振动击实成型法水泥稳定碎石在大修工程中的应用

江 婧,江 涛

(滦南交通工程有限公司)

迁曹公路作为曹妃甸开发建设的主要运输通道,将唐山广大腹地与曹妃甸相连接。本项目的实施对优化唐山市公路网布局,提升滨海新城和生态城建设的投资环境,带动沿线地区的经济发展具有重要的意义。本工程起于唐港高速公路青坨营立交终于曹妃甸一号路,全长 50.02 km,根据交通量调查,本工程现状交通量为 25 049辆/日,加之路段内交通货车比例较高(68%左右),超载现象严重。

水泥稳定碎石的最佳含水量和最大干密度通常采用重型击实法确定,相应的无侧限抗压强度试件采用静压法测定。重型击实法是在室内通过施加冲击荷载对被压实材料进行压实,静压成型的方法与压路机静压原理相同。随着重型振动碾压在道路施工中的应用,室内重型击实,静压成型的方法已经不能真正模拟施工现场的压实工艺。

水泥稳定碎石是路面结构的主要承重层,以其水稳性好、承载力高、刚度大且较经济的特点,已广泛应用于高速公路和城市道路中,但是水泥稳定碎石随着时间的变化,该非均质体系发生变化,混合料的宏观物理性能如强度、抗收缩性和抗疲劳性均发生变化,并会带来一些路面病害,最常见的是路面裂缝,因此如何提高抗裂性能,减少水泥用量,成为水泥稳定碎石施工的焦点。振动成型法的特点:(1)在养生 2～3 d后即可取出完整芯样,大大缩短了工期;(2)压实度提高 4%～5%,有效提高了基层质量;(3)水泥减少、强度提高,达到了降低成本、提升质量的目的。振动成型的原理参数是采用振动频率为30 Hz,振动时间 2min。

1 振动成型的组成设计

1.1 原材料的质量要求

(1)水泥:采用滦南二水生产的 PSA32.5水泥,其主要技术指标见表 1。

表1 水泥技术指标

(2)石料:水泥稳定碎石基层的强度主要依靠碎石本身的强度、石料的嵌挤锁结作用和水泥材料的稳定胶结作用而形成的。就碎石而言应满足JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》的规定,碎石的针片状含量应 ＜15%,含泥量控制在 2%～3%以内。

1.2 配合比设计

要保证水泥稳定碎石的抗裂性能,首先应通过混合料的配合比设计予以保证。级配采用下 1/4线(规范中值与规范下限的“中值”),建议碎石级配的粗集料靠近下限(就是26.5、19、4.75筛孔上的),普遍认为这种接近骨架密实型的粗级配具有较好的抗裂性能。混合料级配设计计算见表 2及图 1,配合比设计结果见表 3。在施工过程中,水泥剂量增加0.3%,含水量视天气而定增加 0.5%～1.0%。

表 2 水泥稳定碎石级配设计表

表 3 混合料筛分结果表

振动成型试验方法级配的控制要掌握两个关键的筛孔,19mm和 4.75mm,两个关键筛孔的范围应尽量按表 4控制,其余的大孔径筛 26.5mm和 9.5mm也应该控制在下限与下限高出 2%,这样能更好的保证达到压实度。

重型击实和振动击实方法确定的混合料最佳含水率、最大干密度结果见表 5。

表 4 关键筛孔的范围表

表6 无侧限抗压强度对比结果表

2 施工质量控制

2.1 拌合站施工质量控制要求

(1)拌合站配料准确,能够通过电子计量系统对水稳混合料进行总量控制;同时根据EDTA的滴定对水泥剂量形成双控。

(2)要有专人随时调节、控制含水量在最佳含水量 0～4%;并根据天气情况和施工现场的实际施工情况适当调整含水量,保证摊铺碾压时达到最佳含水量,以保证达到最佳的压实效果。

(3)混合料要经过试拌、检测、调整后正式拌和。

(4)与前场保持联系,以便对发现的问题能及时调整。

2.2 摊铺

(1)摊铺前应将表面清扫干净,并洒水润湿,通过总结大量的施工经验来看,下基层施工时应在底基层喷洒水泥浆,上基层施工时应在下基层表面撒少量水泥,这种方式从连接效果来看是比较合适的。

(2)摊铺速度应该控制在 1.0～3.0m/min,同时考虑拌和设备的生产能力应与摊铺机的速度相匹配,以免中途停机。

(3)摊铺机能够自动找平,并带有夯实装置,摊铺机的夯锤或夯板的振捣频率要均匀一致。使初始压实度达到85%左右,数据见表 7。

(4)为了减少混合料离析,在摊铺机前挡板下加了离地4 cm的挡板。

2.3 碾压

配备击振力达到 50 t的钢轮压路机 3台和自重 30 t的胶轮压路机 2台,以满足施工设备的强制性要求。水泥稳定碎石的碾压以振动压路机为主,在以振动法配合比设计的水稳中,经验总结如下:

(1)第一步:使用 30 t位胶轮压路机静压 1遍;

(2)第二步:使用 50 t振动压路机强振 4遍时,使压实度达到 96%以上;强振 6遍时,使压实度达到 98%以上;

(3)第三步:使用 30 t位胶轮压路机碾压 1～2遍,使压实度达到 99%以上。

碾压时遵循先外侧后内侧的原则,相邻碾压接头处错成横向 45°的阶梯形状。对模板边缘附近洒水泥浆后用手夯处理。从拌和碾压到完成一般控制在 2.5 h以内,不能延误时间。

2.4 养生

每一段摊铺压实后,立即进行养生,采用土工布覆盖洒足水,而且时间不宜少于 7 d。

3 成果总结

与同时在建的普通水泥稳定碎石的比较,见表 7。

表 7 两种成型方法水泥稳定碎石试验结果数据比较表

通过比较可以非常明显的看出振动成型法水泥稳定碎石的优点:

(1)现场压实度相对提高4%以上;

(2)室内无侧限抗压强度及钻芯强度均大于普通击实成型法水泥稳定碎石的2倍左右;

(3)水泥剂量减少0.5%以上;

(4)3 d就可以取出完整的芯样,缩短了工期。

4 结束语

水泥稳定碎石作为基层起着承上启下的作用,若要使之达到应有的效果,应注意以下几点:

(1)控制好水泥的质量和用量,从经验来看尽量控制在中值偏上的水平;

(2)控制住混合料的级配,对于关键筛孔 19 mm、4.75mm、0.075mm的通过率更应严格控制;

(3)含水量直接影响压实效果,因此施工过程中应做好前后场的衔接,力求混合料在最佳含水量下压实。

(4)压实度,若要实现基层的抗裂就必须以振动法配合比设计中提供的最大干密度为准计算压实度。

(5)振动成型法水泥稳定碎石的缺点主要是刚性过大。

[1] 公路路面基层施工技术规范(JTJ 034-2000)[M]..北京:人民交通出版社,2000.

[2] 公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1-2004)[M]..北京:人民交通出版社,2004.

[3] 公路沥青路面设计规范(JTG D 50-2006)[M].北京:人民交通出版社,2006.