浅析高等级公路水泥稳定碎石基层施工工艺

浅析高等级公路水泥稳定碎石基层施工工艺

摘要：本文以青岛至银川国道主干线（GZ35）子洲至靖边高速公路LM-1合同段路面工程为例，介绍了高等级公路水泥稳定碎石基层施工工艺，并就施工过程中存在的问题和改进措施提出了具体的想法和建议。关键词：高等级公路水泥稳定碎石施工工艺水泥稳定碎石作为半刚性材料，以其具有良好的板体性、水稳性、抗冻性、耐久性、干温缩较小(比较二灰碎石)、力学强度可视需要而调整以及整体承载能力强等优点在高等级公路路面基层施工中被广泛应用。陕西省子洲至靖边高速公路（下称子靖高速公路）路面基层采用水泥稳定碎石结构，全幅宽24.5m，厚0.34m（0.33m），设计配合比为5：95，施工采用厂拌法集中拌和，摊铺机分两层摊铺，振动压路机碾压，胶轮压路机收面的施工工艺方法，较好的达到了规定的质量要求。1施工工艺1.1工艺流程111．1．3水泥稳定碎石配合比设计1）取工地实际使用的集料,分别进行筛分,按颗粒组成进行计算,按照骨架密实结构（即中间料多，减少细料用量）确定各种集料的组成比例。2）拟按照水泥:集料=5:95、5.5:94.5、6:94的比例制备试件（每组试件个数为：偏差系数10%-15%时13个，偏差系数15%-20%时15个），用重型击实法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。3）根据确定的最佳含水量，拌制水泥稳定碎石混合料，按要求压实度（重型击实标准，压实度98%）制备混合料试件，在标准条件下养护6天浸水24h后取出，做无侧限抗压强度。4）为减少基层裂缝，必须做到三个限制：在满足设计强度（≥4.5MPa）的基础上限制水泥用量；在减少含泥量的同时，限制细集料；根据施工时气候条件限制含水量。具体要求水泥剂量不应大于5.5%、集料级配中0.075mm以下颗粒含量不宜大于3%、含水量略低于最佳含水量0.5%-1%。5）水泥稳定碎石试件的标准养护条件是：将制好的试件脱模称重后，应立即放到相对湿度95%的养护室内养生，养护温度为20℃-±2℃。养生期的最后天（第七天）将试件浸泡在水中，在浸泡水之前，应再次称试件的质量，水的深度应使水面在试件顶上约2.5cm，浸水的水温应与养护温度相同。将已浸水24小时的试件从水中取出，用软的旧布吸去试件表面的可见自由水，并称试件的质量。前6天养生期间试件质量损失（指含水量的减少）应不超过10g，否则作废。6）水泥稳定碎石7天浸水试件室内试验结果抗压强度平均值满足下式：R≥Rd/（1-ZaCV）式中：R-该组试件抗压强度的平均值,MPa;Za-保证率系数,高速公路保证率95%，此时Za=1.645；Cv-试验结果的偏差系数（以小数计）。Rd-抗压强度的设计值（≥4.5MPa）7）取符合强度要求的最佳配合比生产配合比，求得最佳含水量和最大干密度，经高驻办签字后报总监办批准。拌合站实际拌和过程中增加水泥用量0.5％。8）设计具体规定:①设计强度设计文件规定4～5Mpa，施工规范规定3～5Mpa，本项目确定设计强度4.5Mpa。②设计文件中级配采用《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000的3号级配，??属于悬浮密实型结构。本项目具体配合比设计时充分体现“S”型曲线，即抬头平尾型，以形成骨架密实结构。③试件的制作严格按照规程有关规定执行，通常我们把小试件的高度误差控制在0.1mm范围内，其影响压实度为0.2%，据此大试件高度误差则应控制在0.3mm之内。④考虑延迟时间对水泥稳定碎石基层强度和最大干密度影响，现行规程要求击实试验和无侧限抗压强度制件均应在1小时内完成（在规定的延迟时间时完成击实试验和强度制件，这样才能代表现场的强度）。