大厚度基層施工工藝及質(zhì)量控制技術(shù)研究

李 剛, 張 琦, 黃 歡

(1.蚌埠市公路管理局，安徽 蚌埠 233000;2.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

截至2018年底，中國的公路通車總里程達(dá)484.65萬km，其中高速公路總里程14.26萬km。我國已建成的高速公路中的90%以上為半剛性基層瀝青路面。在今后的國道主干線建設(shè)中，由于水泥穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好，半剛性基層瀝青路面仍將主要的路面結(jié)構(gòu)形式[1]。在安徽省高速公路、省道干線公路中半剛性基層結(jié)構(gòu)占有絕大部分，水泥穩(wěn)定碎石基層的厚度通常在30～36 cm。

長期以來，由于受鋪筑厚度的制約的原因，實(shí)際施工中水泥穩(wěn)定碎石基層多采用分層施工，形成層間非連續(xù)狀態(tài)與設(shè)計(jì)時(shí)的層間連續(xù)狀態(tài)是不相符的，降低了基層的承載能力，導(dǎo)致基層受力不利。通過一次性鋪筑、一次性碾壓成型的水泥穩(wěn)定碎石基層，本文稱為大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層[2]。

大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層因用材厚度大、固有頻率較低，攤鋪機(jī)的振搗器為適應(yīng)材料的壓實(shí)特性需采用低頻高幅作業(yè)[3,4]。隨著大噸位壓路機(jī)和大厚度、大寬度攤鋪機(jī)出現(xiàn)，為大厚層水泥穩(wěn)定碎石基層一次施工的提供了條件[5,6]。開展大厚度水泥穩(wěn)定碎石施工工藝、檢測方法及路用性能研究，以及推廣使用一次性大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層鋪筑施工工藝，可減少基層病害，延長道路使用年限，且可降低施工成本、縮短施工工期。開展此項(xiàng)研究，針對大厚度水穩(wěn)碎石的施工施工工藝及質(zhì)量控制的研究十分必要[7]。

1 施工工藝

1.1 施工準(zhǔn)備

(1)下承層驗(yàn)收處理。檢驗(yàn)底基層是否合格才可進(jìn)行基層施工。下承層的施工應(yīng)保證無雜物、無松散，表面灑水濕潤。可采用在底基層表面噴灑水泥漿來增加基層與底基層之間的黏結(jié)性[8]。

(2)施工放樣。施工前先進(jìn)行放樣，確定水泥穩(wěn)定碎石基層的邊緣線，在距離線0.3～0.5 m外每10 m放一樁，測量高程，作為架設(shè)高程控制傳感器提供基準(zhǔn)線。高程采用鋼絲引導(dǎo)來控制，鋼絲支架布置方式為在曲線段每5 m設(shè)一處、直線段應(yīng)每10 m設(shè)一處。鋼絲應(yīng)保證充足剛度，其拉力不小于800 N。

如果設(shè)立模板，為避免由于壓路機(jī)激振力大造成模板位移，可采用雙排鋼釬固定模板。

1.2 施工過程

(1)水泥穩(wěn)定碎石基層混合料的拌制。每臺拌和機(jī)產(chǎn)量不小于500 t/h，宜采用振動(dòng)攪拌或兩次拌和的生產(chǎn)工藝，拌軸長度不小于3.2 m，水泥罐倉容量不小于100 t，冷料斗不少于4個(gè)。拌和設(shè)備的水、水泥、集料的應(yīng)采用準(zhǔn)確性高的電子計(jì)量裝置。保證設(shè)備的正常使用，應(yīng)先調(diào)試拌和設(shè)備，并標(biāo)定質(zhì)量控制系統(tǒng)。拌和站設(shè)專人實(shí)時(shí)監(jiān)控混合料含水率,實(shí)驗(yàn)室人員配合拌和站操作人員根據(jù)天氣情況適當(dāng)調(diào)節(jié)含水率。避免因缺料或下料口堵塞發(fā)生斷料現(xiàn)象的出現(xiàn),造成級配的破壞,各料倉設(shè)專人監(jiān)控。

(2)混合料運(yùn)輸。運(yùn)輸車輛數(shù)目根據(jù)拌和能力、攤鋪能力進(jìn)行確定，車輛噸位在20 t以上。應(yīng)配有帆布等覆蓋設(shè)施防止水分損失。且應(yīng)至少保證5輛以上車輛等候卸料。為避免離析現(xiàn)象的出現(xiàn)，對運(yùn)輸車可采取分前后中3次裝料的方式，盡量減小出料口與車廂的高度。混合料需采取防水分損失的覆蓋措施。運(yùn)輸車輛進(jìn)入施工現(xiàn)場后，應(yīng)減速慢行，避免因顛簸造成集料的離析及交通事故。設(shè)專人指揮卸料，自卸車應(yīng)停在攤鋪機(jī)前0.1～0.3 m，嚴(yán)禁自卸車撞擊攤鋪機(jī)[9]。

