大厚度水穩(wěn)基層在六威高速公路路面工程中的應(yīng)用研究

徐國(guó)棟 劉斌清 葉超強(qiáng) 李勇

摘要：文章對(duì)六威高速公路路面采用大厚度水穩(wěn)一次攤鋪成型施工工藝進(jìn)行應(yīng)用研究，設(shè)計(jì)骨架密實(shí)型大厚度水穩(wěn)級(jí)配，通過(guò)7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度確定合理的水泥劑量，采用振動(dòng)成型確定的最大干密度對(duì)控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度更加可靠，并配備了大功率抗離析攤鋪機(jī)和大噸位壓路機(jī)，對(duì)原材料進(jìn)行質(zhì)量把控。研究結(jié)果表明，大厚度水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層上部和下部壓實(shí)度和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均合格，上部壓實(shí)度和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均略大于下部。

關(guān)鍵詞：大厚度水穩(wěn);一次攤鋪成型;骨架密實(shí);壓實(shí);7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

This article conducts the application research on the construction process of largethickness waterstable onetime paving molding on Liuwei Expressway pavement，and designs the skeleton dense largethickness waterstable grading，determines the reasonable cement dosage by 7day unconfined compressive strength，and the maximum dry density determined by vibration molding is more reliable for controlling the onsite compaction，and it is then equipped with the highpower antisegregation paver and largetonnage road roller to control the quality of raw materials.The test results show that the upper and lower compaction and unconfined compressive strength of largethickness waterstable structural layer are all qualified，and the upper compaction degree and the unconfined compressive strength are slightly larger than the lower part.

Largethickness water stability;Onetime paving molding;Skeleton compaction;Compaction;7d unconfined compressive strength

0 引言

水穩(wěn)碎石基層綜合了強(qiáng)度高、剛度適宜、取材方便、耐久性好、抗沖刷性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為我國(guó)高等級(jí)公路基層的主流結(jié)構(gòu)形式，并且已經(jīng)形成了一套完整的水穩(wěn)碎石基層理論體系[1]。目前，國(guó)內(nèi)水穩(wěn)定碎石基層施工普遍采用兩層施

工工藝，該工藝可以保證水穩(wěn)碎石基層壓實(shí)質(zhì)量，但易造成水穩(wěn)碎石基層整體性差、養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)的不良影響。大厚度水穩(wěn)基層符合基層整體受力的設(shè)計(jì)理念，一方面可以解決基層發(fā)生早期破壞的現(xiàn)象，有利于保證基層的整體性;另一方面可以節(jié)約施工企業(yè)的人工、機(jī)械費(fèi)用及養(yǎng)護(hù)成本，提高路面的使用壽命。由此，大厚度水穩(wěn)基層技術(shù)具有優(yōu)質(zhì)耐久、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、社會(huì)認(rèn)可等特點(diǎn)，符合國(guó)家綠色交通理念，具備打造交通行業(yè)品質(zhì)工程的先天條件[2][3]。

易離析和難壓實(shí)的問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)制約著大厚度水穩(wěn)碎石基層技術(shù)的應(yīng)用和推廣。隨著大功率抗離析攤鋪設(shè)備的核心技術(shù)在國(guó)內(nèi)被攻克，使大厚度水穩(wěn)碎石基層一次攤鋪成型施工易離析的問(wèn)題迎刃而解。而大噸位碾壓設(shè)備的配備，合理的碾壓工藝設(shè)計(jì)，為保證大厚度水穩(wěn)碎石基層壓實(shí)度提供了解決辦法[4][5]。易離析和難壓實(shí)的問(wèn)題有了解決辦法，大厚度水穩(wěn)碎石基層的實(shí)施成為了可能。為保證高速公路水泥穩(wěn)定碎石基層的施工質(zhì)量，縮短施工工期，提高基層整體強(qiáng)度和路面承載力，路面咨詢團(tuán)隊(duì)在貴州六威高速實(shí)施了大厚度水穩(wěn)碎石基層一次攤鋪成型施工工藝。

