高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連鋪施工技術(shù)應(yīng)用研究

黃金城,張大斌,趙承偉

(廣西交科工程咨詢有限公司,廣西 南寧 530007)

0 引言

作為瀝青路面主要承重層的水泥穩(wěn)定碎石基層,具有強(qiáng)度高、剛度大以及耐沖刷等優(yōu)點(diǎn),普遍應(yīng)用于我國各等級公路路面結(jié)構(gòu)中?！豆仿访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)細(xì)則》[1]明確指出:水泥穩(wěn)定碎石混合料應(yīng)保證足夠的攤鋪厚度,碾壓成型后的每層最大厚度宜≤20 cm。當(dāng)水穩(wěn)基層設(shè)計(jì)厚度>30 cm時,傳統(tǒng)做法是將基層分為上、下基層,分兩次施工,但分層施工不僅延長了養(yǎng)生時間,且容易導(dǎo)致上、下基層層間粘結(jié)效果差,引起基層層底拉應(yīng)力與拉應(yīng)變的增大[2-3],削弱了水泥穩(wěn)定碎石基層的路用性能,使其整體承載能力進(jìn)一步降低。

為解決水泥穩(wěn)定碎石上、下基層分開施工層間粘結(jié)差、易產(chǎn)生分離、工期較長的問題,達(dá)到基層整體受力的設(shè)計(jì)意圖,本文依托廣西來賓至都安高速公路推廣應(yīng)用的“水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連鋪施工技術(shù)”進(jìn)行實(shí)踐研究,該技術(shù)是在水穩(wěn)攤鋪碾壓第一層成型后,立即攤鋪碾壓第二層,兩層連續(xù)攤鋪完成后再覆蓋養(yǎng)生,即雙層連鋪、分層碾壓和一次成型[4-5]。

1 工程概況

廣西來賓至都安高速公路是賀巴高速公路其中一段,主線全長134 km,雙向四車道,設(shè)計(jì)速度為100 km/h,路基寬26 m。主線路面結(jié)構(gòu)為20 cm的級配碎石+20 cm厚4%水泥穩(wěn)定碎石底基層+33 cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層+20.5 cm瀝青面層,其中33 cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層施工采用了雙層連鋪技術(shù)。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層配合比

用于基層的四檔集料的粒徑規(guī)格分別為19.0～31.5 mm、9.5～19.0 mm、4.75～9.5 mm、0～4.75 mm。

水泥采用32.5普通硅酸鹽水泥。

水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)配合比:19～31.5 mm∶9.5～19 mm∶4.75～9.5 mm∶0～4.75 mm= 18%∶26%∶20%∶36%,水穩(wěn)料最大干密度為2.38 g/cm3,最佳含水量為4.2%,水泥含量為5%。

3 水穩(wěn)碎石基層雙層連鋪施工準(zhǔn)備

3.1 施工機(jī)械設(shè)備

水穩(wěn)碎石基層主要施工相關(guān)設(shè)備見表1。此外,應(yīng)同時配備200根φ25 mm鋼釬,2把3.63 kg大錘,長600 m、高33 cm的鋼模板,長800 m的φ3 mm鋼絲,緊線器4把,方鐵锨10把,手推車2輛,掃帚10把,以及白灰、線繩、石筆、扳手、方木等輔助工具。

表1 主要施工機(jī)械配置一覽表

3.2 測量放樣

基層施工前按10 m一個斷面,曲線段加密至5 m一個斷面,準(zhǔn)確放樣出中邊樁位置,進(jìn)行標(biāo)高測量;用灰線標(biāo)出基層設(shè)計(jì)斷面及中線;提前打好導(dǎo)向控制線支架,根據(jù)預(yù)估的松鋪系數(shù)計(jì)算出混合料的松鋪厚度,掛好鋼絲繩導(dǎo)線?？倰炀€高度按照[(下基層壓實(shí)厚度+上基層壓實(shí)厚度)×松鋪系數(shù)]進(jìn)行控制,下基層攤鋪厚度通過攤鋪機(jī)傳感器從(總掛線高度-下基層壓實(shí)厚度×松鋪系數(shù))處控制高度。

3.3 模板支立

基層兩側(cè)采用鋼模板進(jìn)行支擋,根據(jù)邊樁控制線支立模板,采用型鋼模板,高度為設(shè)計(jì)厚度,每段長度為3 m。模板接縫用螺桿兩兩連接,模板后側(cè)與外側(cè)用鋼釬固定于底基層上,達(dá)到鋼輪壓路機(jī)振壓不變形的效果。