(3)攤鋪。攤鋪機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)一次性攤鋪應(yīng)具備大功率、大排量液壓元件、大扭矩傳動(dòng)系統(tǒng),并達(dá)到水穩(wěn)碎石攤鋪的均勻度、平整度、密實(shí)度要求。攤鋪機(jī)應(yīng)具備滿埋螺旋二次攪拌能力，均勻輸料和布料，攤鋪后的表面密實(shí)、均勻，無離析。考慮到大厚度水穩(wěn)基層攤鋪預(yù)壓實(shí)度在80%以上，材料的厚度大、固有頻率較低，攤鋪機(jī)的振搗器的低頻高幅作業(yè)，以及水穩(wěn)碎石的材料自身特性及攤鋪機(jī)工作效率，攤鋪速度應(yīng)控制為2～3 m/min。

(4)壓路機(jī)碾壓。應(yīng)采用大噸位和具有大激振力的壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)。鋼輪壓路機(jī)應(yīng)有全液壓、雙驅(qū)、前后輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制，碾壓起停平穩(wěn)，不推移、不擁包。膠輪壓路機(jī)應(yīng)采用大噸位、液壓驅(qū)動(dòng)控制，自動(dòng)霧化補(bǔ)水。在復(fù)壓階段，也可采用垂直振動(dòng)壓路機(jī)。復(fù)壓階段采用垂直振動(dòng)壓路機(jī)低頻高幅振動(dòng)(大振)3遍、高頻低幅振動(dòng)(小振)2遍。

在試驗(yàn)段施工中，主要采用了垂直振動(dòng)壓路機(jī)。在試驗(yàn)段施工中采用的是LSV220單鋼輪全液壓雙驅(qū)垂直振動(dòng)壓路機(jī)。采用LSV220垂直振動(dòng)壓路機(jī)低頻高幅振動(dòng)(大振)3遍、高頻低幅振動(dòng)(小振)2遍。

若邊部出現(xiàn)塌滑或無法碾壓密實(shí)的情況，應(yīng)采用模板支檔工序，確保基層邊緣部壓實(shí)度。可采用不宜變形的鋼模板。鋼模板剛度大，受力不容易損壞，重復(fù)利用率高。模板的頂面與基層的設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)一致，使用雙排鋼桿固定，必要時(shí)增加鋼桿固定。

相鄰碾壓帶應(yīng)保證重疊距離為1/2輪寬，后輪必須超過兩端的接縫處。壓實(shí)結(jié)束后表面應(yīng)平整密實(shí)，無輪跡和隆起，無“大波浪”現(xiàn)象。嚴(yán)禁壓路機(jī)調(diào)頭、急剎車，從而保證保證基層表面不受破壞。

(5)養(yǎng)護(hù)。為了提升水穩(wěn)層的強(qiáng)度，避免基層表面產(chǎn)生干縮裂縫，水穩(wěn)層需要養(yǎng)護(hù)。覆蓋養(yǎng)生前應(yīng)檢測水泥穩(wěn)定碎石基層是否合格。先用灑水車噴霧灑水，然后采用覆蓋養(yǎng)生的方式(土工布等)至少養(yǎng)生7 d。在養(yǎng)生期間應(yīng)封閉交通，嚴(yán)禁運(yùn)輸車輛通行。若必通車無法避免時(shí)，應(yīng)限速在30 km/h，嚴(yán)禁半邊通車或履帶車輛通行，嚴(yán)禁兩邊在工序上發(fā)生沖突，嚴(yán)禁頻繁調(diào)動(dòng)機(jī)械。

2 試驗(yàn)段施工

2.1 試驗(yàn)段概況

試驗(yàn)路段位于X046蒙唐路。X046蒙唐路等級為平原微丘區(qū)三級公路，設(shè)計(jì)速度為40 km/h。該路段是懷遠(yuǎn)縣路網(wǎng)中重要的農(nóng)村通道，它是懷遠(yuǎn)縣西南部連接懷遠(yuǎn)的重要通道，其經(jīng)過懷遠(yuǎn)徐圩鄉(xiāng)，河溜鎮(zhèn)、萬福鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是該鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要通道，按照安徽省路網(wǎng)規(guī)劃，該段道路納入省道235濉唐路，其經(jīng)濟(jì)地理位置十分重要。本次大修段全長6.5 km，起點(diǎn)位于懷遠(yuǎn)縣徐圩鄉(xiāng)尚廟街道，終點(diǎn)位于懷遠(yuǎn)縣河溜鎮(zhèn)大成處，起止樁號為K43+332-K48+832。路段路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 瀝青路面結(jié)構(gòu)