1 原材料

六威高速基層為32 cm大厚度水穩(wěn)碎石基層，采用一次攤鋪成型施工工藝，設(shè)計(jì)文件中7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3.5～4.5 MPa。本項(xiàng)目水穩(wěn)碎石基層采用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥原材主要指標(biāo)為：初凝時(shí)間>3 h，終凝時(shí)間6～10 h。路面5標(biāo)集料為自建料場(chǎng)生產(chǎn)的石灰?guī)r，分為0～5 mm、5～10 mm、10～20 mm、20-30mm四檔。四檔集料表觀密度、吸水率以及細(xì)集料砂當(dāng)量、粗集料針片狀、壓碎值等指標(biāo)檢測(cè)合格，各檔集料篩分結(jié)果見(jiàn)表1。篩分結(jié)果滿足《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）（以下稱(chēng)基層細(xì)則）表3.6.2中G2、G8、G11以及表3.7.3中XG3相關(guān)要求。

2 級(jí)配

骨架密實(shí)型大厚度水穩(wěn)碎石基層混合料級(jí)配在抵抗干縮和溫縮應(yīng)力以及防離析等方面具有優(yōu)勢(shì)[6][7]。考慮到水穩(wěn)混合料級(jí)配對(duì)大厚度水穩(wěn)碎石基層可壓實(shí)性及抗裂性能的影響，根據(jù)基層細(xì)則水穩(wěn)基層推薦級(jí)配C-B-3，并結(jié)合原材料各檔料產(chǎn)能匹配關(guān)系設(shè)計(jì)骨架密實(shí)型大厚度水穩(wěn)碎石基層混合料級(jí)配[8][9]。級(jí)配設(shè)計(jì)具體控制方法為盡量減少最大公稱(chēng)粒徑附近集料使用比例，4.75 mm通過(guò)率控制在30%左右，0.075 mm通過(guò)率控制在3%左右，適當(dāng)增大中間料用量，保證骨架有效形成。同時(shí)保證有足夠的填充料，有利于混合料碾壓密實(shí)。水穩(wěn)碎石基層混合料級(jí)配曲線見(jiàn)圖1，設(shè)計(jì)級(jí)配見(jiàn)表2。

3 確定最大干密度和最佳含水量

初步選用2.1%、2.6%、3.1%、3.6%、4.1%這5種水泥劑量，采用振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)方法成型水穩(wěn)碎石基層混合料試件。選定5種含水量，采用重型擊實(shí)和振動(dòng)成型得到干密度和含水量關(guān)系曲線見(jiàn)圖2，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

對(duì)比重型擊實(shí)成型和振動(dòng)成型這兩種方法，不難看出在相同的水泥劑量、含水量以及級(jí)配條件下，振動(dòng)成型的試件的最大干密度較大，而擊實(shí)成型的試件的最佳含水量較大。其意義在于采用振動(dòng)成型方法得到的最大干密度測(cè)算壓實(shí)度，對(duì)于大厚度水穩(wěn)碎石基層壓實(shí)指標(biāo)的要求更為嚴(yán)格。

4 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度

按照各級(jí)配和各水泥劑量確定的最佳含水量采用靜壓法成型試件，檢測(cè)7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

按照設(shè)計(jì)文件要求，水穩(wěn)混合料的強(qiáng)度為3.5～4.5 MPa。由表4可知，當(dāng)水泥劑量為3.1%時(shí)，滿足水穩(wěn)碎石基層混合料的強(qiáng)度要求。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 拌合

采用1臺(tái)WDB-800型穩(wěn)定土拌合機(jī)集中廠拌，并配備雙拌缸，確保有效拌合時(shí)間在15 s以上。拌合站自動(dòng)計(jì)量裝置經(jīng)過(guò)標(biāo)定，確保水泥劑量和用水量符合配合比設(shè)計(jì)要求。各檔碎石從冷料倉(cāng)上料口上料速度與配合比設(shè)計(jì)各檔碎石用量比例相匹配，以達(dá)到配合比設(shè)計(jì)目的。在出料口位置設(shè)置橡膠擋板以防止混合料拋揚(yáng)造成的離析。每天生產(chǎn)前應(yīng)測(cè)定集料含水率，調(diào)整施工配合比，拌合時(shí)嚴(yán)格控制含水量。

