強(qiáng)骨架型水穩(wěn)混合料施工應(yīng)用技術(shù)

孫洪軍

(黑龍江省龍建路橋第五工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000)

1 引 言

國(guó)內(nèi)高速公路路面面層的承重結(jié)構(gòu)層以半剛性基層為主，20多年來，90%以上的高等級(jí)道路采用半剛性材料(無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料)作為基層[1-3]。高速公路半剛性基層最常用的結(jié)構(gòu)形式為水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，混合料設(shè)計(jì)有懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)、骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)和骨架孔隙結(jié)構(gòu)。

研究表明，當(dāng)水泥劑量、養(yǎng)生條件相同時(shí)，骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度、抗水損能力均優(yōu)于懸浮密實(shí)型結(jié)構(gòu)和骨架空隙結(jié)構(gòu)[4,5]，且其平均溫縮系數(shù)、干縮系數(shù)也具有優(yōu)勢(shì)[6,7]。

根據(jù)研究結(jié)果，骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石成為廣東省高速公路瀝青路面基層的常用結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于骨架密實(shí)型混合料的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)用存在較多問題，比如過分追求骨架，使用較大的粗集料比例配合較少的細(xì)集料，導(dǎo)致混合料芯樣空隙率偏大，芯樣密實(shí)性較差；同時(shí)施工過程容易出現(xiàn)離析，粗集料聚集部位板結(jié)效果差，臨時(shí)開放交通后出現(xiàn)明顯的跑散。

本文主要研究半剛性基層施工工序中關(guān)鍵技術(shù)對(duì)基層的完整性、密實(shí)性、強(qiáng)度和裂縫的影響和控制，從而對(duì)后續(xù)大面施工提供指導(dǎo)。

2 工程概況

某工程項(xiàng)目全長(zhǎng)約77.43 km，雙向六車道，設(shè)計(jì)車速為100 km/h。該項(xiàng)目主線路面結(jié)構(gòu)從下到上為級(jí)配碎石墊層(15 cm)、4%～5%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石底基層(20 cm)、5%～6%水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層(36 cm)、瀝青面層(18 cm)。

3 配合比設(shè)計(jì)

3.1 原材料

該項(xiàng)目下基層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石采用項(xiàng)目附近的變質(zhì)砂巖石料進(jìn)行生產(chǎn)，四擋料的規(guī)格為0～5 mm、5～10 mm、10～20 mm、20～30 mm，篩分結(jié)果見表1。

表1 原材料抽檢結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果來看，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)均能滿足要求，粗集料水洗法小于0.075 mm粉塵含量未超過1.0%的標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)集料(石屑)的粉塵含量也能滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 目標(biāo)配合比

以原材料篩分試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，確定5種不同水泥劑量的最大干密度與最佳含水率。根據(jù)試驗(yàn)調(diào)配，根據(jù)最大密實(shí)理論與骨架設(shè)計(jì)方法，確定摻配比例為0～5 mm∶5～10 mm∶10～20 mm∶20～30 mm=29%∶15%∶34%∶22%，合成級(jí)配曲線如圖1所示。

圖1 目標(biāo)級(jí)配曲線

配合比合成級(jí)配控制在設(shè)計(jì)要求范圍中值附近并稍靠近下限，目標(biāo)配合比級(jí)配曲線滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。關(guān)鍵篩孔9.5 mm通過率為44.2%，低于中值48%；4.75 mm篩孔通過率為28.3%，略低于中值28.5%。整體骨架效果良好，細(xì)集料的摻加比例偏上限，可以保證良好的密實(shí)性。

采用振動(dòng)成型法確認(rèn)水穩(wěn)混合料最大干密度與最佳含水率?；旌狭显?種水泥劑量下的最大干密度與最佳含水率如表2所示。

表2 混合料級(jí)配指標(biāo)表

根據(jù)基層施工技術(shù)細(xì)則(2015)，施工現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)應(yīng)按照當(dāng)天取樣振動(dòng)成型確定的最大干密度為標(biāo)準(zhǔn)，但與目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段確定的最大干密度值相差不大于0.02 g/cm3。經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證振動(dòng)成型法的合理性。

