免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)與施工方法

李 喆，張洪偉

(內(nèi)蒙古自治區(qū)交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020)

0 引言

在水泥穩(wěn)定碎石基層的施工過程中，為了提高壓實(shí)度，通常需要大噸位的振動(dòng)壓路機(jī)反復(fù)強(qiáng)振，才能密實(shí)成型，達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度要求。對(duì)于街道化程度較高的路段，特別是村鎮(zhèn)過境路段，道路兩側(cè)房屋建筑質(zhì)量較差，振動(dòng)壓路機(jī)的反復(fù)強(qiáng)振會(huì)使周邊房屋受到不同程度的損壞，給居民的生活帶來嚴(yán)重影響。

張慧明［1］認(rèn)為自密實(shí)混凝土指流動(dòng)性高、不離析、均勻、穩(wěn)定，澆注時(shí)依靠自重流動(dòng)，無(wú)需振搗即可達(dá)到密實(shí)的混凝土，而減少粗集料含量、增大細(xì)集料含量是實(shí)現(xiàn)混凝土自密實(shí)的方法之一。因此可以借鑒自密實(shí)混凝土的級(jí)配來設(shè)計(jì)免振壓水泥穩(wěn)定碎石的級(jí)配，但必須考慮由于細(xì)集料的增多導(dǎo)致的水泥穩(wěn)定碎石收縮的問題。

東南大學(xué)劉林松［2］采用摻加減水劑和膨脹劑的方法改善免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層的性能，通過室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)段的鋪筑驗(yàn)證了免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層的可行性。

本文從振動(dòng)壓路機(jī)的振動(dòng)原理入手，通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)得出壓路機(jī)振動(dòng)對(duì)周邊建筑物的影響，在現(xiàn)有研究成果和已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出新的免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層配合比設(shè)計(jì)方法，并通過反復(fù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)總結(jié)出拌合、碾壓、養(yǎng)生的全過程施工工藝。

1 振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)建筑物的影響

振動(dòng)壓路機(jī)引起的振動(dòng)是以波動(dòng)的形式傳播和衰減的，建筑物所在地面的振動(dòng)速度與建筑結(jié)構(gòu)的損害程度關(guān)系密切［3］。振動(dòng)壓路機(jī)在某一特定振動(dòng)頻率工作時(shí)，地面振動(dòng)速度與振幅成正比關(guān)系［4］。

式中:V為地面振動(dòng)速度(mm·s－1);f為振動(dòng)頻率(Hz);Ar為建筑物所在地面振動(dòng)幅度(mm)。

工程試驗(yàn)采用CLG622振動(dòng)壓路機(jī)，在其正常工作狀態(tài)下，監(jiān)測(cè)地面不同位置的振動(dòng)速度，結(jié)果如圖1所示，振動(dòng)壓路機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。試驗(yàn)結(jié)果表明:在12 m范圍內(nèi)，地面振動(dòng)速度大于5 mm·s－1，振動(dòng)壓路機(jī)工作時(shí)會(huì)對(duì)該范圍內(nèi)的磚瓦房產(chǎn)生損壞;在21 m范圍內(nèi)，地面振動(dòng)速度大于3 mm·s－1，該范圍內(nèi)的土坯房及毛石房將會(huì)產(chǎn)生損壞。

圖1 地面振動(dòng)速度隨距離的變化

表1 振動(dòng)壓路機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

可以看出，振動(dòng)壓路機(jī)在正常工作時(shí)將對(duì)周邊建筑產(chǎn)生較大破壞，本文采用免振壓水泥碎石基層，免除振壓工藝，大大減輕對(duì)周邊建筑物的影響。

2 免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層級(jí)配設(shè)計(jì)

如何通過級(jí)配的優(yōu)化設(shè)計(jì)和特殊的施工工藝，在保證水泥穩(wěn)定碎石基層密實(shí)成型的同時(shí)，避免施工機(jī)具振動(dòng)對(duì)周圍建筑的影響，是免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層級(jí)配設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文以免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層在北京110國(guó)道連接線的應(yīng)用為例，對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行室內(nèi)外試驗(yàn)研究。

