高鈦重礦渣在重載公路路面工程中的應(yīng)用

劉燕華, 陳 波

(1.中國水利水電第五工程局有限公司第一分局,四川 成都 610066;2.四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司,四川 成都 610072)

1 概 述

觀音巖水電站位于攀枝花市境內(nèi)的金沙江上,格觀公路為該電站建設(shè)進(jìn)場公路,其中莊觀段于 2004年 7月由我公司中標(biāo)承建。莊觀段位于拉羅箐溝與金沙江交匯處(莊上村),起點(diǎn)樁號(hào)為 K0+000.0,設(shè)計(jì)高程為 1 036 m;終點(diǎn)位于觀音巖附近,樁號(hào)為 K6+224.577,設(shè)計(jì)高程為 1 046.881 m,路線全長 6 224.577 m。根據(jù)電站建設(shè)需要,莊觀公路段的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為:路面寬 8 m,路基寬 9.5 m,混凝土路面。路基寬度組成為:兩側(cè)路肩 2×0.75 m+行車道 2×4.0 m=9.5 m。設(shè)計(jì)荷載:汽車 -63,掛車 -200。

莊觀標(biāo)段主要工程項(xiàng)目為:路基工程、路面工程、排水及涵洞工程、防護(hù)工程等。2004年 7月中標(biāo)簽約時(shí)天然建筑材料價(jià)格:砂為 62元/m3,碎石為 37元/m3,合同工期 17個(gè)月。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算,路面工程的級(jí)配碎石底基層、水泥穩(wěn)定碎石基層和混凝土面層的材料需用量為碎石 37 444 m3,砂 23 440 m3。因業(yè)主資金問題,直到 2007年 9月,路面工程施工才全面開始,而當(dāng)年攀枝花地區(qū)的天然建筑材料運(yùn)達(dá)工地的價(jià)格已分別上漲:砂為 90元 /m3,碎石為 65元 /m3。尤其是合同文件中規(guī)定:施工過程中項(xiàng)目單價(jià)不因材料費(fèi)上漲而做調(diào)整。如果找不到同時(shí)滿足技術(shù)和造價(jià)控制要求的替代材料來源,僅這兩項(xiàng)材料價(jià)差,項(xiàng)目就將面臨 170萬元的虧損。

為了尋找天然砂石替代材料,項(xiàng)目部經(jīng)過大量的市場調(diào)查,發(fā)現(xiàn)攀枝花地區(qū)民用建筑中大部分使用高鈦重礦渣作為骨料拌制混凝土,價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于天然骨料價(jià)格。攀枝花是有名的鋼鐵釩鈦之都,其工業(yè)礦渣的含鈦量極高,約為 15%左右,故稱之為高鈦重礦渣,由攀枝花環(huán)業(yè)冶金渣開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的高鈦重礦渣碎石運(yùn)達(dá)工地的價(jià)格為 41元/m3,高鈦重礦渣砂運(yùn)達(dá)工地的價(jià)格為 44元/m3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧系膬r(jià)格,若能將其成功應(yīng)用于莊觀公路工程,即能解決上述問題。

2 高鈦重礦渣的主要特點(diǎn)

高鈦重礦渣與普通碎石不同,具有壓碎值低、表面粗糙、孔隙多、吸水率大、碎石顆粒級(jí)配穩(wěn)定等特點(diǎn)。礦渣碎石堅(jiān)固性好,用硫酸鈉溶液循環(huán)浸泡 5次質(zhì)量損失僅為 1%;結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,無石灰分解和鐵分解;硫化物及硫酸鹽含量低,有機(jī)質(zhì)含量低,屬中性礦渣,不腐蝕鋼筋;表面粗糙、多棱角,表面摩擦系數(shù)較大,與水泥漿粘結(jié)性好。礦渣砂堅(jiān)固性好,強(qiáng)度高,砂的顆粒富有棱角,表面粗糙,摩擦系數(shù)大,與水泥漿粘結(jié)良好。高鈦重礦渣砂、礦渣碎石的主要物理特性指標(biāo)見表 1。