5.2 運(yùn)輸

自卸汽車(chē)裝料時(shí)分三次裝載，呈“品”字狀裝料。運(yùn)輸車(chē)輛在出場(chǎng)前要覆蓋好篷布，確保篷布覆蓋到箱板以下50 cm，減少混合料的水分蒸發(fā)。運(yùn)輸車(chē)輛到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，不能提前揭開(kāi)篷布，應(yīng)在卸料前揭開(kāi)篷布。

5.3 攤鋪

采用天順長(zhǎng)城SP1850大功率抗離析攤鋪機(jī)進(jìn)行攤鋪。攤鋪前根據(jù)路面寬度組裝攤鋪機(jī)寬度，調(diào)整好螺旋布料器狀態(tài)。自卸車(chē)向受料斗卸料時(shí)，應(yīng)加大傾角、快速卸料，以減少混合料中粗料向一側(cè)堆積發(fā)生離析。在攤鋪機(jī)前方安裝橡膠皮擋板，防止混合料從螺旋布料器底部漏出造成離析。攤鋪機(jī)加裝反向螺旋，減少粗料在攤鋪機(jī)中部集中造成的離析。受料斗閘門(mén)盡量開(kāi)大，確保分料器充足供料，且保持受料斗始終有一定的料。

5.4 碾壓

大厚度水穩(wěn)碎石基層碾壓設(shè)備包括13 t雙鋼輪壓路機(jī)、26 t單鋼輪壓路機(jī)、32 t單鋼輪壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)。初壓采用13 t雙鋼輪壓路機(jī)前靜后振1遍穩(wěn)壓混合料[10]，有利于大厚度水穩(wěn)碎石基層平整度的控制，緊接著采用大噸位壓路機(jī)提供充足的壓實(shí)功，保證水穩(wěn)碎石基層壓實(shí)。具體碾壓組合見(jiàn)表5。

6 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

6.1 水泥劑量滴定

按基層細(xì)則推薦水穩(wěn)碎石基層混合料廠拌施工水泥劑量宜增加0.5個(gè)百分點(diǎn)的要求，實(shí)際施工時(shí)按3.6%水泥劑量添加水泥，攤鋪水穩(wěn)碎石基層混合料后取代表性混合料檢測(cè)水泥劑量。

從表6檢測(cè)結(jié)果可以看出，水泥劑量滿足細(xì)則中質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于水泥劑量極限低值-1.0%的要求。

6.2 壓實(shí)度檢測(cè)

采用振動(dòng)成型得到的最大干密度2.432 g/cm3控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度。在大厚度水穩(wěn)碎石基層碾壓結(jié)束后，先檢測(cè)上部16 cm范圍的壓實(shí)度，再檢測(cè)下部16 cm的壓實(shí)度，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7。不難看出上下部壓實(shí)度均檢測(cè)合格，上部壓實(shí)度更大，但差值均沒(méi)有超過(guò)1%。

6.3 7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

大厚度水穩(wěn)碎石基層碾壓結(jié)束養(yǎng)護(hù)7 d以后，鉆取芯樣。將芯樣從中間切開(kāi)分別測(cè)試上下部的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表8。從表8數(shù)據(jù)可以看出，上部檢測(cè)結(jié)果要比下部大，這與壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果得到的結(jié)論是一致的。

7 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械設(shè)備配備、原材料質(zhì)量把控等條件落實(shí)到位的前提下，通過(guò)合理的配合比設(shè)計(jì)和前后場(chǎng)各施工工序環(huán)節(jié)的有效控制，六威高速采用大厚度水穩(wěn)碎石基層一次攤鋪施工工藝取得了較好的應(yīng)用效果。路面5標(biāo)已施工段落鉆取芯樣完整、骨架密實(shí)，芯樣頂部無(wú)壓碎、底部成型良好，壓實(shí)度、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)檢測(cè)合格?？朔艘酝蠛穸人€(wěn)碎石基層易離析、底部易爛根、頂部易壓碎的缺點(diǎn)，為大厚度水穩(wěn)碎石基層技術(shù)的進(jìn)一步推廣奠定了基礎(chǔ)。

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