王志軍,趙風(fēng)華
(1. 呼和浩特機(jī)場(chǎng)建設(shè)管理投資有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010;2. 錫林郭勒盟太仆寺旗公路管理段,內(nèi)蒙古 太仆寺旗 027000)
在公路工程領(lǐng)域,為了防止地下水或地表降水對(duì)路基的侵蝕破壞,保證路面結(jié)構(gòu)的承載力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,通常在路基頂面與半剛性基層之間設(shè)置一道碎石墊層,主要起隔水、排水、隔溫、防污作用,并傳遞和擴(kuò)散由路面?zhèn)鱽?lái)的荷載應(yīng)力。碎石墊層的強(qiáng)度不一定很高,但是其均勻性、隔溫性、透水性要好,且多為就地取材[1-3]。
碎石墊層根據(jù)級(jí)配可分為級(jí)配型和非篩分型,非篩分型有天然砂礫石、開山石渣、單一粒徑的碎石。未篩分碎石與級(jí)配碎石在功能和作用上基本相同,但是未篩分碎石在對(duì)材料的分級(jí)、施工機(jī)具要求、工藝控制上有很大的不同。由于未篩分碎石材料的質(zhì)量要求和工藝標(biāo)準(zhǔn)比級(jí)配碎石更加簡(jiǎn)單,因此,在實(shí)際施工過(guò)程中,技術(shù)人員通常通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)論證來(lái)控制未篩分碎石墊層的質(zhì)量。
國(guó)道331線二連浩特口岸至滿都拉圖段公路一期工程路面選用20 cm厚未篩分碎石作為該路面結(jié)構(gòu)的墊層?!豆仿访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)規(guī)定,未篩分碎石為粒徑大小不一的碎石被一個(gè)規(guī)定最大公稱粒徑的篩篩去超尺寸顆粒后得到的碎石混合料[4-5]。筆者結(jié)合二連浩特口岸至滿都拉圖段公路一期工程的未篩分碎石墊層施工,提出未篩分碎石的工藝設(shè)計(jì)方法,并討論其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的選擇和確定,從而達(dá)到提高墊層性能和控制質(zhì)量的目的。
1.1.1 原材料技術(shù)指標(biāo)
二滿線選用北山1號(hào)碎石加工場(chǎng)生產(chǎn)的碎石,施工時(shí)分別儲(chǔ)存在2個(gè)碎石加工場(chǎng)。依據(jù)工程質(zhì)量要求,不僅集料技術(shù)指標(biāo)和規(guī)格要滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,并且在集料加工時(shí)就采取了破碎前過(guò)篩剔除軟弱顆粒、改善碎石加工環(huán)境等措施,有效地控制了原材料的潔凈程度,最大限度確保了原材料質(zhì)量。
為了保證工程質(zhì)量,在碎石加工的過(guò)程中,監(jiān)理、承包商等在實(shí)驗(yàn)室對(duì)碎石的力學(xué)指標(biāo)和材料組成進(jìn)行了全程跟蹤檢測(cè),具體數(shù)據(jù)見表1。
從表1可以看出,加工的墊層碎石材料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件及《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)的要求。通過(guò)篩分試驗(yàn)證明,1#料場(chǎng)和2#料場(chǎng)的碎石級(jí)配結(jié)果符合設(shè)計(jì)文件給出的未篩分碎石的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)要求,見表2。
1.1.2 壓實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)及確定