2.1 級(jí)配的擬定

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)規(guī)定，不同道路等級(jí)的碎石基層的級(jí)配范圍，如表2所示，其中C-B-1和C-C-1級(jí)配分別適用于高速公路和一級(jí)公路的基層、底基層以及二級(jí)和二級(jí)以下公路的基層和底基層。參考力學(xué)效應(yīng)分析和經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過多重試驗(yàn)認(rèn)為:調(diào)低集料中粗集料含量、增加細(xì)集料含量、控制集料的最大粒徑配制而成的水泥穩(wěn)定碎石基層，可以明顯降低地面振動(dòng)速度［5-9］。試驗(yàn)最后確定的集料級(jí)配范圍及規(guī)范推薦范圍對(duì)比見表2，水泥劑量控制在6%～9%時(shí)，配制出的不同級(jí)配的水泥穩(wěn)定碎石材料可以達(dá)到理想的效果。

表2 免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層參考級(jí)配與規(guī)范推薦的范圍對(duì)比

試驗(yàn)所用集料分別提取了石灰?guī)r各檔石料進(jìn)行混合料試驗(yàn)，水泥采用普通硅酸鹽42.5#水泥。試驗(yàn)按照免振壓參考級(jí)配中值進(jìn)行控制，如表3所示。水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)級(jí)配曲線，如圖2所示。

2.2 最佳含水量與最佳水泥劑量的確定

擬定6%、7%、8%三個(gè)水泥劑量，按照推薦級(jí)配的中值摻配。通過重型擊實(shí)試驗(yàn)得到不同水泥劑量下的最佳含水量和最大干密度。再按照98%的

表3 免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層級(jí)配設(shè)計(jì)

圖2 水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)級(jí)配曲線

壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)以靜壓法成型15 cm×15 cm的圓柱形試件，在20℃±2℃的條件下保濕養(yǎng)生6 d，再浸水24 h，測(cè)量試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度結(jié)果的平均值應(yīng)滿足下式的要求［10-11］。

R≥Rd/(1－ZaCv)

式中:R為抗壓強(qiáng)度均值;Rd為設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度(MPa);Cv為試驗(yàn)結(jié)果的偏差系數(shù);Za為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表中隨保證率變化的系數(shù)，一級(jí)公路保證率取95%，則Za=1.645。擊實(shí)試驗(yàn)及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 擊實(shí)試驗(yàn)及無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

考慮到免振壓水泥穩(wěn)定碎石材料具有水泥劑量較高、小粒徑集料占比較多、濕度變化易產(chǎn)生干縮裂縫的特點(diǎn)，干縮試驗(yàn)分別采用3種水泥劑量靜壓成型10 cm×10 cm×40 cm的中梁試件。試件脫模后用塑料袋密封，置于25℃±2℃的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室保濕養(yǎng)生7 d，再在室內(nèi)自然濕度下風(fēng)干，直至含水量不再減小、干縮應(yīng)變趨于穩(wěn)定為止。在不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)定不同失水率的收縮情況。試驗(yàn)結(jié)果見圖3、4。

圖3 失水率與時(shí)間的關(guān)系曲線

圖4 干縮應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系曲線

由圖3、4可以看出:失水率隨時(shí)間逐漸增加，在前1周內(nèi)變化較快，20 d后趨于穩(wěn)定;試件的干縮應(yīng)變隨時(shí)間不斷增大，也隨水泥劑量的增大而增大，當(dāng)采用較大水泥劑量時(shí)，干縮應(yīng)變對(duì)水泥劑量的敏感性顯著［12-13］。因此，在保證基層強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量使用較小的水泥劑量，不能為了保證強(qiáng)度而過分提高水泥劑量。

由以上試驗(yàn)可知:當(dāng)水泥劑量達(dá)到7%時(shí)，水泥穩(wěn)定碎石的7 d無(wú)側(cè)限飽水抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到5 MPa的要求;且水泥劑量在7%時(shí)，失水率和干縮系數(shù)在20 d后趨于穩(wěn)定。故本段道路基層設(shè)計(jì)采用免振壓基層水穩(wěn)基層級(jí)配中值，水泥劑量為7%，最佳含水量為6.61%。

