振動(dòng)擊實(shí)成型法水泥穩(wěn)定碎石在大修工程中的應(yīng)用

江 婧,江 濤

(灤南交通工程有限公司)

遷曹公路作為曹妃甸開發(fā)建設(shè)的主要運(yùn)輸通道,將唐山廣大腹地與曹妃甸相連接。本項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)優(yōu)化唐山市公路網(wǎng)布局,提升濱海新城和生態(tài)城建設(shè)的投資環(huán)境,帶動(dòng)沿線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。本工程起于唐港高速公路青坨營(yíng)立交終于曹妃甸一號(hào)路,全長(zhǎng) 50.02 km,根據(jù)交通量調(diào)查,本工程現(xiàn)狀交通量為 25 049輛/日,加之路段內(nèi)交通貨車比例較高(68%左右),超載現(xiàn)象嚴(yán)重。

水泥穩(wěn)定碎石的最佳含水量和最大干密度通常采用重型擊實(shí)法確定,相應(yīng)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件采用靜壓法測(cè)定。重型擊實(shí)法是在室內(nèi)通過施加沖擊荷載對(duì)被壓實(shí)材料進(jìn)行壓實(shí),靜壓成型的方法與壓路機(jī)靜壓原理相同。隨著重型振動(dòng)碾壓在道路施工中的應(yīng)用,室內(nèi)重型擊實(shí),靜壓成型的方法已經(jīng)不能真正模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)工藝。

水泥穩(wěn)定碎石是路面結(jié)構(gòu)的主要承重層,以其水穩(wěn)性好、承載力高、剛度大且較經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于高速公路和城市道路中,但是水泥穩(wěn)定碎石隨著時(shí)間的變化,該非均質(zhì)體系發(fā)生變化,混合料的宏觀物理性能如強(qiáng)度、抗收縮性和抗疲勞性均發(fā)生變化,并會(huì)帶來一些路面病害,最常見的是路面裂縫,因此如何提高抗裂性能,減少水泥用量,成為水泥穩(wěn)定碎石施工的焦點(diǎn)。振動(dòng)成型法的特點(diǎn):(1)在養(yǎng)生 2～3 d后即可取出完整芯樣,大大縮短了工期;(2)壓實(shí)度提高 4%～5%,有效提高了基層質(zhì)量;(3)水泥減少、強(qiáng)度提高,達(dá)到了降低成本、提升質(zhì)量的目的。振動(dòng)成型的原理參數(shù)是采用振動(dòng)頻率為30 Hz,振動(dòng)時(shí)間 2min。

1 振動(dòng)成型的組成設(shè)計(jì)

1.1 原材料的質(zhì)量要求

(1)水泥:采用灤南二水生產(chǎn)的 PSA32.5水泥,其主要技術(shù)指標(biāo)見表 1。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

(2)石料:水泥穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度主要依靠碎石本身的強(qiáng)度、石料的嵌擠鎖結(jié)作用和水泥材料的穩(wěn)定膠結(jié)作用而形成的。就碎石而言應(yīng)滿足JTJ034-2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定,碎石的針片狀含量應(yīng) ＜15%,含泥量控制在 2%～3%以內(nèi)。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

要保證水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能,首先應(yīng)通過混合料的配合比設(shè)計(jì)予以保證。級(jí)配采用下 1/4線(規(guī)范中值與規(guī)范下限的“中值”),建議碎石級(jí)配的粗集料靠近下限(就是26.5、19、4.75篩孔上的),普遍認(rèn)為這種接近骨架密實(shí)型的粗級(jí)配具有較好的抗裂性能。混合料級(jí)配設(shè)計(jì)計(jì)算見表 2及圖 1,配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表 3。在施工過程中,水泥劑量增加0.3%,含水量視天氣而定增加 0.5%～1.0%。

表 2 水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配設(shè)計(jì)表

表 3 混合料篩分結(jié)果表

振動(dòng)成型試驗(yàn)方法級(jí)配的控制要掌握兩個(gè)關(guān)鍵的篩孔,19mm和 4.75mm,兩個(gè)關(guān)鍵篩孔的范圍應(yīng)盡量按表 4控制,其余的大孔徑篩 26.5mm和 9.5mm也應(yīng)該控制在下限與下限高出 2%,這樣能更好的保證達(dá)到壓實(shí)度。

重型擊實(shí)和振動(dòng)擊實(shí)方法確定的混合料最佳含水率、最大干密度結(jié)果見表 5。

表 4 關(guān)鍵篩孔的范圍表

表6 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果表

2 施工質(zhì)量控制

2.1 拌合站施工質(zhì)量控制要求

(1)拌合站配料準(zhǔn)確,能夠通過電子計(jì)量系統(tǒng)對(duì)水穩(wěn)混合料進(jìn)行總量控制;同時(shí)根據(jù)EDTA的滴定對(duì)水泥劑量形成雙控。