表 1 高鈦重礦渣砂、礦渣碎石主要物理特性指標(biāo)表

3 施工參數(shù)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)成果

3.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

莊觀公路路面結(jié)構(gòu)形式為:15 cm厚級(jí)配碎石底基層 +35 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層 +30 cm厚混凝土面板。其中混凝土面板的設(shè)計(jì)強(qiáng)度以齡期 28 d的抗彎拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn),水泥穩(wěn)定碎石基層7 d浸水抗壓強(qiáng)度不得小于 3.0 MPa,三個(gè)月齡期極限抗彎拉強(qiáng)度不得低于 0.5 MPa。其主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見表 2。

3.2 主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

表 2 主要設(shè)計(jì)指標(biāo)表

為高鈦重礦渣設(shè)計(jì)科學(xué)合理的施工技術(shù)參數(shù)并將其科學(xué)地應(yīng)用于本標(biāo)段所有路面工程的施工,在征得業(yè)主、設(shè)計(jì)等方面同意后,將 K4+700～K5+000段 300 m作為試驗(yàn)路段,通過該路段施工,確定試驗(yàn)段施工配合比、碾壓參數(shù)并對(duì)壓實(shí)度、彎沉值和混凝土強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行檢測。

(1)配合比試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn),級(jí)配碎石底基層、水泥穩(wěn)定碎石基層、混凝土面板的配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表 3～6。

(2)碾壓參數(shù)的擬定。碾壓參數(shù)的擬定主要是針對(duì)級(jí)配碎石底基層和水泥穩(wěn)定碎石基層,首先由試驗(yàn)室做土工擊實(shí)試驗(yàn),以確定最優(yōu)含水量和最大干密度。通過試驗(yàn),確定了級(jí)配碎石底基層最大干密度 ρdm=2.25 g/cm3,最優(yōu)含水量 W=5.3%;水泥穩(wěn)定碎石基層最大干密度 ρdm=2.27 g/cm3,最優(yōu)含水量 W=6.3%。然后由 K4+700～K5+000試驗(yàn)路段施工,總結(jié)出鋪料厚度和壓實(shí)遍數(shù)。最終擬定的松鋪鋪料厚度為:級(jí)配碎石底基層 18 cm。水泥穩(wěn)定碎石基層需分兩層鋪料:第一層松鋪鋪料厚度為 21 cm,第二層松鋪鋪料厚度為 22 cm。具體碾壓施工參數(shù)見表 7。

表 3 高鈦重礦渣集料試驗(yàn)配合比(底基層)表

表 4 高鈦重礦渣集料試驗(yàn)配合比(基層)表

表 5 配合比試驗(yàn)結(jié)果表

表 6 高鈦重礦渣拌制混凝土試驗(yàn)配合比(路面)表

3.3 現(xiàn)場檢測成果

(1)壓實(shí)度檢測。壓實(shí)度測定采用灌砂法進(jìn)行,試驗(yàn)路段級(jí)配碎石底基層壓實(shí)度共檢測了 12組數(shù)據(jù),水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)度共檢測了 10組數(shù)據(jù)且全部合格(表 8)。

(2)彎沉值檢測。試驗(yàn)路段碾壓完成和壓實(shí)度試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后測定彎沉值,級(jí)配碎石底基層和水泥穩(wěn)定碎石基層分別檢測 30組彎沉值數(shù)據(jù),均小于設(shè)計(jì)要求,全部合格(表 9)。

表 7 碾壓施工參數(shù)表

表 8 試驗(yàn)路段壓實(shí)度檢測結(jié)果表

(3)強(qiáng)度檢測。試驗(yàn)路段水泥穩(wěn)定碎石基層7 d浸水抗壓強(qiáng)度和混凝土面板 28 d彎拉強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)要求值,全部合格(表 10)。

