水泥稳定土的大厚度摊铺与压实[详细]

1、水泥稳定土的大厚度摊铺与压实5.1 半刚性基层沥青路面 在沥青路面各结构层中有一层或一层以上是用水硬性结合料(即无机结合料)处治,且该层具有一定的厚度并能发挥其特性时,此路面称为半刚性基层沥青路面。半刚性基层沥青路面能适应现代公路运输量大、车辆大型化的需要,因此是高等级公路的主要路面类型之一。我国已建成通车的高速公路有约80%以上采用了这种结构。而水泥稳定碎石因其强度高,稳定性好,拌和方便,质量易控制等优点成为路面基层的主要结构形式。 沥青面层属于柔性结构,刚度小,荷载分布能力弱,因此位于其下的基层是主要的承重层,并承受着由沥青路面表层传来的较大的荷载压应力。基层的底面又往往承受着拉应力的作用

2、,在行车荷载的反复作用下,基层易发生疲劳破坏。 对于半刚性基层沥青路面来说,基层必须满足以下一些主要技术要求: (l)有足够的强度和刚度; (2)有足够的稳定性; (3)有足够的抗冲刷能力; (4)收缩性要小; (5)有足够的平整度; (6)与面层结合良好。5.2 水泥稳定土基层的施工要求及现状近几年来, 高等级公路路面的基层大多采用水泥稳定级配碎石基层, 其厚度一般为30cm50cm之间。根据公路路面基层施工技术规范(JT034-2021) (以下简称“规范”)中第31117条第7款的规定:“水泥稳定土结构层应用12t以上的压路机碾压。用1215t三轮压路机碾压时, 每层的压实厚度不应超过1

3、5cm；用182021轮压路机和振动压路机碾压时, 每层的压实厚度不应超过2021；对于水泥稳定中粒土和粗粒土, 采用能量大的振动压路机碾压时, 或对于水泥稳定细粒土, 采用振动羊足碾与三轮压路机配合碾压时, 每层的压实厚度可以根据试验适当增加；压实厚度超过上述规定时,应分层铺筑,每层的最小压实厚度为10cm,下层宜稍厚。对于稳定细粒土, 以及用摊铺机摊铺的混合料, 都应采用先轻型、后重型压路机碾压”。由此, 对于超厚水泥稳定土(如水泥碎石、或水泥砂砾)等基层, 传统的施工工艺是分2层铺筑。在施工过程中, 由于受机械故障、天气的变化或混合料的运输道路突然被堵塞等不可预见因素的客观影响, 实际施

4、工的结果往往与“规范”要求相差甚远, 这就客观隐藏着水泥稳定土基层难以避免的质量隐患。实践表明, 分两层铺筑的施工工艺存在以下弊端: (1)碾压时间难以控制在水泥的终凝时间内；(2)在上层铺筑碾压的过程中, 如果压路机振动操作不当, 易造成已摊铺碾压密实的下层基层产生不必要的损坏；(3)下层顶面的水泥净浆或薄层水泥撒布不均匀时,易形成分层或起不到粘结作用；(4)2个薄层在施工过程中碾压前水分的损失大, 养生成本高；(5)下层顶面在养护过程中产生的污染物清除费用高；(6)分层铺筑本身已违背设计本意, 其受力由设计的整体层受力, 变成了2个薄层分别受力, 影响了基层的整体强度,尤其是分层不合理、上

5、层压实厚度往往薄于最小压实厚度 10cm的要求时, 往往是上层独挑重担, 在处治路面早期损坏的病害过程中,笔者发现上薄层过早产生龟裂, 在车辆荷载的重复作用下, 形成碎块, 雨后冒浆, 这是造成沥青混凝土路面早期损坏最主要的原因之一。为了解决这一当前我国尚未得到解决的重要难题, 需探索一种新的施工工艺, 使超厚水泥稳定土基层不再分层铺筑, 从而克服分层铺筑的弊端, 从源头上避免沥青混凝土路面的早期损坏24。超厚水泥稳定土基层的施工工艺之所以要分层铺筑,主要是因为从前的压实设备的激振力小, 影响深度有限, 超厚水泥稳定土基层1 层铺筑时,不能保证基层底部的压实度。但随着我国科学技术的发展,筑路机

6、械也有了很大的发展,尤其是重型压路机和铺筑厚度可达40cm、宽度可达13m的摊铺机的问世,为我们探索超厚水泥稳定土基层一层铺筑的施工工艺成为可能。因此, 我提出探索用重型压路机(自重达2021右,激振力达55t左右)碾压, 将超厚(厚度为2140cm)的水泥稳定土基层一层铺筑碾压成型的新工艺。大厚度摊铺对基层稳定土一次成形有着重要意义,一次摊铺400600 mm既提高生产率,减少施工麻烦,降低成本,同时又保证稳定层的整体板块结构。当然基层大厚度摊铺应有配套的压实设备来保证。为满足这一需要2021以上的超重型自行振动压路机等设备应运而生(当然这设备另有其他用途)当代超级摊铺机宽幅大厚度摊铺沥青和