未篩分碎石墊層的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)指標(biāo)為壓實(shí)度,其中最關(guān)鍵的是標(biāo)準(zhǔn)密度的確定。為了保證能夠?qū)|層施工工藝及質(zhì)量進(jìn)行控制,模擬現(xiàn)場(chǎng)施工,按照不同的粗細(xì)集料比例摻配,進(jìn)行重型擊實(shí)和振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn),確定相應(yīng)的最佳含水量和最大干密度,作為施工質(zhì)量檢測(cè)的依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果見表3和圖1。
表1 未篩分碎石的技術(shù)指標(biāo)
表2 未篩分碎石的級(jí)配組成
表3 未篩分碎石墊層的擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果
圖1 不同細(xì)集料比例下的最佳含水量與最大干密度
從表3和圖1可知,振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)成型的最大干密度要比重型擊實(shí)試驗(yàn)成型的干密度大5.2%~11.6%。為了準(zhǔn)確評(píng)判工程質(zhì)量,結(jié)合試驗(yàn)路段采集的檢測(cè)數(shù)據(jù),確定以下未篩分碎石墊層質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
(1)采用振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)得到的最大干密度和最佳含水量作為未篩分碎石墊層施工壓實(shí)度的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
(2)在未篩分碎石墊層的合理級(jí)配范圍內(nèi),不同粗細(xì)集料比例選用不同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),即繪制不同的粗細(xì)集料比例與對(duì)應(yīng)最大干密度的關(guān)系曲線,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)篩分結(jié)果在曲線上找到對(duì)應(yīng)的最大干密度。
未篩分碎石墊層的施工方案設(shè)計(jì)為:碎石材料堆放在料場(chǎng),由裝載機(jī)裝入自卸車并運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后自行卸料,用平地機(jī)攤鋪,再用壓路機(jī)壓實(shí)。在整個(gè)施工實(shí)施過(guò)程中,對(duì)施工質(zhì)量有著至關(guān)重要影響的是壓實(shí)機(jī)械。
施工方案中采用的壓實(shí)設(shè)備是2臺(tái)20 t單鋼輪雙驅(qū)壓路機(jī)、1臺(tái)20 t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)。為了確認(rèn)壓路機(jī)的設(shè)備性能,選用WGH-901壓路機(jī)參數(shù)監(jiān)測(cè)儀來(lái)檢測(cè)壓路機(jī)工作參數(shù)。通過(guò)對(duì)2套設(shè)備的檢測(cè),壓實(shí)頻率設(shè)計(jì)值為33 Hz的設(shè)備實(shí)際工作頻率為28~29 Hz,壓實(shí)頻率設(shè)計(jì)值為28 Hz的設(shè)備實(shí)際工作頻率為25~27 Hz。因此認(rèn)為壓路機(jī)碾壓作業(yè)時(shí),壓實(shí)速度大部分時(shí)間都在合理范圍之內(nèi),作業(yè)穩(wěn)定,滿足施工質(zhì)量的要求。
結(jié)合工程材料狀況、施工設(shè)備和組織形式,確定未篩分碎石墊層的施工工藝為:在石料場(chǎng)堆放未篩分碎石材料,由實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè),確認(rèn)合格后由裝載機(jī)裝入自卸卡車,運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后按劃定的方格自行卸料;用推土機(jī)粗平后,用灑水車灑水至現(xiàn)場(chǎng)要求的含水量;再用平地機(jī)精平,輔以人工消除集料窩;最后用壓路機(jī)壓實(shí)。