3.4 清掃下承層

施工前清掃下承層面上的雜物,確保攤鋪工作面清潔,然后用灑水車灑少量的水,使下承層表面濕潤且無積水后才能進(jìn)行基層施工。

4 水穩(wěn)碎石基層雙層連鋪施工

4.1 拌和

拌和前應(yīng)先抽檢場內(nèi)各種集料的含水量,根據(jù)配合比設(shè)計(jì)和實(shí)際集料的含水量計(jì)算生產(chǎn)配合比,并進(jìn)行試拌,以確定實(shí)際生產(chǎn)的水穩(wěn)基層混合料。拌好的混合料含水量應(yīng)略大于最佳含水量,使混合料攤鋪碾壓時的含水量接近最佳含水量。高溫作業(yè)時,中午比早晚的含水量高0.5%～1.5%,以彌補(bǔ)運(yùn)輸、攤鋪過程中的水分損失。

拌和過程中安排專門技術(shù)員對拌和場的上料、拌和、卸料進(jìn)行控制,并按規(guī)范規(guī)定的頻率抽取混合料試樣,對混合料的生產(chǎn)級配、含水率、水泥劑量等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測。

拌和站生產(chǎn)人員記錄水泥穩(wěn)定碎石混合料每日開盤時間、停盤時間、中途停機(jī)時間、拌和總數(shù)以及各種材料使用數(shù),便于核對查詢有關(guān)資料。

4.2 運(yùn)輸

運(yùn)輸采用16輛25 m3的自卸車,車況良好,車廂清理干凈,確保拌料時有2～3輛空車在等待接料。裝料時車輛應(yīng)前后移動,按照“前、后、中”分三次裝料。運(yùn)輸車用篷布覆蓋嚴(yán)密,整個運(yùn)輸過程綁扎牢固,運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場準(zhǔn)備攤鋪時才揭開卸料。如車內(nèi)混合料不能在初凝時間內(nèi)運(yùn)到工地,或混合料碾壓完成的時間超過水泥初凝時間,則混合料應(yīng)予以廢棄。

4.3 攤鋪

采用同廠家、同型號的兩臺攤鋪機(jī)前后攤鋪,第一臺進(jìn)行下基層水泥穩(wěn)定混合料的攤鋪,攤鋪工作面長度約60 m后即進(jìn)行下基層的初壓、復(fù)壓、終壓。下基層完成碾壓并經(jīng)壓實(shí)度檢測合格后立刻啟動第二臺攤鋪機(jī),從下基層端頭繼續(xù)攤鋪上基層水泥穩(wěn)定混合料,上基層攤鋪采用側(cè)向傳輸機(jī)送料,側(cè)向上料機(jī)和上基層攤鋪機(jī)應(yīng)按相同速度勻速前進(jìn)[6]。攤鋪機(jī)操作機(jī)手應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)節(jié)螺旋布料器兩側(cè)的自動料位器,確保鏈板送料器的速率和螺旋布料器的轉(zhuǎn)速相適應(yīng);同時安排2名勞務(wù)人員沿著模板兩側(cè)灌入水泥漿,確保基層邊緣的粘結(jié)強(qiáng)度。

4.4 碾壓

配備2臺30 T單鋼輪振動壓路機(jī)、2臺22 T單鋼輪振動壓路機(jī)、2臺12 T雙鋼輪壓路機(jī)以及1臺26 T膠輪壓路機(jī)對水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行碾壓。為達(dá)到最佳壓實(shí)效果,提高基層平整度,每攤鋪約60 m進(jìn)行碾壓。碾壓遵循“先輕后重、先慢后快、由低至高”的原則,在現(xiàn)場設(shè)置明顯的碾壓分界標(biāo)志,做到攤鋪一段,碾壓一段,成型一段。

下基層碾壓:用一臺12 T雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍,速度為1.5～1.7 km/h;接著用兩臺22 T單鋼輪振動壓路機(jī)小振2遍(第一遍、第二遍),速度為1.5～1.7 km/h;再用兩臺22 T單鋼輪振動壓路機(jī)大振2遍(第三遍、第四遍),速度為2.0～2.5 km/h。見表2和圖1。

圖1 下基層碾壓遍數(shù)-壓實(shí)度曲線圖

表2 下基層壓實(shí)度檢測結(jié)果表

上基層碾壓:首先用一臺12 T雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍,速度為1.5～1.7 km/h;接著用兩臺30 T單鋼輪振動壓路機(jī)小振3遍(第一遍、第二遍、第三遍),速度為2.0～2.5 km/h;然后用兩臺30 T單鋼輪振動壓路機(jī)大振1遍(第四遍),速度為2.0～2.5 km/h;再用一臺膠輪壓路機(jī)靜壓2遍(第五遍、第六遍),速度為1.5～1.7 km/h;最后用一臺12 T雙鋼輪壓路機(jī)靜壓1遍(第七遍),速度為1.5～1.7 km/h。見表3和圖2。