7、稳定层的施工实践已大量展开,如2021 年10月至2021年5月,云南安楚高速公路2、5、6标段采用了宽度11.5m,厚度400mm的水泥稳定砂砾一次摊铺工艺；1、2、4、5、7标采用了宽度11.5m的沥青砼一次摊铺工艺。云南思小高速公路2、4标和砚平高速公路4标采用了宽度分别为11.25m、12.5m,厚度42021的水泥稳定砂砾一次摊铺工艺。此外,内蒙古呼集高速、陕西阎禹高速、广东粤赣高速等也都分别进行大宽度、大厚度的摊铺试验并采用相应工艺。这些试验的结果表明超级摊铺机大宽度、大厚度一次摊铺可以满足高等级公路基层和面层的质量要求。5.3 水稳基层的压实5.3.1 压路机的选型要根据筑路机械

8、的配套情况及机械化施工程度的高低选用压路机 ,压路机的主要技术参数充分体现压路机的特性和功能 ,对压实效果有决定性影响 ,压路机的运输条件、路基与路面工程施工配套机械状况、压实作业项目的性质、土质和被压材料的特性等都是影响压实质量和压实效率的因素。在选择压路机的种类、型号、规格和数量时 ,为了充分发挥机械化施工的优势 ,通常对机械化施工程度高的工程 ,应选用压实功能强、作业效率高的压路机24。一.根据压实作业项目选型路基压实应选用压实功率大的重型和超重型静压实压路机、振动压路机和凸块式压路机 ,这类重型压实设备的压实效果好 ,能有效排除铺层中的空气和多余水分 ,将被压层的固体颗粒嵌紧挤密 ,形

9、成坚固稳定的整体 ,为上层打下高强度的基础。路肩、桥梁填方、人行道等的压实作业 ,则可选用轻型或振动型压路机、打夯机 ,以防路缘崩塌毁坏构造物。二.根据土壤和被压材料的特性选型被压材料的种类及成分是选择振动压路机最佳振动频率和振幅的主要因素 ,材料不同 ,其压实特性也不同 ,必须选用合适的压路机才能获得理想的压实效果。砂土和粉土 ,粘结性较差 ,水易侵入 ,不易被压实 ,此类土必须掺入粘土或其他材料进行改良处理 ,并选用压实功率大的静压式压路机 ,不宜采用振动压路机和凸块式压路机。对于粘土 ,由于粘结性能好 ,内摩擦阻力大 ,含水量较多 ,压实时需要提供较大的作用力和较长的作用时间 ,以利排除

10、空气和多余水分 ,增大密实度 ,选用凸块压路机和轮胎式压路机 ,可获得较好的压实效果;不宜采用振动压路机 ,因为振动压路机易使土中水分析出 ,形成“弹簧”土 ,难以彻底压实。对于石质路基 ,宜选用凸块式压路机和振动式压路机同时碾压 ,可使石料和粒料之间更好地嵌紧 ,形成稳定性较好的整体。三.根据铺筑层的含水量选型被压材料的含水量是影响压实效果的重要因素 ,只有在最佳含水量状态下 ,才能得到最佳压实效果 ,表 5-1 为各类土壤的最佳含水量。表 5-1 几种土壤的最佳含水量和最大干密度-土壤种类最佳含水量/%最大干密度/ gcm砂土812801.88亚砂土9151.852.08粉土16221.6

11、11.80亚粘土12151.851.95粘土19231.581.70 若含水量过大 ,压实到一定程度时 ,水分将聚集在土体固体颗粒之间的孔隙内 ,吸收和消耗大部分碾压能 ,衰减了碾压作用力的传递 ,即使增加压实重量和碾压遍数也不可能将土壤压实 ,反而会使压层出现反弹现象 ,成为压实的顽症。若含水量过小 ,土颗粒之间的润滑作用减小 ,其内摩擦阻力将随之增大。可选用重型压路机压实 ,或适当增加碾压遍数。含水量过高时 ,可通过翻晒等措施降低含水量 ,使之达到压实规范要求。一般当实际含水量高于最佳含水量 2%3%时 ,就不宜选用振动压路机进行压实。当土壤或被压材料的实际含水量低于 3%以上时 ,应在施