清理已檢驗(yàn)合格的路基表面,用灑水車灑水,再用壓路機(jī)復(fù)壓至密實(shí),使下承層表面密實(shí)、平整,無(wú)雜物,無(wú)松散現(xiàn)象。
測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙恢復(fù)下承層中樁、邊樁,施工測(cè)量放樣(墊層邊樁加寬30 cm放樣),每隔10 m一個(gè)橫斷面;然后撒白石灰標(biāo)示出邊線,用鋼筋頭或鋼釬樁固定放樣中邊樁點(diǎn)位,在樁身上用醒目顏色的漆按松鋪系數(shù)1.1標(biāo)出松鋪線;測(cè)量人員放樣及測(cè)量高程,復(fù)核無(wú)誤后向監(jiān)理工程師報(bào)檢。
同時(shí),測(cè)量人員在設(shè)計(jì)高程點(diǎn)、距設(shè)計(jì)高程4 m處和10 m處放樣并測(cè)量標(biāo)高,將測(cè)量情況向監(jiān)理工程師說(shuō)明,作為虛鋪系數(shù)測(cè)量初位置。
2.3.1 裝料設(shè)計(jì)
在料場(chǎng)進(jìn)行原材料的質(zhì)量控制,在實(shí)驗(yàn)室對(duì)未篩分碎石材料進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè),合格后儲(chǔ)存到指定位置。
保證碎石材料質(zhì)量,首要的是在裝卸和運(yùn)輸過(guò)程中使其級(jí)配滿足要求,且保持均勻、不離析。每輛車均配備防雨篷布,防止水分散失和漏料。依據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求,碎石場(chǎng)設(shè)專人指揮挖掘機(jī)裝料,防止裝料導(dǎo)致的離析現(xiàn)象。
在鋪筑試驗(yàn)段時(shí),發(fā)現(xiàn)自卸車卸到攤鋪現(xiàn)場(chǎng)的原材料離析較為嚴(yán)重,粗料聚在車廂兩側(cè),中間細(xì)料多。分析轉(zhuǎn)載工藝時(shí),發(fā)現(xiàn)在料場(chǎng)裝料時(shí)材料已經(jīng)離析,必須在料源處對(duì)原材料離析進(jìn)行控制。經(jīng)過(guò)調(diào)整,最后碎石裝載的工藝調(diào)整為:在墊層碎石場(chǎng)裝料前,必須先用裝載機(jī)進(jìn)行摻拌,由實(shí)驗(yàn)室判定均勻后,用裝載機(jī)裝料。此工藝的調(diào)整大大提高了碎石材料的均勻性。
2.3.2 卸料設(shè)計(jì)
自卸車卸料也會(huì)影響到墊層的施工質(zhì)量。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)考慮了2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié):其一是卸料時(shí)行車的方向,其二是卸料的方法。對(duì)于卸料方向,為了保證已完成路段不受嚴(yán)重的擠壓、擾動(dòng),必須采用倒車法,這就要求工程技術(shù)人員要準(zhǔn)確計(jì)算出各車的運(yùn)輸量、攤鋪距離以及卸料的起終點(diǎn)。
在試驗(yàn)路段,根據(jù)單車的運(yùn)量、鋪筑厚度計(jì)算具體的卸料距離位置,同時(shí)用白石灰劃出方格網(wǎng),橫向2格,也就是橫向2車料。由于單幅路面寬度為18 m,每車材料的施工寬度為9 m,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)段施工發(fā)現(xiàn),卸料計(jì)算的方格網(wǎng)橫向距離較寬,每車卸料后平地機(jī)需要向兩車之間的空作業(yè)面大量趕料,趕料過(guò)程中中間部位粗料集中,發(fā)生離析。
為了分析此過(guò)程中材料的質(zhì)量狀態(tài),在現(xiàn)場(chǎng)的不同部位取樣進(jìn)行篩分試驗(yàn),墊層未篩分碎石級(jí)配的檢測(cè)結(jié)果見表4。