配合比设计完成后要及时进行混合料不同水泥剂量、不同延迟时间（2、3、4h）的无侧限抗压强度测定，以确定适合的施工延迟时间。⑤试件养生时严格温度和湿度条件。1．1．4施工放样每隔10m测设一中线桩，然后在两侧距基层路缘38cm对应处测设标线桩，打上带套筒可上下调整的钢筋桩，根据松铺厚度22cm(一般松铺系数为1.23-1.29)逐点进行高程控制测量。并放出基层方木摆放边线和摊铺机导向线。:m1．1．5混合料拌和采用500T/H厂拌设备集中拌和，施工前按设计配合比对其进行调试，做到配料准确，拌和均匀，无粗细料离析现象。含水量根据运输路程远近和天气情况适当调整，以确保碾压时混合料含水量接近最佳含水量但不出现提浆现象。混合料料拌和过程中，按频率检测水泥剂量和含水量。1）每天开始拌和前，应检查场内各处集料的含水量，计算当天的配合比，外加水与天然含水量的总和要比最佳含水量略低。实际的水泥剂量可以大于混合料组成设计时确定水泥剂量约0.5%,但是，实际采用的水泥剂量和现场抽检的实际水泥剂量应小于5.5%。同时考虑施工富余强度时要从缩小施工偏差入手，不得以提高水泥用量方式提高基层强度。2）水泥添加装置应配有高精度电子自动计量器，电子动态计量器应经有资质的计量部门进行计量标定方可使用。3）每天开始搅拌之后，出料时要在拌和机投料运输带上取样检查是否符合批复的配合比，每天上、下午各检查1次，检验其配比、集料组配、含水量是否变化。高温作业时，早晚与中午的含水量要有区别，要按温度变化及时调整。4）拌和场出料不允许采取自由跌落式的落地成堆、装载机装料运输的办法。一定要配备带活门漏斗的料仓，由漏斗出料直接装车运输，装料时运输车必须前后移动，最少分三次装料，避免混合料离析。1．1．6混合料运输采用10辆20吨以上的自卸汽车运输，混合料运输车辆采用蓬布或彩条布加以覆盖，以减少水分蒸发。卸料时，汽车停在距摊铺机受料斗10cm左右，由摊铺机来推动汽车摊铺，防止汽车碰撞摊铺机。运输车必须填写运料单，实行一车一单，出厂时将出厂时间填写在运料单上，摊铺现场凭运料单进行验收，料车超过2小时摊铺时必须废弃。1．1．7摊铺1）将φ2mm钢铰线挂于钢筋桩支架上，用紧线器拉紧，以此作为摊铺机摊铺基准线。2）摊铺机调试：采用两台同规格摊铺机联合梯队作业，应保持速度一致、摊铺厚度一致、摊铺系数一致、路拱坡度一致（超高缓和段除外）、摊铺平整度一致、振动频率一致等。两台摊铺机的拼装宽度均为6.5米，螺旋输送器调到最高的3挡，仰角调整到能满足施工要求（仰角的设置以试验路精确测量为准）.3）摊铺:两台摊铺机相隔5～8m，中间不留纵向施工缝，厂拌拌和能力应与摊铺机生产能力相协调并略有富余。摊铺速度根据拌和机的生产能力和施工机械配套情况初步拟定为1-1.5m/min，摊铺机后设专人消除粗细集料离析现象。4）保证摊铺质量措施：a、在摊铺机螺旋上安装反叶片，以减少离析现象。b、两台摊铺机中间采用钢钎+铝合金条控制摊铺高程，前一台摊铺机的两传感器一边放在钢铰线，另一边放在铝合金上，采用双纵坡的方式控制高程及平整度。另一台摊铺机的传感器一边放在以摊铺的混合料上，一边放在钢铰线。c、下层水泥稳定碎石施工结束7天后即可施工上层水泥稳定碎石。建议两层水泥稳定碎石施工间隔不宜长于30天。1．1．8碾压1）在摊铺机摊铺出一定长度后，用双钢轮压路机静稳压1-2遍，随后采用振动压路机强振4遍，胶轮压路机揉压1-2遍。碾压遵循先轻后重、先慢后快、由底到高的原则在单幅全宽内进行碾压，并及时调整、控制混合料含水量接近最佳值。碾压过程中均匀行使，严禁在机械掉头和急刹车。