高強(qiáng)抗裂水泥穩(wěn)定碎石基層在鐵本高速公路中的應(yīng)用

王瑞濤，王楓成

(1.遼寧省交通建設(shè)管理有限責(zé)任公司 沈陽市 110015； 2.遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015；3.高速公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 沈陽市 110015)

※基金項(xiàng)目：遼寧省交通廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目(201709)

依托于遼寧省交通廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目“遼寧省高速公路半剛性基層優(yōu)化設(shè)計(jì)研究”課題研究成果，結(jié)合在鐵嶺至本溪高速公路鋪筑的1km C-B-1級(jí)配試驗(yàn)路，從配合比設(shè)計(jì)、施工工藝等方面論述了適用于極重、特重交通荷載等級(jí)強(qiáng)度要求的高強(qiáng)抗裂水泥穩(wěn)定碎石基層的應(yīng)用情況，為今后設(shè)計(jì)施工提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)路配合比設(shè)計(jì)

采用C-B-1水泥穩(wěn)定碎石配合比，石料采用石灰?guī)r，粉煤灰摻加量4%(外摻)，水泥摻加量5%(外摻)，水泥粉煤灰各項(xiàng)指標(biāo)按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)，指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，見表1、表2。配合比設(shè)計(jì)見表3，級(jí)配曲線見圖1。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

C-B-1設(shè)計(jì)級(jí)配進(jìn)行最佳含水率及最大干密度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表2 粉煤灰試驗(yàn)結(jié)果

表3 C-B-1配合比設(shè)計(jì)

圖1 C-B-1配合比設(shè)計(jì)

由表4、圖2可知，C-B-1最佳含水率為5.07%，最大干密度為2.331g/cm3。

根據(jù)最佳含水率及最大干密度試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行7d無側(cè)限抗壓試驗(yàn)，得到結(jié)果見表5。

表4 C-B-1最佳含水率及最大干密度

圖2 C-B-1最佳含水率及最大干密度

標(biāo)準(zhǔn)差平均值/MPa變異系數(shù)/%標(biāo)準(zhǔn)值/MPa1.19278.39314.26.34

為確保試驗(yàn)段水泥劑量穩(wěn)定且滿足要求，本文進(jìn)行室內(nèi)水泥劑量滴定EDTA試驗(yàn)，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖3，室內(nèi)水泥滴定數(shù)據(jù)見表6。

圖3 C-B-1 EDTA標(biāo)定曲線

試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果水泥劑量(%)024685EDTA消耗量1.153.456.358.6510.957.45

2 試驗(yàn)路鋪筑

2018年5月16日在鐵本高速公路K371+140～K372+180段，長(zhǎng)度1040m，進(jìn)行了C-B-1級(jí)配試驗(yàn)路鋪筑。

2.1 施工準(zhǔn)備

(1)工程所需原材料嚴(yán)禁混雜，應(yīng)分檔隔倉堆放，并有明顯的標(biāo)志，細(xì)集料應(yīng)存放于罩棚內(nèi)，防止雨水沖淋，同時(shí)拌和站場(chǎng)內(nèi)應(yīng)具有抑制揚(yáng)塵的器具。

(2)水泥穩(wěn)定碎石拌和生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)滿足下列要求：

①對(duì)高速公路和一級(jí)公路，必須配置產(chǎn)量不小于500t/h型的拌和機(jī)，廠拌拌和機(jī)應(yīng)采用兩級(jí)攪拌缸串聯(lián)機(jī)型，每級(jí)攪拌缸長(zhǎng)度不小于4m。保證其實(shí)際出料能力(生產(chǎn)量的80%)超過實(shí)際攤鋪能力的10%～15%；料斗、水箱、罐倉應(yīng)安裝符合要求精度的電子動(dòng)態(tài)計(jì)量器，經(jīng)有資質(zhì)的計(jì)量部門標(biāo)定后方可使用。

②拌和設(shè)備的料倉數(shù)目應(yīng)與規(guī)定的備料檔數(shù)相匹配，宜較規(guī)定的備料檔數(shù)增加1個(gè)。

③各個(gè)料倉之間的檔隔板高度應(yīng)不小于1m，同時(shí)各料倉口必須安裝鋼筋焊接網(wǎng)。

④每個(gè)料斗與料倉下面應(yīng)安裝稱量精度達(dá)到±0.5%的電子秤。

⑤裝水泥的料倉應(yīng)密閉、干燥，同時(shí)內(nèi)部應(yīng)裝有破拱裝置。對(duì)高速公路，水泥料倉應(yīng)配備計(jì)重裝置，不宜通過電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)量水泥的添加量。