表4 墊層未篩分碎石級(jí)配檢測(cè)結(jié)果 %
表4的取樣部位區(qū)數(shù)據(jù)分別表示施工現(xiàn)場(chǎng)平地機(jī)后面的左側(cè)、中間、右側(cè)位置的材料樣品。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出:攤鋪后的混合料在3個(gè)不同的位置均有不同程度的離析,中間的離析程度比外邊緣的大;另外,自卸車在向方格內(nèi)卸混合料時(shí)發(fā)生倒料離析。因此,必須對(duì)這2個(gè)施工工藝進(jìn)行調(diào)整,才能較好地解決材料的離析問(wèn)題。
將原來(lái)的橫2格卸料調(diào)整為橫3格卸料,經(jīng)過(guò)檢測(cè),材料的離析程度大大降低,滿足了工程質(zhì)量的要求。根據(jù)以上調(diào)整,運(yùn)輸及卸料的工藝設(shè)計(jì)見表5。
表5 運(yùn)輸及卸料的工藝設(shè)計(jì)
通過(guò)對(duì)試驗(yàn)段的總結(jié)分析,確定二滿線的未篩分碎石墊層的卸料工藝為:卸料前,在下承層按照橫向3格和確定好的方格長(zhǎng)度,用白灰灑好方格;自卸車裝車時(shí),每車料的數(shù)量基本相等;車輛到現(xiàn)場(chǎng)后,采用倒退法由遠(yuǎn)及近橫向按3排卸料卸置碎石;現(xiàn)場(chǎng)指揮人員指揮車輛按格卸土,卸料時(shí)按照計(jì)算距離嚴(yán)格控制,避免料多或不足。
在整平作業(yè)過(guò)程中,采用1臺(tái)移山160推土機(jī)進(jìn)行粗平,再用1臺(tái)徐工180平地機(jī)進(jìn)行精平。
首先用推土機(jī)攤料并粗平,為了防止離析,卸料時(shí)的料堆盡量分布均勻,粗平時(shí)少趕料。卸一車混合料需要5~8 min,平地機(jī)精平作業(yè)200 m需要30 min,平地機(jī)精平2遍后標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,攤鋪寬度按照16.84 m控制,平地機(jī)精平2遍后混合料刮到邊緣,寬度達(dá)到設(shè)計(jì)底寬18.04 m,利用人工進(jìn)行邊坡整修,將多余的料收集到裝載機(jī)中,鋪到待施工位置。
在初精平后,按照每20 m一個(gè)斷面,用4.75 mm篩做混合料篩分試驗(yàn),對(duì)照不同粗細(xì)集料比例與對(duì)應(yīng)最大干密度的關(guān)系曲線,分段確定標(biāo)準(zhǔn)密度和最佳含水量,并記錄。
攤鋪時(shí)輔以專人檢查集料的離析情況,特別是用填補(bǔ)新混合料的方法及時(shí)處理粗集料窩。
施工前,根據(jù)灑水車的噸位、最佳含水量、每延米未篩分碎石的數(shù)量,計(jì)算試驗(yàn)段總計(jì)用水量以及一車水的灑水長(zhǎng)度。灑水過(guò)程中,試驗(yàn)人員及時(shí)取料,檢測(cè)含水量,驗(yàn)證灑水是否均勻。灑水工藝為:在基本粗平后勻速、均勻?yàn)⑺磸?fù)取樣,觀測(cè)滲透厚度、含水量,然后精平,再補(bǔ)水、碾壓。在施工過(guò)程中,要明確灑水的具體方案,如灑水車的型號(hào)、數(shù)量、灑水的線路以及灑水的時(shí)間間隔等。
2.5.1 碾壓遍數(shù)設(shè)計(jì)
在未篩分碎石墊層試驗(yàn)段,設(shè)計(jì)了3種碾壓方案,按照實(shí)際測(cè)量的壓沉值數(shù)據(jù)具體分析該工序的碾壓工藝,結(jié)果見圖2。
圖2 碾壓遍數(shù)和壓沉值的關(guān)系
從圖2可以看出,在碾壓第2遍時(shí),壓沉值最大,說(shuō)明其變形量最大,第4遍碾壓后其壓沉值很小,說(shuō)明再碾壓已不能起到作用,也就是說(shuō)3遍過(guò)后其實(shí)已經(jīng)達(dá)到了相應(yīng)的壓實(shí)效果。
2.5.2 碾壓工藝設(shè)計(jì)
為了確定未篩分碎石墊層的碾壓工藝,設(shè)計(jì)了3種碾壓方案,在實(shí)施每個(gè)碾壓方案時(shí),進(jìn)行壓實(shí)度跟蹤檢測(cè)。壓實(shí)度檢測(cè)采用灌砂法,具體結(jié)果見圖3。
