振動擊實成型法水泥穩(wěn)定碎石在大修工程中的應用

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)建設的主要運輸通道,將唐山廣大腹地與曹妃甸相連接。本項目的實施對優(yōu)化唐山市公路網布局,提升濱海新城和生態(tài)城建設的投資環(huán)境,帶動沿線地區(qū)的經濟發(fā)展具有重要的意義。本工程起于唐港高速公路青坨營立交終于曹妃甸一號路,全長 50.02 km,根據交通量調查,本工程現狀交通量為 25 049輛/日,加之路段內交通貨車比例較高(68%左右),超載現象嚴重。

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法確定,相應的無側限抗壓強度試件采用靜壓法測定。重型擊實法是在室內通過施加沖擊荷載對被壓實材料進行壓實,靜壓成型的方法與壓路機靜壓原理相同。隨著重型振動碾壓在道路施工中的應用,室內重型擊實,靜壓成型的方法已經不能真正模擬施工現場的壓實工藝。

水泥穩(wěn)定碎石是路面結構的主要承重層,以其水穩(wěn)性好、承載力高、剛度大且較經濟的特點,已廣泛應用于高速公路和城市道路中,但是水泥穩(wěn)定碎石隨著時間的變化,該非均質體系發(fā)生變化,混合料的宏觀物理性能如強度、抗收縮性和抗疲勞性均發(fā)生變化,并會帶來一些路面病害,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。振動成型法的特點:(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)壓實度提高 4%～5%,有效提高了基層質量;(3)水泥減少、強度提高,達到了降低成本、提升質量的目的。振動成型的原理參數是采用振動頻率為30 Hz,振動時間 2min。

1 振動成型的組成設計

1.1 原材料的質量要求

(1)水泥:采用灤南二水生產的 PSA32.5水泥,其主要技術指標見表 1。

表1 水泥技術指標

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

1.2 配合比設計

要保證水泥穩(wěn)定碎石的抗裂性能,首先應通過混合料的配合比設計予以保證。級配采用下 1/4線(規(guī)范中值與規(guī)范下限的“中值”),建議碎石級配的粗集料靠近下限(就是26.5、19、4.75篩孔上的),普遍認為這種接近骨架密實型的粗級配具有較好的抗裂性能?；旌狭霞壟湓O計計算見表 2及圖 1,配合比設計結果見表 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)定碎石級配設計表

表 3 混合料篩分結果表

振動成型試驗方法級配的控制要掌握兩個關鍵的篩孔,19mm和 4.75mm,兩個關鍵篩孔的范圍應盡量按表 4控制,其余的大孔徑篩 26.5mm和 9.5mm也應該控制在下限與下限高出 2%,這樣能更好的保證達到壓實度。

重型擊實和振動擊實方法確定的混合料最佳含水率、最大干密度結果見表 5。

表 4 關鍵篩孔的范圍表

表6 無側限抗壓強度對比結果表

2 施工質量控制

2.1 拌合站施工質量控制要求

(1)拌合站配料準確,能夠通過電子計量系統(tǒng)對水穩(wěn)混合料進行總量控制;同時根據EDTA的滴定對水泥劑量形成雙控。

(2)要有專人隨時調節(jié)、控制含水量在最佳含水量 0～4%;并根據天氣情況和施工現場的實際施工情況適當調整含水量,保證攤鋪碾壓時達到最佳含水量,以保證達到最佳的壓實效果。

(3)混合料要經過試拌、檢測、調整后正式拌和。

(4)與前場保持聯系,以便對發(fā)現的問題能及時調整。

2.2 攤鋪

(1)攤鋪前應將表面清掃干凈,并灑水潤濕,通過總結大量的施工經驗來看,下基層施工時應在底基層噴灑水泥漿,上基層施工時應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)攤鋪速度應該控制在 1.0～3.0m/min,同時考慮拌和設備的生產能力應與攤鋪機的速度相匹配,以免中途停機。

(3)攤鋪機能夠自動找平,并帶有夯實裝置,攤鋪機的夯錘或夯板的振搗頻率要均勻一致。使初始壓實度達到85%左右,數據見表 7。

(4)為了減少混合料離析,在攤鋪機前擋板下加了離地4 cm的擋板。

2.3 碾壓

配備擊振力達到 50 t的鋼輪壓路機 3臺和自重 30 t的膠輪壓路機 2臺,以滿足施工設備的強制性要求。水泥穩(wěn)定碎石的碾壓以振動壓路機為主,在以振動法配合比設計的水穩(wěn)中,經驗總結如下:

(1)第一步:使用 30 t位膠輪壓路機靜壓 1遍;

(2)第二步:使用 50 t振動壓路機強振 4遍時,使壓實度達到 96%以上;強振 6遍時,使壓實度達到 98%以上;

(3)第三步:使用 30 t位膠輪壓路機碾壓 1～2遍,使壓實度達到 99%以上。

碾壓時遵循先外側后內側的原則,相鄰碾壓接頭處錯成橫向 45°的階梯形狀。對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,不能延誤時間。

2.4 養(yǎng)生

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

3 成果總結

與同時在建的普通水泥穩(wěn)定碎石的比較,見表 7。

表 7 兩種成型方法水泥穩(wěn)定碎石試驗結果數據比較表

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

(1)現場壓實度相對提高4%以上;

(2)室內無側限抗壓強度及鉆芯強度均大于普通擊實成型法水泥穩(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,若要使之達到應有的效果,應注意以下幾點:

(1)控制好水泥的質量和用量,從經驗來看盡量控制在中值偏上的水平;

(2)控制住混合料的級配,對于關鍵篩孔 19 mm、4.75mm、0.075mm的通過率更應嚴格控制;

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

(4)壓實度,若要實現基層的抗裂就必須以振動法配合比設計中提供的最大干密度為準計算壓實度。

(5)振動成型法水泥穩(wěn)定碎石的缺點主要是剛性過大。

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

[2] 公路工程質量檢驗評定標準(JTG F80/1-2004)[M]..北京:人民交通出版社,2004.

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