根據(jù)礦料的目標(biāo)配合比，采用5種不同水泥劑量成型混合料試件，養(yǎng)護(hù)6 d浸泡1 d后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

配合比在5.0%水泥劑量與5.5%水泥劑量下成型的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求。綜合設(shè)計(jì)要求與工程經(jīng)濟(jì)性，初定5.0%水泥劑量為目標(biāo)劑量。

4 施工生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 機(jī)械設(shè)備

拌和設(shè)備：湖南潤(rùn)天800型(雙拌缸)拌合樓1臺(tái)；

攤鋪設(shè)備：三一重工SSP100C-6為2臺(tái)；

碾壓設(shè)備：26 t徐工XS263單鋼輪壓路機(jī)1臺(tái)；

26 t柳工CLG6126E單鋼輪壓路機(jī)1臺(tái)；

22 t柳工CLG6122E單鋼輪壓路機(jī)1臺(tái)；

13 t沃爾沃DD126HF雙鋼輪壓路機(jī)1臺(tái)；

30 t徐工XP262膠輪壓路機(jī)2臺(tái)。

4.2 攪拌過程

根據(jù)拌和樓的設(shè)備性能，在生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)過程確定好各上料口與料倉(cāng)開口尺寸、皮帶的轉(zhuǎn)速、皮帶稱重傳感器精度，并在施工過程定期進(jìn)行靜態(tài)與動(dòng)態(tài)標(biāo)定，保證各檔材料的摻配穩(wěn)定性。

項(xiàng)目采用的振動(dòng)雙拌缸設(shè)備，分兩次加水?dāng)嚢瑁患?jí)拌缸加50%用水，充分?jǐn)嚢璐蛏⒋旨?xì)集料；二級(jí)拌缸加入水泥粉和剩余50%用水。整個(gè)拌和過程設(shè)備均應(yīng)啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)。

水穩(wěn)層施工前，拌合站的料倉(cāng)備料應(yīng)達(dá)到現(xiàn)有產(chǎn)能的5～7 d產(chǎn)量需求。每天開工前需要檢測(cè)各料倉(cāng)集料的含水率，動(dòng)態(tài)計(jì)算與調(diào)整實(shí)際施工用水量。此外，還需要根據(jù)每天施工的氣溫、現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速來適當(dāng)增加用水量，本項(xiàng)目一般在0%～1%范圍調(diào)整。

拌和時(shí)間不少于15 s，且施工中應(yīng)盡可能縮短從加水拌和到碾壓終了的延遲時(shí)間，延遲時(shí)間不應(yīng)超過水泥的初凝時(shí)間。

4.3 運(yùn)輸過程

(1)運(yùn)輸車輛數(shù)量的確定

通過運(yùn)距確定法確定運(yùn)輸車輛數(shù)量

N=Qb×D×K/qV+n

式中:N為單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸車輛需求，輛；Qb為拌合設(shè)備單位生產(chǎn)能力，t/h；D為平均運(yùn)距，km；Q為汽車平均載重量，kg；V為運(yùn)輸車輛平均運(yùn)輸速度，km/h；K為時(shí)間利用系數(shù)；n為攤鋪機(jī)前料車輛數(shù)量，輛。

(2)裝料控制

為了減少裝料離析，拌和樓的下料口應(yīng)加設(shè)擋板，降低皮帶混合料的沖擊動(dòng)量。料車接料過程應(yīng)按照“前-后-中、前后補(bǔ)”方式多次裝料，同時(shí)每次接料的料堆不宜超過1.5 m高度。

(3)運(yùn)輸要求

混合料運(yùn)輸過程中必須覆蓋篷布，減少水分散失或污染或雨淋，應(yīng)盡快將混合料運(yùn)輸至攤鋪現(xiàn)場(chǎng)。車輛統(tǒng)一安裝電動(dòng)覆蓋裝置，提高效率同時(shí)降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

料車從出發(fā)到卸料需要記錄時(shí)間，如果不能在試驗(yàn)確定的容許延遲時(shí)間內(nèi)施工，則堅(jiān)決廢棄。

交底運(yùn)料車司機(jī)，在卸料前一刻才能掀開覆蓋篷布，避免掀布過早導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石混合料水分散失過快。