圖3 碾壓工藝與壓實(shí)度的關(guān)系
從圖3可以看出,不同的壓實(shí)狀態(tài)組合對(duì)壓實(shí)度的影響很大。比較各壓實(shí)組合的最終壓實(shí)度,發(fā)現(xiàn)第3組的壓實(shí)方案較好,因?yàn)槠渥罱K壓實(shí)度要高于其他2組;但是從壓實(shí)度曲線來(lái)看,在強(qiáng)振3遍后,壓實(shí)度僅為104%,而后期在弱振時(shí),壓實(shí)度大幅度提高。這可能有2個(gè)原因:其一是在強(qiáng)振時(shí)石料被壓碎,導(dǎo)致在弱振時(shí)壓實(shí)度也會(huì)提高;其二是檢測(cè)數(shù)據(jù)離散所致,因?yàn)殪o壓收面時(shí)壓實(shí)度提高了2%。
對(duì)比第1組和第2組可知,第2組最終有較高的壓實(shí)度,說(shuō)明其碾壓比較密實(shí),建議采用第2組碾壓工藝。最后確定的碾壓工藝為:初壓采用20 t單鋼輪靜壓1遍,復(fù)壓時(shí)20 t單鋼輪強(qiáng)振2遍、弱振3遍,終壓采用膠輪壓路機(jī)靜壓1遍。
在未篩分碎石材料級(jí)配滿足要求的前提下,按照給定的碾壓參數(shù)、碾壓工藝及振動(dòng)壓實(shí)密度的標(biāo)準(zhǔn),精心組織施工,工后未篩分碎石墊層的壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果滿足工程質(zhì)量要求。
未篩分碎石墊層的橫向工作縫在收工尾端預(yù)留5 m不再進(jìn)行碾壓,在后段開始施工時(shí),清除前段留下的沒(méi)有碾壓段落內(nèi)端部不合格的混合料,形成與表面垂直的豎面,與正在施工的段落平接,一起灑水、整平后進(jìn)行碾壓。
在縱向接縫處理過(guò)程中,要輔以專人消除粗細(xì)集料窩,使得接縫處平整、無(wú)離析,待下次攤鋪時(shí),將不滿足高程、厚度、平整度質(zhì)量指標(biāo)的路段內(nèi)的混合料全部鏟除后運(yùn)回料場(chǎng),重新?lián)桨韬笫褂谩?/p>
確定合理且可操作性強(qiáng)的施工工藝和現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制措施,是工程質(zhì)量的根本保證。對(duì)未篩分碎石墊層的施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果證明,混合料的級(jí)配穩(wěn)定性滿足工程質(zhì)量的要求。
通過(guò)對(duì)工程施工質(zhì)量的過(guò)程檢測(cè),未篩分碎石墊層的壓實(shí)度平均值為99.3%,壓實(shí)度的波動(dòng)范圍為98.5%~101.7%,未篩分碎石的施工質(zhì)量比較穩(wěn)定,較好地達(dá)到了工程質(zhì)量要求。
墊層的彎沉值也是反映工程質(zhì)量的重要指標(biāo),利用車載落錘式彎沉儀檢測(cè)彎沉值,其平均值為86.72(0.01 mm),標(biāo)準(zhǔn)差為8.17(0.01 mm),偏差系數(shù)為9.42%,代表值為103.6(0.01 mm),遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求值120(0.01 mm)。
雖然未篩分碎石墊層的材料標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求簡(jiǎn)單,但是要使墊層真正發(fā)揮隔水、排水、隔溫、防污以及應(yīng)力擴(kuò)散的作用,必須對(duì)未篩分碎石墊層的材料、設(shè)備、施工工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行嚴(yán)格控制與設(shè)計(jì)?,F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員需要精心組織施工,控制施工全局,對(duì)施工中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)糾偏,制定改進(jìn)措施,使施工質(zhì)量滿足規(guī)范要求。