(2)要有專人隨時(shí)調(diào)節(jié)、控制含水量在最佳含水量 0～4%;并根據(jù)天氣情況和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工情況適當(dāng)調(diào)整含水量,保證攤鋪碾壓時(shí)達(dá)到最佳含水量,以保證達(dá)到最佳的壓實(shí)效果。

(3)混合料要經(jīng)過試拌、檢測(cè)、調(diào)整后正式拌和。

(4)與前場(chǎng)保持聯(lián)系,以便對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題能及時(shí)調(diào)整。

2.2 攤鋪

(1)攤鋪前應(yīng)將表面清掃干凈,并灑水潤(rùn)濕,通過總結(jié)大量的施工經(jīng)驗(yàn)來看,下基層施工時(shí)應(yīng)在底基層噴灑水泥漿,上基層施工時(shí)應(yīng)在下基層表面撒少量水泥,這種方式從連接效果來看是比較合適的。

(2)攤鋪速度應(yīng)該控制在 1.0～3.0m/min,同時(shí)考慮拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力應(yīng)與攤鋪機(jī)的速度相匹配,以免中途停機(jī)。

(3)攤鋪機(jī)能夠自動(dòng)找平,并帶有夯實(shí)裝置,攤鋪機(jī)的夯錘或夯板的振搗頻率要均勻一致。使初始?jí)簩?shí)度達(dá)到85%左右,數(shù)據(jù)見表 7。

(4)為了減少混合料離析,在攤鋪機(jī)前擋板下加了離地4 cm的擋板。

2.3 碾壓

配備擊振力達(dá)到 50 t的鋼輪壓路機(jī) 3臺(tái)和自重 30 t的膠輪壓路機(jī) 2臺(tái),以滿足施工設(shè)備的強(qiáng)制性要求。水泥穩(wěn)定碎石的碾壓以振動(dòng)壓路機(jī)為主,在以振動(dòng)法配合比設(shè)計(jì)的水穩(wěn)中,經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下:

(1)第一步:使用 30 t位膠輪壓路機(jī)靜壓 1遍;

(2)第二步:使用 50 t振動(dòng)壓路機(jī)強(qiáng)振 4遍時(shí),使壓實(shí)度達(dá)到 96%以上;強(qiáng)振 6遍時(shí),使壓實(shí)度達(dá)到 98%以上;

(3)第三步:使用 30 t位膠輪壓路機(jī)碾壓 1～2遍,使壓實(shí)度達(dá)到 99%以上。

碾壓時(shí)遵循先外側(cè)后內(nèi)側(cè)的原則,相鄰碾壓接頭處錯(cuò)成橫向 45°的階梯形狀。對(duì)模板邊緣附近灑水泥漿后用手夯處理。從拌和碾壓到完成一般控制在 2.5 h以內(nèi),不能延誤時(shí)間。

2.4 養(yǎng)生

每一段攤鋪壓實(shí)后,立即進(jìn)行養(yǎng)生,采用土工布覆蓋灑足水,而且時(shí)間不宜少于 7 d。

3 成果總結(jié)

與同時(shí)在建的普通水泥穩(wěn)定碎石的比較,見表 7。

表 7 兩種成型方法水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)比較表

通過比較可以非常明顯的看出振動(dòng)成型法水泥穩(wěn)定碎石的優(yōu)點(diǎn):

(1)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度相對(duì)提高4%以上;

(2)室內(nèi)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度及鉆芯強(qiáng)度均大于普通擊實(shí)成型法水泥穩(wěn)定碎石的2倍左右;

(3)水泥劑量減少0.5%以上;

(4)3 d就可以取出完整的芯樣,縮短了工期。

4 結(jié)束語

水泥穩(wěn)定碎石作為基層起著承上啟下的作用,若要使之達(dá)到應(yīng)有的效果,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)控制好水泥的質(zhì)量和用量,從經(jīng)驗(yàn)來看盡量控制在中值偏上的水平;

(2)控制住混合料的級(jí)配,對(duì)于關(guān)鍵篩孔 19 mm、4.75mm、0.075mm的通過率更應(yīng)嚴(yán)格控制;

(3)含水量直接影響壓實(shí)效果,因此施工過程中應(yīng)做好前后場(chǎng)的銜接,力求混合料在最佳含水量下壓實(shí)。

(4)壓實(shí)度,若要實(shí)現(xiàn)基層的抗裂就必須以振動(dòng)法配合比設(shè)計(jì)中提供的最大干密度為準(zhǔn)計(jì)算壓實(shí)度。

(5)振動(dòng)成型法水泥穩(wěn)定碎石的缺點(diǎn)主要是剛性過大。

[1] 公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 034-2000)[M]..北京:人民交通出版社,2000.

[2] 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JTG F80/1-2004)[M]..北京:人民交通出版社,2004.

[3] 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D 50-2006)[M].北京:人民交通出版社,2006.