3 免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層的施工方法與質(zhì)量檢驗(yàn)

由于免振壓水穩(wěn)碎石基層采用特殊的級(jí)配，用普通壓路機(jī)代替振動(dòng)壓路機(jī)即可達(dá)到預(yù)期的壓實(shí)強(qiáng)度。

3.1 拌合與攤鋪

拌合時(shí)拌缸長(zhǎng)度宜大于5 m，不足5 m時(shí)，宜減緩進(jìn)料速度和生產(chǎn)量，保證拌合時(shí)間大于20 s，實(shí)際拌合用水量宜大于最佳含水量0.5%～1.0%。

攤鋪機(jī)行走速率控制在1～2 m·min－1，2臺(tái)攤鋪機(jī)相距5～8 m，搭接10～20 cm，振搗頻率和振幅要經(jīng)試驗(yàn)段驗(yàn)證后保持一致并鎖定，不允許隨意調(diào)整。一般以不振碎混合料碎石且攤鋪機(jī)不產(chǎn)生共振為最佳。

建議預(yù)夯錘設(shè)定振動(dòng)頻率為40 Hz左右，振幅為20 mm以上;熨平板振動(dòng)頻率小于6 Hz，振幅大于8 mm。嚴(yán)禁施工過程中收斗，每天允許收斗1次。攤鋪機(jī)兩側(cè)及外側(cè)增設(shè)橡膠圍裙，防止集料豎向離析。

3.2 碾壓

每個(gè)作業(yè)面宜配備至少5臺(tái)壓路機(jī)，其中包括2臺(tái)重膠輪壓路機(jī)、2臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)和1臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)。

(1)初壓。由2臺(tái)重型膠輪壓路機(jī)(26 t以上)緊跟攤鋪機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)為每臺(tái)3遍，共6遍。初壓時(shí)緊跟攤鋪機(jī)，并保持較短的初壓區(qū)長(zhǎng)度，盡快使表面壓實(shí)，防止水分散失。

(2)復(fù)壓。由2臺(tái)單鋼輪壓路機(jī)(18 t)碾壓，碾壓遍數(shù)為每臺(tái)1遍，共2遍。復(fù)壓緊跟初壓進(jìn)行，碾壓段的長(zhǎng)度為40 m，每臺(tái)壓路機(jī)都要全幅碾壓，防止幅面壓實(shí)度不均勻。

(3)終壓。由1臺(tái)雙鋼輪壓路機(jī)消除輪跡印并配合缺陷處理組對(duì)混合料離析現(xiàn)象、局部水分過大現(xiàn)象進(jìn)行處理。

當(dāng)重膠輪初壓輪跡較深時(shí)，宜采用雙鋼輪壓路機(jī)初壓1～2遍。

3.3 養(yǎng)生與切縫

養(yǎng)生按照現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行。在上基層施工3～5 d時(shí)施工預(yù)鋸縫，間距一般為8～15 m，深度為層厚的1/3左右，寬度為3～5 mm。

3.4 路面結(jié)構(gòu)及層間處理措施

水穩(wěn)底基層和基層的厚度一般為56～60 cm，過街路段修補(bǔ)作業(yè)時(shí)，受到路段及通行時(shí)間的要求，碾壓完成后可直接鋪筑上承層，省去底基層和下基層的養(yǎng)生時(shí)間，但建議層間噴灑水泥凈漿或干水泥粉作為聯(lián)結(jié)措施［14］。

水穩(wěn)基層和面層間的聯(lián)結(jié)措施推薦采用瀝青碎石封層，熱瀝青灑布量宜在1.5 kg·m－2以上，碎石撒布粒徑宜為11～22 mm或11～18 mm。

3.5 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

為了驗(yàn)證免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)與施工工藝是否滿足質(zhì)量控制指標(biāo)的要求，對(duì)連接線500 m試驗(yàn)路段水泥穩(wěn)定穩(wěn)碎石基層的施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)采用灌砂法檢測(cè)試驗(yàn)段基層的壓實(shí)度，采用鉆芯法取出的芯樣完整無(wú)散落且厚度滿足設(shè)計(jì)要求，將其切割成標(biāo)準(zhǔn)試件后檢測(cè)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，結(jié)果如表 5 所示［15］。