(3)氣溫高于30℃時(shí)，水泥進(jìn)入拌缸溫度宜不高于50℃；高于50℃時(shí)應(yīng)采取降溫措施；氣溫低于15℃時(shí)，水泥進(jìn)入拌缸溫度應(yīng)不低于10℃。

(4)加水量的計(jì)量應(yīng)采用流量計(jì)的方式，對(duì)高速公路和一級(jí)公路，水的流量數(shù)值應(yīng)在中央控制室的控制面板上顯示。

(5)應(yīng)選用功率不低于120kW的攤鋪機(jī)，高速公路、一級(jí)公路主線攤鋪時(shí)不宜采用伸縮式攤鋪機(jī)，攤鋪機(jī)性能良好，具有一定的防離析功能。

(6)壓路機(jī)的噸位和數(shù)量，要根據(jù)攤鋪寬度、厚度，同時(shí)要與拌和機(jī)和攤鋪機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配，以保證施工的連續(xù)性。

(7) 為保證施工的連續(xù)性，避免出現(xiàn)停機(jī)等料或者拌和站窩工現(xiàn)象，必須配備足夠數(shù)量的運(yùn)輸車輛。

2.2 混合料集中廠拌與運(yùn)輸

(1)在正式拌制混合料之前，應(yīng)先調(diào)試所用的設(shè)備，使混合料的級(jí)配組成和含水率都達(dá)到配合比設(shè)計(jì)的規(guī)定要求。原材料的顆粒組成發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)重新調(diào)試設(shè)備。

(2)生產(chǎn)過程中，應(yīng)按配合比設(shè)計(jì)確定的材料規(guī)格及數(shù)量拌和。

(3)采用兩次拌和的生產(chǎn)工藝，拌和時(shí)間應(yīng)不少于15s。

(4)在拌和過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)料倉的生產(chǎn)計(jì)量，應(yīng)每10min打印各檔料倉的使用量。某檔材料的實(shí)際摻加量與設(shè)計(jì)要求值相差超過10%時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)檢查原因，正常后方可繼續(xù)生產(chǎn)。

(5)天氣炎熱或運(yùn)距較遠(yuǎn)時(shí)，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料拌和時(shí)宜適當(dāng)增加含水率。對(duì)穩(wěn)定中、粗粒材料，混合料的含水率可高于最佳含水率0.5～1個(gè)百分點(diǎn)。

(6)拌和過程經(jīng)常檢查拌和樓的拌和質(zhì)量，保證出料均勻一致，防止粗細(xì)粒料離析。試驗(yàn)人員及拌和樓操作手密切關(guān)注混合料顏色、級(jí)配，發(fā)現(xiàn)異常立即停止拌和，并查找原因，采取有效的處理措施后再繼續(xù)拌和。

(7)拌和過程中，拌和站操作人員每隔1h對(duì)水泥貯存罐“敲罐”一次，估算出1h內(nèi)水泥用量，同時(shí)及時(shí)與地磅房聯(lián)系獲取1h內(nèi)成品率噸數(shù)，計(jì)算出水泥用量。并比對(duì)水泥滴定結(jié)果，做到水泥劑量雙控。

(8)如遇天氣潮濕，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水泥下料的均勻性控制，經(jīng)常敲打水泥貯存罐，防止水泥結(jié)塊“卡料”；對(duì)粉煤灰、石屑等級(jí)配粒徑細(xì)小的材料，應(yīng)派專人管理上料斗下料情況，并加強(qiáng)振動(dòng)機(jī)頻率。

(9)應(yīng)從拌和廠取料，每隔2h測(cè)定一次含水率，每隔4h測(cè)定一次結(jié)合料的劑量，并做好記錄。

(10)混合料運(yùn)輸車裝好料后，應(yīng)用篷布將箱體覆蓋嚴(yán)密，直到攤鋪機(jī)前準(zhǔn)備卸料時(shí)方可打開。

(11)對(duì)高速公路和一級(jí)公路，水泥穩(wěn)定材料從裝車到運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，時(shí)間宜不大于1h，大于2h時(shí)應(yīng)作為廢料處置。

(12)拌和站儲(chǔ)料倉卸料時(shí)應(yīng)采用3次，即，前后中卸料法，以減少裝料過程的離析；運(yùn)輸車輛現(xiàn)場(chǎng)卸料時(shí)，應(yīng)分兩次頂起車廂，以減少卸料過程中的離析。

2.3 混合料攤鋪碾壓成型

(1)采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)并排攤鋪，兩臺(tái)攤鋪機(jī)的型號(hào)及磨損程度宜相同。在施工期間，兩臺(tái)攤鋪機(jī)的前后間距宜不大于10m，且兩個(gè)施工段面縱向應(yīng)有300～400mm的重疊。