2）碾压过程中，表面保持湿润，如表层水分蒸发较快，应及时补洒少量水，如有“弹簧”、松散、推移等现象及时换填新混和料，使其达到质量要求。碾压时后一轮跟前一轮重叠1/2轮宽，严禁压路机在已完成或正在碾压的路段上急转弯或急刹车，保持表面不受破坏，一进一退为一遍，一轮一行顺次碾压，严禁在一个碾压行上完成所有碾压遍数。3）为保证基层平整度,设专人在压路机静压后用三米直尺检测平整度,对不合格的地方及时处理,特别是接头位置,必须用压路机处理到合格后方可进行下一碾压段的碾压。从拌和开始到碾压结束必需在2-3小时之内完成。一般碾压长度在50m左右，碾压段必须撒白灰保证界线分明,接茬复压长度应大于2m。每段落碾压完成后应立即用灌砂法检测压实度，压实度达不到规定要求时，应进行补压并尽快完成，最终从混合料后场加水拌和到终压完成控制在2-3小时。4）与构造物相接处和边角部位必须采用小型振动压路机与主线同步完成碾压并达到压实度要求。1．1．9接缝处理1）基层摊铺时，必须连续作业不中断，如因故中断时间超过2h，则应设横缝。2）横缝设置应与路中心线垂直，摊铺碾压完毕后，人工将两端接头标高和平整度不合格部分拉线垂直切割整齐，用3米直尺检测。在重新开始摊铺基层前，将上次的末端全面清理成垂直立面，并将松散粒料清除后，摊铺机返回已压实的端头开始铺筑。3）应尽量避免纵向接缝，特别注意两摊铺间的纵缝处混合料的离析现象，故派专人铲掉离析料，并人工回填、找平新的混合料。1．1．10养生及封闭交通每一段碾压完成后应立即采用透水土工布覆盖养生。覆盖3-5h后，再用洒水车在侧旁喷洒使透水土工布饱水,持续7后，方可洒水车上基层顶面进行洒水养生，并始终保持水泥稳定碎石基层表面潮湿状态，要求养生至透层油施工之前。不得用湿粘土或编织物覆盖，必须设专人负责养生工作，并有每日养生记录。在养生期7天内禁止一切车辆在基层行驶并设有专人进行交通管制。1.2注意事项1．2．1原材料规范集料规格直接影响基层的强度和压实度，所以从生产碎石时，必须采用反击破设备且各项指标符合要求，其筛孔决定于碎石粒径，虽已设置四个仓位，但每个仓位本身的粒径直接影响生产配合比的准确性，所以在调试拌和机时，必须将已拌好的混合料筛分与设计配合比曲线进行对比。1．2．2配料准确配料准确是保证水泥稳定碎石内在质量的关键环节。配料准确的基本前提是两种原材料（水泥和碎石）要合格。特别是水泥必须确保是按设计配合比中要求的水泥品牌和标号，不得擅自改变设计配合比中规定用的水泥生产厂家和标号，如果水泥来源改变，则需重新设计配合比。配料准确的主导设备是厂拌设备，具体要求是性能好、精度高，同时必须经过具有相应资质的计量单位对即将准备生产的拌和设备进行计量标定。配料准确的施工控制是：①碎石的级配要严格控制，在粗集料中单个颗粒最大粒径不应超过37.5mm。子靖高速公路路面一标段基层用碎石采用山西省柳林市产碎石。级配采用20～30mm碎石用量6%，10～20mm碎石用量34%，5～10mm碎石用量32%，3～5mm石粉用量12%，0～3mm石粉用量16%。五种料分别装入厂拌机组料斗,然后同水泥一起下拌和锅拌和均匀。②水泥稳定碎石混合料的比例要严格控制。即通过一定料斗门开启高度下的给料皮带机电机转速比，实现既定的混合料比例（水泥：碎石=5：95）。具体调试时，碎石比例宜控制在95%～94%之间。1．2．3拌和均匀在水泥稳定碎石混合料拌和过程中，均匀性是影响水泥稳定碎石结构强度的关键因素。能否拌和均匀？一则是调整好厂拌设备搅拌机叶浆的倾角、数量和混合料的含水量。二则是控制好成品混合料的跌落高度、运输和摊铺。其中含水量气温和运距可比最佳含水量大1%～2%。