圖2 上基層碾壓遍數(shù)-壓實(shí)度曲線圖

表3 上基層壓實(shí)度檢測結(jié)果表

由表1、表2可知:下基層第1遍靜壓、小振2遍未能達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)度要求;大振1遍后壓實(shí)度代表值達(dá)到設(shè)計(jì)要求,但仍有單點(diǎn)壓實(shí)度未滿足設(shè)計(jì)要求,仍需要進(jìn)行加強(qiáng)碾壓;第2遍大振后各點(diǎn)壓實(shí)度和壓實(shí)度代表值均滿足設(shè)計(jì)要求。

上基層第1遍靜壓、小振3遍后壓實(shí)度也未達(dá)到規(guī)定要求;第1遍大振后壓實(shí)度代表值滿足設(shè)計(jì)要求,但還有單點(diǎn)壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,仍需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)碾壓;膠輪靜壓1遍后單點(diǎn)壓實(shí)度及壓實(shí)度代表值均滿足設(shè)計(jì)要求;膠輪碾壓第二遍后壓實(shí)度仍有提升,但提升效果不明顯,壓實(shí)度曲線已接近峰值,膠輪繼續(xù)碾壓意義不大;最后一遍雙鋼輪收光靜壓對壓實(shí)度影響很小。

4.5 接縫處理

施工結(jié)束后,人工整平末端水泥穩(wěn)定碎石混合料,緊靠混合料方向水平放置兩根高度與混合料壓實(shí)厚度相同的方木,整平緊靠方木的混合料。整平結(jié)束后,收回方木,并將下承層頂面清掃干凈。

4.6 養(yǎng)生

雙層連鋪水泥穩(wěn)定碎石基層施工完成且經(jīng)檢驗(yàn)合格后,立即開始養(yǎng)生。采用土工布覆蓋每天灑水養(yǎng)生,每天灑水次數(shù)應(yīng)視氣候而定。整個養(yǎng)生期間,應(yīng)始終保持水泥穩(wěn)定碎石層表面濕潤。養(yǎng)生結(jié)束后,將覆蓋物清除干凈。

5 水穩(wěn)碎石基層雙層連鋪施工質(zhì)量檢測

養(yǎng)生期結(jié)束后對水穩(wěn)碎石基層進(jìn)行厚度、平整度檢測,并對雙層連鋪水穩(wěn)基層質(zhì)量進(jìn)行評定,檢測及評定結(jié)果見表4、表5。

表4 厚度檢測結(jié)果表

表5 平整度檢測結(jié)果表

由表4、表5數(shù)據(jù)可知,采用水穩(wěn)基層雙層連鋪施工技術(shù),厚度及平整度指標(biāo)控制較好。其中,壓實(shí)厚度符合設(shè)計(jì)文件及規(guī)范要求,且現(xiàn)場芯樣完整密實(shí),沿厚度方向上一次成型,具有較好的整體性能;平整度指標(biāo)良好,滿足設(shè)計(jì)文件及規(guī)范要求。

6 水穩(wěn)碎石基層雙層連鋪施工效果評價(jià)

采用水泥穩(wěn)定碎石基層雙層連鋪工藝后,來賓至都安高速公路基層整體質(zhì)量良好,芯樣一次成型率可達(dá)100%,更容易達(dá)到基層整體受力的設(shè)計(jì)意圖。與傳統(tǒng)水穩(wěn)基層分層施工相比,采用雙層連鋪工藝可以減少機(jī)械設(shè)備以及模板的轉(zhuǎn)場次數(shù),節(jié)約機(jī)械設(shè)備成本;且雙層連鋪施工無須再進(jìn)行層間水泥凈漿的撒布,取消了水泥凈漿撒布的機(jī)械設(shè)備和水泥的使用,降低了工程造價(jià);同時,雙層連鋪施工只需養(yǎng)生一次,可將傳統(tǒng)分層攤鋪的養(yǎng)生時間由14 d減至7 d,有效節(jié)約施工工期。

7 結(jié)語

與傳統(tǒng)上下基層分層施工相比,水穩(wěn)基層雙層連鋪施工技術(shù)可有效解決水穩(wěn)基層層間粘結(jié)效果不穩(wěn)定的現(xiàn)象,提高路面結(jié)構(gòu)層整體承載力,提升公路使用的耐久性;同時還能減少機(jī)械設(shè)備周轉(zhuǎn)次數(shù)、減少中間施工環(huán)節(jié),節(jié)約施工工期,降低水泥等材料的消耗,具有良好的推廣應(yīng)用前景。