12、工现场进行洒水 ,以补充水分 ,如果现场难于补充水分 ,则可选用超重型静压式压路机或重型压路机进行压实 ,并适当增加碾压遍数。5.3.2 压实作业参数的选择为了提高压实质量,获得最佳压实效果和最佳作业效率 ,除了选定压路机外 ,还应根据施工组织形式 ,对工程质量的技术要求以及作业内容、压路机的性能 ,正确选择和确定压路机的压实作业参数。255.3.2.1 碾压速度碾压速度取决于土壤和被压材料的压实特性、压路机的压实性能与功能、对工程质量的要求以及压层的厚度和作业效率等。通常压路机进行初压作业时 ,可按下面的作业速度进行作业:静压式光轮压路机为 1.52km/h;轮胎式压路机为 2.53km/h

13、;振动压路机为 34km/h。随着碾压遍数增加 ,密实度提高 ,在进行复压和终压时 ,压路机的碾压速度应适当提高。通常 ,静压式光轮压路机的碾压速度可增加到24km/h,轮胎式压路机可增至35km/h,而振动压路机的碾压速度则可增加到 36km/h。5.3.2.2 碾压遍数所谓碾压遍数 ,是指压路机依次将铺筑层全宽压实一遍 相邻碾压轮迹应重叠 0.20.3m 时在同一地点碾压的往返次数。碾压遍数的确定应以达到规定的压实度为准 ,一般情况下 ,压实土质路基为68 遍 ,石质路基为 610 遍。5.3.2.3 压实厚度压实厚度是指铺筑层压实后的实际厚度 ,压实厚度是靠铺筑层松铺厚度来保证的 ,其厚

14、度关系为:松铺厚度=松铺系数压实厚度 ,其中松铺系数为压实干密度与松铺干密度的比值 ,根据土壤特性和施工作业方式 ,土壤的松铺系数一般为 1.31.6。压实厚度的确定与压路机的压实能力和作用力的影响深度有关 见表 5-2 。表5-2 几种类型压路机适宜的压实厚度压路机类型适宜的压实厚度/CM碾压遍数适宜土壤类型8-10吨静光轮压路机15-208-12非粘性土12-15吨和18-2021光轮压路机202156-8非粘性土9-16吨和16-2021胎式压路机202106-8亚粘土、非粘性土30-50吨拖式轮胎压路机30-504-8各类土壤2-6吨拖式并脚碾压轮202106-10粘性土14吨拖式振动

15、压路机100-1206-8沙砾土、碎石10吨振动压路机50-1004-6非粘性土5.3.3 路基压实步骤路基碾压前应确定和调整好作业参数 ,并按初压、复压和终压 3 个步骤进行。281 初压对铺筑层最初的 12 遍的碾压作业称为初压。初压的目的是为了在铺筑表层形成较稳定、较平整的承载层 ,以利复压时有较大的压实作用力。路基初压一般可采用重型履带式拖拉机和羊足( )凸块 碾进行碾压 ,也可选用中型压路机进行静力压实 ,其碾压速度应不超过 1.52km/h。初压后 ,应用平地机对铺筑层进行整平。2 复压复压是在初压的基础上连续进行的压实作业。复压通常碾压 58 遍 ,其目的是使铺筑层达到规定的压实

16、度。复压是主要的压实阶段 ,在复压作业中 ,应尽可能发挥压路机的最大压实功能 ,以使被压层迅速达到规定的压实度。增加压路机的配重或调节轮胎式压路机的气压 ,使之单位线载荷和平均接地比压达到最佳状况;调节振动压路机的振频和振幅 ,都可充分发挥压路机的压实功能 ,提高压实效果。3 终压在竣工前对铺筑层进行的最后 12 遍碾压作业称为终压。分层修筑路基时 ,只在最后一层实施终压。终压的目的是使压实层表面达到平整度要求 ,因而适宜采用中型静压或振动式压路机以静力碾压方式进行碾压 ,碾压速度要适当高于复压速度。如果采用振动压路机或羊足 凸块 碾滚压路机进行分层压实时 ,由于表层存在松散现象 ,可将各分层

17、表层 10cm左右厚度作为下一铺筑层范围进行压实 ,这样就可使相邻铺层结合更为紧密。5.3.4 路基压实应遵行的原则路基压实应遵循“先轻后重、先慢后快、先边后中”的碾压原则。1 “先轻后重”即初压轻 ,复压重;先静力碾压 ,后振动碾压。这也是路基分层压实时压路机选型的原则。2 “先慢后快”是指压路机的碾压速度随着碾压遍数的增加应逐渐加快 ,即初压时要以较低的速度进行碾压 ,这样可以延长碾压力的作用时间 ,增加影响深度 ,加快土体变形 ,避免产生碾压轮拥土现象 ,防止发生压路机陷车等异常情况。随着碾压遍数的增加 ,铺筑层的密实度也迅速增加 ,加快碾压速度则有利于提高铺筑层表层的平整度和提高压路机