2.2 施工設(shè)備

采用徐工RP953T超厚攤鋪機(jī)，具備大厚層抗離析攤鋪的能力，最大攤鋪厚度不小于500 mm。大葉片變螺距技術(shù)有效抵抗離析現(xiàn)象。

壓路機(jī)采用垂直壓路機(jī)。碾壓工藝：初壓，LDH140雙鋼輪垂直振動(dòng)水平振蕩壓路機(jī)穩(wěn)壓1遍；復(fù)壓，LSV220單鋼輪垂直振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓4遍；終壓，LDH140壓路機(jī)收光壓實(shí)1遍。在大約連續(xù)攤鋪50 m后開始壓實(shí)作業(yè)，先用LDH140雙鋼輪壓路機(jī)穩(wěn)壓1遍(前輪水平振蕩、后輪垂直振動(dòng)組合碾壓)；再用LSV220單鋼輪垂直振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，大振(低頻高幅振動(dòng))2遍，速度控制在2 km/h，相鄰輪跡重疊不超過20 cm，防止漏壓，小振(高頻低幅振動(dòng))2遍，速度約2 km/h，相鄰輪跡重疊不超過20 cm，防止漏壓。垂直振動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是激振力始終垂直下向傳遞，影響深度深，上下密實(shí)度均勻，表面不松散無裂痕。LDH140雙鋼輪壓路機(jī)收光壓實(shí)1遍。前輪用水平振蕩、后輪用垂直振動(dòng)組合碾壓，若表面發(fā)干、發(fā)白、石子跳動(dòng)，可使用壓路機(jī)灑水系統(tǒng)補(bǔ)水，表面效果更佳。

由于垂直振動(dòng)壓路機(jī)本身所具有的優(yōu)點(diǎn)，它的使用克服了以往其他工程中采用該工藝對環(huán)形振動(dòng)壓路機(jī)超大噸位和超大激振力的依賴性。因此也克服了“全厚式攤鋪碾壓工藝”通常會出現(xiàn)的模板固定難易變形導(dǎo)致壓不到位或壓不實(shí)、碾壓遍數(shù)過多造成被壓材料的推移易產(chǎn)生鼓包、平整度得不到要求以及上中下層密實(shí)度差距大等不足。

3 檢測數(shù)據(jù)及質(zhì)量評價(jià)

對于本試驗(yàn)段，采用了壓實(shí)度、7d芯樣強(qiáng)度、芯樣厚度，完整性以及基層頂面彎沉等對于本試驗(yàn)段進(jìn)行路用性能評價(jià)。

3.1 壓實(shí)度

采用灌砂法，測定基層的壓實(shí)度(表1)。

表1 基層壓實(shí)度

經(jīng)檢測壓實(shí)度代表值>98%，壓實(shí)度檢測合格。

3.2 芯樣強(qiáng)度

養(yǎng)生7 d后，在基層路段取芯，并檢測芯樣強(qiáng)度。芯樣強(qiáng)度在2.1～4.3 MPa。大部分芯樣強(qiáng)度符合控制要求(表2)。

表2 芯樣強(qiáng)度

3.3 芯樣厚度、完整性

取芯后，檢測芯樣厚度，并觀察其完整性(表3)。

表3 基層芯樣厚度及完整性

3.4 彎沉

使用FWD檢測完工路段彎沉值，計(jì)算檢測彎沉值得代表值(表4)。K45+832-K48+891段采用分成二次成型工藝，K42+332-K43+460段采用全厚式一次攤鋪壓實(shí)工藝。表中彎沉值為記錄落錘測定的彎沉值后換算為換算成貝克曼梁法彎沉值。

表4 彎沉值

彎沉設(shè)計(jì)值為36.4(0.01 mm)，檢測試驗(yàn)路段水泥穩(wěn)定碎石基層彎沉值小于設(shè)計(jì)值，該路段彎沉合格。全厚式施工路段彎沉值小于分層施工路段的彎沉值。

4 結(jié) 論

(1)大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層施工對設(shè)備提出了更高的要求。攤鋪機(jī)必須具備大功率，利用攤鋪機(jī)自身超大功率、液壓元件超大排量、傳動(dòng)系統(tǒng)超大扭矩，通過超級滿埋螺旋、二次攪拌、均勻輸料和布料，實(shí)現(xiàn)一次性攤鋪，并達(dá)到水穩(wěn)級配碎石攤鋪的均勻度、平整度、密實(shí)度要求。

(2)大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)設(shè)備可采用大激振力的壓路機(jī)或垂直振動(dòng)壓路機(jī)。

(3)采用垂直振動(dòng)碾壓技術(shù)施工的大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層試驗(yàn)段，經(jīng)檢測基層壓實(shí)度良好，基層頂面彎沉值小于分層施工路段彎沉值。