(2) 攤鋪機(jī)前宜增設(shè)橡膠擋板，橡膠擋板底部距下承層距離宜不大于100mm。中線離析嚴(yán)重時(shí)，攤鋪機(jī)應(yīng)安裝反向葉片。

(3)雙向四車道高速公路半幅攤鋪時(shí)，應(yīng)配備不少于4臺(tái)重型壓路機(jī)。

(4)應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)指揮碾壓，嚴(yán)禁漏壓和產(chǎn)生輪跡。

(5)碾壓方案一：初壓采用BM219D滿輪碾壓1遍(去靜回振)；復(fù)壓采用BM219D振動(dòng)壓路機(jī)1/2錯(cuò)輪碾壓1遍；復(fù)壓采用BM219D壓路機(jī)碾壓2遍；BM203靜壓搟光1遍。

(6)碾壓方案二：初壓采用BM219D壓路機(jī)1/2錯(cuò)輪碾壓1遍(去靜回振)；復(fù)壓采用BM219D振動(dòng)壓路機(jī)振壓2遍；復(fù)壓采用徐工XP302壓路機(jī)碾壓1遍；BM203靜壓搟光1遍。

2.4 施工小結(jié)

(1)試驗(yàn)段施工配合比20～30∶10～20∶5～10∶3～5∶0～3=14∶34∶15∶15∶22，最大干密度為2.331g/cm3，最佳含水量為5.07% ；經(jīng)過試驗(yàn)段的鋪筑松鋪系數(shù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果為1.28，試驗(yàn)段施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度通過灌砂法試驗(yàn)，碾壓方案一為98.4%，碾壓方案二99.0%，通過綜合考慮取碾壓方式二為基層的碾壓方式。

(2)在試驗(yàn)段的施工過程中沒有出現(xiàn)施工人員和機(jī)械設(shè)備的閑置或緊缺現(xiàn)象，證實(shí)施工水泥穩(wěn)定碎石基層的勞力、機(jī)械配置符合實(shí)際，能具體指導(dǎo)大面積施工。

(3)經(jīng)過試驗(yàn)段的鋪筑，水泥穩(wěn)定碎石基層施工方案和施工工藝流程符合實(shí)際施工的需要，一個(gè)工作面的最佳機(jī)械組合為：各種型號(hào)自卸汽車30臺(tái)、PY200平地機(jī)一臺(tái)、小松360裝載機(jī)一臺(tái)、BW203振動(dòng)壓路機(jī)2臺(tái)、BW219振動(dòng)壓路機(jī)一臺(tái)、東風(fēng)15t灑水車2臺(tái)。

(4)通過試驗(yàn)段的鋪筑，得出了最合理的碾壓組合及碾壓程序：初壓采用BM219D滿輪碾壓1遍(去靜回振)，復(fù)壓采用BM219D振動(dòng)壓路機(jī)1/2錯(cuò)輪碾壓2遍，復(fù)壓采用BM219D壓路機(jī)碾壓1遍，復(fù)壓采用徐工XP302壓路機(jī)碾壓1遍，BM203靜壓搟光1遍。碾壓程序組合壓實(shí)效果良好，壓實(shí)度能符合要求。由此證實(shí)了碾壓的機(jī)械組合和碾壓程序能有效控制基層施工的質(zhì)量。

3 試驗(yàn)段質(zhì)量監(jiān)控及性能評(píng)價(jià)

3.1 試驗(yàn)段生產(chǎn)指標(biāo)監(jiān)控

為保證試驗(yàn)段的順利鋪筑，對(duì)試驗(yàn)段生產(chǎn)配合比等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，見表7、表8、圖4。

表7 水泥滴定試驗(yàn)

表8 最佳含水率及最大干密度試驗(yàn)

圖4 C-B-1不同時(shí)段取料篩分得到的級(jí)配曲線

3.2試驗(yàn)段性能評(píng)價(jià)

試驗(yàn)路鋪筑7d后課題組進(jìn)行鉆芯取樣，共取出10個(gè)芯樣，均為完整芯樣。并且高度滿足試驗(yàn)路設(shè)計(jì)要求，7d無側(cè)限抗壓試驗(yàn)結(jié)果見表9。

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及試驗(yàn)路觀測(cè)表明采用C-B-1級(jí)配的水泥穩(wěn)定碎石基層可以滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4 結(jié)語

通過C-B-1試驗(yàn)段配合比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)段施工方案的確定、試驗(yàn)段質(zhì)量監(jiān)控及鉆芯取樣、7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)等，驗(yàn)證了C-B-1級(jí)配的水泥穩(wěn)定碎石基層可以滿足極重、特重交通荷載等級(jí)對(duì)基層的強(qiáng)度要求。