18、的作业效率。3 “先边后中”的碾压顺序 ,是压路机在压实作业过程中应始终坚持的一条规则。也就是说 ,作业(时压路机必须先从路基的一侧 距路基边缘 3050cm处 ,沿路基延伸方向 ,逐渐向路基中心线处进行碾压。在越过路基中心线 3050cm 后 ,再从路基的另一侧边缘开始向路基中心线处碾压。值得注意的是:实施弯道碾压作业时 ,应先从路基内侧逐渐压向路基外侧碾压。碾压一遍后 ,再从内侧开始向外侧碾压 ,如此循环;对傍山路基的碾压 ,则应先从靠山坡的一侧开始 ,逐渐向沟谷一侧碾压。为防止发生陷车和翻车事故 ,在碾压山区公路路基沟谷一侧时 ,碾压轮应距离路基边缘 100cm。5.4 水泥稳定土一次成

19、型摊铺的压实质量控制5.4.1控制路基路面压实含水量 控制路基路而压实含水量是保证压实度及其均匀性的前提条件,压实含水量的控制必须在上碾前做现场抽样测定,一般可偏大一些控制,以考虑施工中的水分蒸发。压实含水量的标准W实应较击实试验的最佳含水量W理,偏低,是山粉性上湿度大时对压实的敏感程度大所决定,而在稳定上中掺有粉煤灰时,则又应考虑粉煤灰对施工压实含水量的自调节性能。上述二种情况各有不同的施工压实工艺控制的实际意义,对其综合考虑后,用大于最佳压实含水量W实,即偏大地控制施工压实含水量,有利于稳定上的压实。5.4.2 控制路基路面材料拌和均匀性 不同掺量稳定上的对照试验结果表明,外掺料所含比例的

20、变化,对稳定土的物理力学性能有很大的影响。施工中可用中一位而积定量上应当足以保证大致均匀,特别是利用拖拉机牵引桦犁及圆盘耙多次翻拌时,其强制破碎拌和作用以及大而积连续作业,可使均匀度达到很高的水平。施工中不均匀度的产生,一般存在两种可能,一是犁深不够,这样使不同的犁深留卜了素上底;一是第一层稳定土犁深过大,使应有的素上层之外的上料拌入而相对降低了外掺料剂量。这两种情况中以前者的危害性大,因为素上夹层完全不具备稳定上的水稳性,并形成结构层中的一个弱薄层,在回弹变形能力很难达到规定残留值标准,这就使道路结构总体形变模量上不均匀一致,在控制犁拌深度时必须遵循“宁深勿浅”的原则。5.4.3 控制路基路

21、面材料配比均匀性 施工中产生外掺剂量的浮动,一般对于压实含水量不会突破其允许值范围,因此,原则上不会影响可达到的压实标准。但在路基路而混合料中,上与外掺料容重上有较大差异,当上的含量增大时,压实后混合料的干容重会有较大上升,这种与标准击实的上含量有差值的因素,形成压实度虚涨的假象。施工中如果机械地在现场测定干容重,而不相应控制拌和后的混合料比例,容易造成虽达到了标准击实卜压实度值,但现场混合料压实的实际上效果并未达到实际应有的压实标准,因而如何抽查压实前的外掺料剂量应引起足够的重视,一般可以留出标准击实时混合料上样,并做出不同剂量变化的前后几个样木,用现场“比色法”加以粗略控制。再山定性的观点

22、看,现场抽查混合料的活性氧化物含量也是必要的,这样可在控制混合料配比均匀度的同时,也控制了材料的物理化学性质。应该指出,混合料剂量与活性氧化物含量的不均匀对稳定上强度和稳定性的影响,较要干容量上的假象而形成压实不足要小,严格控制后者史重要。295.4.4轻重型击实标准对压实均匀度的影响 由轻型击实与重型击实对同一配比试件试验结果表明:试件的物理力学与旨度指标同于击实标准不同而大幅度变化,试件的压缩模量前者低202145%,水稳性也相应变化,由此可理解为:在重载交通情况下,轻型击实会造成产生较大残留变形的条件,同时,相应工程中压实功能和遍数的不均匀量形成不同的压实效果,导致道路结构工作寿命中,可能出现严重的不平整度的变化是必然的,反之,若以重型击实标准控制压实度,可将此类影响降低到最小限度。5.4.5 控制路基路面结构层厚度与宽度均匀性关于道路结构压实度与宽度的均匀性,应由压实效果及其产生的影响来评价,这实际上反映结构层的板体作用大小对道路整体形变与稳定性的影响,尤其粉性土质对水的抗侵蚀能力低,只有具备相当理想的压实度和良好的整体板体性后才得以稳定,才能实现对地表水的防渗封闭和对地卜水的隔断作用,否则,某一局部强度不足将扩至