2017年9月，原國家新聞出版廣電總局印發(fā)《新聞出版廣播影視“十三五”發(fā)展規(guī)劃》，到2020年數(shù)字期刊收入達(dá)到37億元；推進(jìn)傳統(tǒng)新聞出版業(yè)在人員、理念、模式、市場和服務(wù)等更高層面全面加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐。在重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面提出加快發(fā)展內(nèi)容產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮在內(nèi)容方面的核心優(yōu)勢，鞏固提升期刊產(chǎn)業(yè)。這一目標(biāo)與要求將大大的促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)期刊的持續(xù)快速高質(zhì)量的發(fā)展并促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)期刊行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。同時(shí)在“十三五”期間建立新聞出版單位“雙效”建設(shè)評(píng)價(jià)考核指標(biāo)體系，制定實(shí)施圖書、音像電子、報(bào)紙、期刊及網(wǎng)絡(luò)文學(xué)出版和新華書店等出版發(fā)行企業(yè)加強(qiáng)社會(huì)效益評(píng)價(jià)考核辦法。

4 主要施工方法

4.1 施工工藝

高鈦重礦渣級(jí)配碎石底基層、水泥穩(wěn)定基層、混凝土面層施工與天然砂石骨料作級(jí)配碎石底基層、水泥穩(wěn)定基層、混凝土面層施工工藝基本相同(圖 1、2和 3)。

4.2 施工方法

4.2.1 施工準(zhǔn)備

施工前,備好路面工程施工所用的水泥及粗、細(xì)集料并分別進(jìn)行檢查、驗(yàn)收。將檢查驗(yàn)收的結(jié)果報(bào)監(jiān)理工程師審批,合格后方可使用。在鋪料或混凝土澆筑前,應(yīng)對(duì)下承層進(jìn)行檢查驗(yàn)收,下承層施工到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,表面應(yīng)平整、堅(jiān)實(shí),具有規(guī)定的路拱、高程、橫坡度、寬度且沒有松散材料和軟弱點(diǎn),并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收認(rèn)可。

4.2.2 測量放樣

在級(jí)配碎石底基層和水泥穩(wěn)定碎石基層施工前,測量技術(shù)人員根據(jù)施工圖紙,采用全站儀放出路基中心線、邊線。直線段每 10 m設(shè)一樁,曲線段每 5 m設(shè)一樁,邊樁設(shè)在兩側(cè)路基邊緣外 0.3～0.5 m處,并在邊樁上用紅漆標(biāo)出基層邊緣設(shè)計(jì)標(biāo)高及松鋪厚度。混凝土施工應(yīng)安排在該段水泥穩(wěn)定碎石基層施工完成 7 d后進(jìn)行,測量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測量路中心線和路面邊線,在中心線上每隔 10 m設(shè)一中樁,同時(shí)布設(shè)曲線主點(diǎn)樁及縱坡變坡點(diǎn)、路面板脹縫等施工控制點(diǎn),并在路邊設(shè)置相應(yīng)的邊樁。每隔 100 m左右設(shè)置一臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn),以便復(fù)核路面標(biāo)高。

表9 試驗(yàn)路段彎沉值檢測結(jié)果表

表 10 試驗(yàn)路段強(qiáng)度檢測結(jié)果表

圖 1 級(jí)配碎石底基層施工工藝

圖 3 混凝土面板施工工藝圖

4.2.3 混合料的拌和、運(yùn)輸與攤鋪

級(jí)配碎石底基層混合料采用路拌法拌和。在攤鋪級(jí)配碎石料前,先在下承層的表面利用灑水車適當(dāng)灑水,使其表面濕潤,以便于結(jié)合。級(jí)配碎石料采用 20 t和 5 t自卸汽車運(yùn)至施工現(xiàn)場,并按規(guī)定的路拱利用 GR215平地機(jī)均勻地將其攤鋪在預(yù)定的寬度上,每段攤鋪完畢,人工配合平地機(jī)按設(shè)計(jì)斷面要求刮出路拱并進(jìn)行坡面整型。

混凝土由拌和站集中拌制,用 5 t自卸汽車運(yùn)輸。運(yùn)至施工現(xiàn)場后直接入倉,人工配合整平、振搗,自行式振動(dòng)梁按松鋪厚度準(zhǔn)確、均勻的刮平拌和物。攤鋪過程中嚴(yán)格控制混凝土的松鋪厚度,確保混凝土路面的厚度和標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.4 混合料的碾壓與混凝土澆筑