由表5可知:試驗(yàn)路段的壓實(shí)度代表值和平均抗壓強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

表5 試驗(yàn)段施工質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)振動(dòng)壓路機(jī)正常工作時(shí)對(duì)周圍建筑物的影響與距建筑物距離和壓路機(jī)間的距離有關(guān)。在距振動(dòng)壓路機(jī)約15 m范圍內(nèi)，地面振動(dòng)速度隨距離增大衰減較快;距振動(dòng)壓路機(jī)25 m以外時(shí)地面振動(dòng)速度隨距離增大衰減并趨于平緩，振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)建筑物影響較小。

(2)試驗(yàn)表明，采用減少粗集料含量、增大細(xì)集料含量、適當(dāng)增大水泥劑量的配合比設(shè)計(jì)方法和免振壓的施工工藝，水泥穩(wěn)定碎石基層的壓實(shí)度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和芯樣完整性均能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)通過試驗(yàn)可以看出，水泥穩(wěn)定碎石在前期失水較快，且隨著水泥劑量的增大結(jié)合料失水率變化速度也在加快，因此建議在施工過程中根據(jù)水泥劑量嚴(yán)格控制含水量，做好養(yǎng)生工作，并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)生時(shí)間。

(4)考慮到免振壓水泥穩(wěn)定碎石基層施工的不均勻性，建議實(shí)際工程摻配的水泥劑量應(yīng)比實(shí)驗(yàn)室配合比確定的水泥劑量高0.5%，用水量宜大于最佳含水量0.5%～1.0%。

參考文獻(xiàn):

［1］ 張慧明.免振壓水泥穩(wěn)定碎石技術(shù)研究方向［J］.建筑知識(shí)，2013(3):340-341.

［2］ 劉林松.免振壓水泥穩(wěn)定碎石綜合技術(shù)研究［D］.南京:東南大學(xué).2014.

［3］ 曹 躍，趙 翔，梁開水.振動(dòng)壓路機(jī)工作振動(dòng)對(duì)民宅影響的監(jiān)測(cè)與分析［J］.公路交通科技，2006(4):88-90.

［4］ 楊 凱，呂淑然，張 濤，等.路基碾壓振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境影響的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)［J］.安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2014，14(4):276-280.

［5］ 姜右良，張世金，黃律鈐.振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)建筑物影響的仿真與分析［J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2013，30(5):66-72.

［6］ 左文軍，謝立揚(yáng).振動(dòng)壓路機(jī)引起的環(huán)境振動(dòng)及其危害［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2003，23(4):81-84.

［7］ 孫兆輝，許志鴻，王鐵斌.基于干縮變形特性的水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配組成［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，34(9):1185-1190.

［8］ 郭忠印，蘇向軍，錢國(guó)平.水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量控制［J］.公路，2004(9):157-161.

［9］ 孫兆輝，許志鴻，王鐵斌.水泥穩(wěn)定碎石基層材料干縮及影響因素分析［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2006，9(2):166-171.

［10］ 王 艷，倪富建，李再新.水泥穩(wěn)定碎石基層材料干縮及影響因素分析［J］.公路交通科技，2007，24(10):30-34.

［11］ 孫杰慧，王岳平.水泥穩(wěn)定碎石基層中水泥劑量范圍試驗(yàn)［J］.公路，2001(5):37-41.

［12］ 袁家權(quán)，韓忠貴.免振壓水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能研究［J］.工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017(13):145-146.

［13］ 潘 芳，宋亞洲.免振壓水泥穩(wěn)定碎石綜合技術(shù)應(yīng)用研究［J］.江蘇交通科技，2017(1):2-4.

［14］ 宋亞洲，潘 芳.免振壓水泥穩(wěn)定碎石技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2016，13(6):22-25.

［15］ 曾夢(mèng)瀾，羅 迪，吳超凡，等.不同級(jí)配類型水泥穩(wěn)定碎石路面基層材料的抗裂性能［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013，40(10):1-7.