含水量小时，会在搅拌机内搅拌不均匀，含水量大时，会在跌落高度和运输过程中出现离析。1．2．4摊铺平整在水泥稳定碎石混合料摊铺过程中，平整度要求很重要。子靖高速公路路面一标基层标准段确定的松铺系数为1.29。采用两台ABG-423摊铺机组成梯队相隔5～10m摊铺，摊铺搭接宽度不得小于10cm，摊铺速度控制为2-3m/分钟，经标准段证明，此速度完全能够保证摊铺能力与拌和能力相协调，摊铺机得以稳定、适宜的速度摊铺。在摊铺机后设专人处理表面或边角缺陷，保证摊铺的平整，调整好摊铺机夯锤的频率，一般调在4档。在接缝处理时，注意铺摊机的仰角一定与头天施工结束时摊铺机的仰角保持一致，否则会导致接头的不平整和跳车现象。1．2．5碾压密实碾压是水泥稳定碎石获得强度的重要因素和关键环节。毫无疑问，压实功越大，强度越高，水泥稳定碎石基层质量越好。但并不是说，压实遍数越多，压实质量越好。因为一旦超压，则造成表面碎石压碎，形成软夹层，影响水泥稳定碎石整体强度。子靖高速公路路面工程一标采用25吨振动压路机振压3遍，18吨光轮压路机碾压2遍,胶轮压路机跑光2遍，即可密实。既避免了对水泥稳定碎石的超压破坏，又保证了水泥稳定碎石高程和平整度的工艺控制。从含水量角度讲，碾压时混合料含水量宜大于最佳含水量0.5%～1.0%。从压实厚度讲，当采用25吨振动压路机碾压时，基层一般不应超过20cm，子靖高速公路路面工程一标设计厚度为34cm，分两层施工,每层17cm,松铺21.9cm，松铺系数为1.29。尤其对于碾压过程出现的“弹簧”松散、起皮现象，应及时翻开重新拌和（加适量水泥），或用其他方法处理，达到质量要求。另外路面基层两边、结构物台背及接缝处均要比正常路段多压1～2遍，或采用小型压实机具，如：小型冲击夯等予以压实，以此确保薄弱环节施工质量。1．2．6延迟时间的控制从拌和、运输、摊铺到碾压成型，必须在初凝时间内完成，才能保证基层良好的质量，所以要求设备配套，各环节衔接紧密，尽量不能出现个别工序停滞。1．2．7接缝处理施工接缝和桥涵两头的处理，必须将松散的混合料彻底清除至密实断面，且厚度保证,然后补新的混合料碾压成形。否则将出现强度、压实度、平整度超标等质量问题。1．2．8防裂问题基层表面防裂问题：水泥稳定碎石如水泥用量过大，将会出现基层表面裂纹增加，在保证整体强度符合要求的前提下不要过多增加水泥用量，其次基层施工时，禁止采用洒水提浆而提高基层表面光滑平整，基层表面尽量平整粗糙。为了增加上基层与下基层的良好结合，要求每10m按1袋水泥拌制成净浆洒布。同时纵坡≥3%上基层顶面必须清刷露石处理，彻底清除表面浮浆，以与下面层良好结合。1．2．9基层养生养生是水泥稳定碎石强度形成的关键因素。子靖高速公路路面工程一标采用洒水及覆盖透水性土工布养生，保持“白天洒水连续化，晚上洒水饱和化”。勤洒、少洒，以保持水泥稳定碎石表面始终潮湿或湿润。洒水养生时间与施工温度相关。气温在20℃以上时，一般养生7天；当气温在35℃以上时，一般只需3天即可。洒水要采用专用水车，不能采用自流式洒水车。避免使用自行改装的自行罐车淌水车养生。否则，会在刚成型的水泥稳定碎石表面形成“麻子脸”。另外，洒水一定要均匀及时，否则，会直接影响强度形成，并可能出现表面收缩裂纹。2几点想法和体会2．1摊铺机械目前，高等级公路水泥稳定碎石基层基本采用摊铺机摊铺，而且业主要求配备的摊铺机型号要求越来越高。如子靖高速公路路面工程一标前期采用两台ABG423摊铺机摊铺水泥稳定碎石基层，后期基层摊铺设备使用经过陕西省公路局子靖项目管理处批准的陕西省中大公司生产的DT1400摊铺机一次摊铺成型，该摊铺机最大摊铺宽度为14米，从施工使用的效果来看，摊铺的平整度较好，功效也比较高，机械故障率低，减少了