攤鋪結(jié)束,利用 20 t自行式光面振動(dòng)壓路機(jī)按試驗(yàn)所確定的壓實(shí)方法和碾壓遍數(shù)進(jìn)行碾壓,先進(jìn)行靜壓,待其穩(wěn)定后再進(jìn)行振動(dòng)碾壓,碾壓遍數(shù)和碾壓程序嚴(yán)格按試驗(yàn)路段確定的施工方法和施工參數(shù)實(shí)施。水泥穩(wěn)定碎石混合料如表面水分蒸發(fā)較快,應(yīng)及時(shí)采用人工補(bǔ)灑少量的水。施工時(shí),嚴(yán)禁壓路機(jī)在已完成的或正在碾壓的路段調(diào)頭和急剎車。凡壓路機(jī)不能作業(yè)的地方,采用手扶式振動(dòng)碾進(jìn)行壓實(shí)。

混凝土的澆筑振搗原則是先用振搗器振搗,再用振動(dòng)梁進(jìn)行振搗,以消除攤鋪機(jī)在攤鋪、振搗、整平過程中留下的麻面,用提漿棒(10 cm鋼管制成)來回在混凝土面上滾動(dòng),以保證混凝土表面水泥漿均勻分布。混凝土的振搗時(shí)間以混凝土停止下沉、不再冒氣泡并泛出砂漿為準(zhǔn)。振搗時(shí)應(yīng)輔以人工找平,并隨時(shí)檢查模板有無下沉、變形或松動(dòng),一旦發(fā)生下沉、變形和松動(dòng)應(yīng)及時(shí)修整,以確保路面體型。

4.2.5 其它環(huán)節(jié)

以高鈦重礦渣為集料的水泥穩(wěn)定碎石基層的接縫、養(yǎng)生以及混凝土路面施工的鋼筋制作與安裝、模板支立、接縫施工、養(yǎng)生等施工方法均與以普通天然碎石、砂為集料的施工方法完全一致,在此不再贅述。

5 經(jīng)濟(jì)分析

莊觀段路面工程采用高鈦重礦渣代替天然砂石骨料用于級(jí)配碎石底基層、水泥穩(wěn)定碎石基層和混凝土面板施工,不僅滿足了工程質(zhì)量、進(jìn)度的要求,而且大大降低了工程成本,使工程項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)扭虧為盈,經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。砂石材料費(fèi)的計(jì)算了對(duì)比情況見表 11。

表 11 砂石材料費(fèi)計(jì)算對(duì)比表

6 應(yīng)用情況

高鈦重礦渣在試驗(yàn)路段成功應(yīng)用并獲得相關(guān)參數(shù)后,在得到業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理工程師等相關(guān)方的一致認(rèn)可后得以在本合同段全線所有粗細(xì)集料中全部采用。完工后,經(jīng)當(dāng)?shù)亟煌ńㄔO(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站檢測,路面工程共檢測 1 736點(diǎn),合格1 591點(diǎn),合格率達(dá) 91.6%,路面水泥穩(wěn)定基層壓實(shí)度、平整度、厚度、橫坡、中線平面偏位控制較好,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。交工驗(yàn)收質(zhì)量檢測合格,通車一年來本合同段公路運(yùn)行情況良好。

7 結(jié) 語

在觀音巖電站格觀公路工程莊觀段施工中,高鈦重礦渣成功應(yīng)用于重載公路的級(jí)配碎石底基層、水泥穩(wěn)定碎石基層和混凝土面板等工程,進(jìn)一步拓展了高鈦重礦渣的應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)踐表明,高鈦重礦渣可在土木工程等更廣泛的領(lǐng)域作為天然砂石骨料的替代材料,其不僅可滿足技術(shù)指標(biāo),同時(shí)無需增加專門設(shè)備,施工工藝和現(xiàn)場管理簡便易行,具有廣泛的推廣價(jià)值;高鈦重礦渣成功再利用,有效地節(jié)約了工程成本,經(jīng)濟(jì)效益顯著;還能夠大大降低工業(yè)廢渣排放對(duì)工程建設(shè)地區(qū)的環(huán)境污染,減少對(duì)山體和河谷的開采,有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境,是踐行國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的積極措施。