn)基層全厚攤鋪時(shí)，為保證每次攤鋪料的初始壓實(shí)度一致，有效控制松鋪厚度，設(shè)備夯錘幅度和頻率要保持不變。松鋪系數(shù)不能通過一次試驗(yàn)段就確定，它只是個指導(dǎo)參數(shù)。還需根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集及時(shí)微調(diào)，才能確保攤鋪質(zhì)量的穩(wěn)定。

3.2.2 路面邊緣碾壓質(zhì)量較差

受水穩(wěn)料總厚度、設(shè)備激振力過大（81t）影響路面邊緣標(biāo)高和平整度、壓實(shí)度較差，需提高邊部土路肩的壓實(shí)度、寬度和厚度。

3.2.3 壓實(shí)效果不好

壓實(shí)度是水穩(wěn)基層施工質(zhì)量控制主要指標(biāo)，常規(guī)的檢測方法還是采用灌砂法，其結(jié)果是平均值，數(shù)據(jù)均為合格。施工時(shí)壓實(shí)工藝執(zhí)行不到位，極易出現(xiàn)壓實(shí)度檢測合格，造成芯樣下部空隙偏大且底部松散現(xiàn)象。要避免這類現(xiàn)象的發(fā)生，還需提高現(xiàn)場施工人員質(zhì)量控制意識，加強(qiáng)碾壓遍數(shù)控制。

3.2.4 水穩(wěn)料質(zhì)量難控制

水穩(wěn)料的原材料供應(yīng)質(zhì)量不穩(wěn)定，混合料拌合時(shí)間未按規(guī)范要求，因氣候原因混合料運(yùn)輸過程中水分過分蒸發(fā)，導(dǎo)致水穩(wěn)料的質(zhì)量難控制。施工時(shí)，應(yīng)加大對水穩(wěn)料質(zhì)量的控制。

4 結(jié)束語

綜上所述，針對新疆國道G216線喀木斯特庫都克至五彩灣城段公路要求統(tǒng)一全線基層采用單幅一次攤鋪成形施工工藝的情況，選擇采用水穩(wěn)基層大寬度大厚度施工技術(shù)。結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇了施工機(jī)械設(shè)備，闡述了水穩(wěn)基層大寬度大厚度施工流程，分析了施工效果，并就該施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和施工中存在的問題進(jìn)行了探討?？傮w上來說，試驗(yàn)施工取得了良好的效果，但施工中存在的問題需要改進(jìn)和注意防范。隨著新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展對地區(qū)高等級路網(wǎng)建設(shè)投入的加大，應(yīng)利用先進(jìn)的路面施工設(shè)備、成熟的施工技術(shù)，加快邊疆公路工程建設(shè)速度，提升邊疆公路工程的建設(shè)質(zhì)量。