4.4 攤鋪控制

水穩(wěn)級(jí)配碎石混合料在攤鋪過程中產(chǎn)生的普遍離析有塊狀粗離析、帶狀粗離析。

若是攤鋪機(jī)出料口或者吊臂處產(chǎn)生的離析，可以通過在該處加裝反向葉片，使得細(xì)料部分未快速向兩邊走，與粗集料再次混合拌和均勻，從而消除粗離析現(xiàn)象。同理，若是邊部出現(xiàn)粗離析或細(xì)離析，亦可以通過加裝反向葉片的措施來消除離析。攤鋪機(jī)攤鋪時(shí)應(yīng)使混合料高度在螺旋布料器得中軸以上，避免發(fā)生缺料離析的現(xiàn)象。

另外，由于骨架密實(shí)型水泥穩(wěn)定碎石整體偏粗，攤鋪機(jī)在施工過程應(yīng)控制收斗頻率，尤其是避免料斗混合料較少、粗集料匯集的狀態(tài)，建議收半斗，刮料器暫停，待下一輛料車混合料喂料后，方可繼續(xù)出料鋪筑。

4.5 碾壓工藝的控制

(1)碾壓組合比對(duì)

該項(xiàng)目路面標(biāo)水穩(wěn)碎石混合料基層試驗(yàn)段采用了以下兩種方案進(jìn)行比對(duì)，見表4。

表4 碾壓方案

(2)壓實(shí)度檢測(cè)分析

根據(jù)基層施工技術(shù)細(xì)則(2015)與廣東省施工標(biāo)準(zhǔn)化指南相關(guān)規(guī)定，基層壓實(shí)度代表值應(yīng)大于98%，極限低值應(yīng)大于94%；試驗(yàn)段過程混合料試驗(yàn)確定的最大干密度為2.326 g/cm3(水泥劑量設(shè)計(jì)為5.5%)。

表5 壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果來看，壓實(shí)度單點(diǎn)最小值為98.2%，壓實(shí)度代表值為99.1%?，F(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

進(jìn)一步，比對(duì)分析各碾壓方案對(duì)壓實(shí)度的影響，如表6所示。

表6 不同碾壓工藝下的壓實(shí)度

由不同碾壓組合下的基層壓實(shí)度指標(biāo)對(duì)比可得，方案二的壓實(shí)度比方案一的壓實(shí)度高，因此，推薦使用方案二進(jìn)行大面積施工。

4.6 養(yǎng)生

在基層施工完成后立即進(jìn)行覆蓋養(yǎng)生，養(yǎng)生采用復(fù)合土工膜拼接覆蓋，蓋膜特別要注意從高處往低處一次覆蓋，低處土工膜搭接在上，相互搭接20 cm以上，搭接位采用專制沙袋壓密，嚴(yán)禁采用土顆粒或基層廢料等具污染性材料。

養(yǎng)生期內(nèi)通過灌水的方式保持表面處于飽水濕潤(rùn)狀態(tài)。灌水特別要按照從高處往低處漫灌，才能起到有效濕水效果。

通過跟蹤對(duì)比養(yǎng)生后的基層強(qiáng)度和裂縫情況，7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均值可達(dá)到10 MPa以上，裂縫間距達(dá)70 m以上，基層整體性和強(qiáng)度良好。

5 結(jié) 論

通過對(duì)原材料、配合比、攪拌運(yùn)輸、攤鋪、碾壓以及養(yǎng)生等施工環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)嚴(yán)格控制，依托項(xiàng)目的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料基層的整體板結(jié)性與開裂性能良好，可為類似項(xiàng)目提供參考，主要結(jié)論如下。

(1)優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)，骨架密實(shí)型混合料可以達(dá)到優(yōu)良的強(qiáng)度與抗裂性能。

(2)保證攤鋪施工的連續(xù)性，調(diào)整攤鋪機(jī)布料器，改善布料的均勻性，并充分發(fā)揮單鋼輪振動(dòng)碾壓與膠輪的搓揉碾壓效果。

(3)加強(qiáng)水穩(wěn)結(jié)構(gòu)層養(yǎng)生管理，確保土工布充分覆蓋，并根據(jù)天氣情況定期灑水以確保水穩(wěn)材料飽水養(yǎng)生，有條件可適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)生時(shí)間。