高速公路水泥稳定碎石基层双层连铺施工技术应用研究

黄金城,张大斌,赵承伟

(广西交科工程咨询有限公司,广西 南宁 530007)

0 引言

作为沥青路面主要承重层的水泥稳定碎石基层,具有强度高、刚度大以及耐冲刷等优点,普遍应用于我国各等级公路路面结构中。《公路路面基层施工技术细则》[1]明确指出:水泥稳定碎石混合料应保证足够的摊铺厚度,碾压成型后的每层最大厚度宜≤20 cm。当水稳基层设计厚度>30 cm时,传统做法是将基层分为上、下基层,分两次施工,但分层施工不仅延长了养生时间,且容易导致上、下基层层间粘结效果差,引起基层层底拉应力与拉应变的增大[2-3],削弱了水泥稳定碎石基层的路用性能,使其整体承载能力进一步降低。

为解决水泥稳定碎石上、下基层分开施工层间粘结差、易产生分离、工期较长的问题,达到基层整体受力的设计意图,本文依托广西来宾至都安高速公路推广应用的“水泥稳定碎石基层双层连铺施工技术”进行实践研究,该技术是在水稳摊铺碾压第一层成型后,立即摊铺碾压第二层,两层连续摊铺完成后再覆盖养生,即双层连铺、分层碾压和一次成型[4-5]。

1 工程概况

广西来宾至都安高速公路是贺巴高速公路其中一段,主线全长134 km,双向四车道,设计速度为100 km/h,路基宽26 m。主线路面结构为20 cm的级配碎石+20 cm厚4%水泥稳定碎石底基层+33 cm厚5%水泥稳定碎石基层+20.5 cm沥青面层,其中33 cm厚5%水泥稳定碎石基层施工采用了双层连铺技术。

2 水泥稳定碎石基层配合比

用于基层的四档集料的粒径规格分别为19.0～31.5 mm、9.5～19.0 mm、4.75～9.5 mm、0～4.75 mm。

水泥采用32.5普通硅酸盐水泥。

水泥稳定碎石基层设计配合比:19～31.5 mm∶9.5～19 mm∶4.75～9.5 mm∶0～4.75 mm= 18%∶26%∶20%∶36%,水稳料最大干密度为2.38 g/cm3,最佳含水量为4.2%,水泥含量为5%。

3 水稳碎石基层双层连铺施工准备

3.1 施工机械设备

水稳碎石基层主要施工相关设备见表1。此外,应同时配备200根φ25 mm钢钎,2把3.63 kg大锤,长600 m、高33 cm的钢模板,长800 m的φ3 mm钢丝,紧线器4把,方铁锨10把,手推车2辆,扫帚10把,以及白灰、线绳、石笔、扳手、方木等辅助工具。

表1 主要施工机械配置一览表

3.2 测量放样

基层施工前按10 m一个断面,曲线段加密至5 m一个断面,准确放样出中边桩位置,进行标高测量;用灰线标出基层设计断面及中线;提前打好导向控制线支架,根据预估的松铺系数计算出混合料的松铺厚度,挂好钢丝绳导线。总挂线高度按照[(下基层压实厚度+上基层压实厚度)×松铺系数]进行控制,下基层摊铺厚度通过摊铺机传感器从(总挂线高度-下基层压实厚度×松铺系数)处控制高度。

3.3 模板支立

基层两侧采用钢模板进行支挡,根据边桩控制线支立模板,采用型钢模板,高度为设计厚度,每段长度为3 m。模板接缝用螺杆两两连接,模板后侧与外侧用钢钎固定于底基层上,达到钢轮压路机振压不变形的效果。

3.4 清扫下承层

施工前清扫下承层面上的杂物,确保摊铺工作面清洁,然后用洒水车洒少量的水,使下承层表面湿润且无积水后才能进行基层施工。

4 水稳碎石基层双层连铺施工

4.1 拌和

拌和前应先抽检场内各种集料的含水量,根据配合比设计和实际集料的含水量计算生产配合比,并进行试拌,以确定实际生产的水稳基层混合料。拌好的混合料含水量应略大于最佳含水量,使混合料摊铺碾压时的含水量接近最佳含水量。高温作业时,中午比早晚的含水量高0.5%～1.5%,以弥补运输、摊铺过程中的水分损失。

拌和过程中安排专门技术员对拌和场的上料、拌和、卸料进行控制,并按规范规定的频率抽取混合料试样,对混合料的生产级配、含水率、水泥剂量等关键指标进行试验检测。

拌和站生产人员记录水泥稳定碎石混合料每日开盘时间、停盘时间、中途停机时间、拌和总数以及各种材料使用数,便于核对查询有关资料。

4.2 运输

运输采用16辆25 m3的自卸车,车况良好,车厢清理干净,确保拌料时有2～3辆空车在等待接料。装料时车辆应前后移动,按照“前、后、中”分三次装料。运输车用篷布覆盖严密,整个运输过程绑扎牢固,运输到现场准备摊铺时才揭开卸料。如车内混合料不能在初凝时间内运到工地,或混合料碾压完成的时间超过水泥初凝时间,则混合料应予以废弃。

4.3 摊铺

采用同厂家、同型号的两台摊铺机前后摊铺,第一台进行下基层水泥稳定混合料的摊铺,摊铺工作面长度约60 m后即进行下基层的初压、复压、终压。下基层完成碾压并经压实度检测合格后立刻启动第二台摊铺机,从下基层端头继续摊铺上基层水泥稳定混合料,上基层摊铺采用侧向传输机送料,侧向上料机和上基层摊铺机应按相同速度匀速前进[6]。摊铺机操作机手应根据现场实际情况调节螺旋布料器两侧的自动料位器,确保链板送料器的速率和螺旋布料器的转速相适应;同时安排2名劳务人员沿着模板两侧灌入水泥浆,确保基层边缘的粘结强度。

4.4 碾压

配备2台30 T单钢轮振动压路机、2台22 T单钢轮振动压路机、2台12 T双钢轮压路机以及1台26 T胶轮压路机对水泥稳定碎石基层进行碾压。为达到最佳压实效果,提高基层平整度,每摊铺约60 m进行碾压。碾压遵循“先轻后重、先慢后快、由低至高”的原则,在现场设置明显的碾压分界标志,做到摊铺一段,碾压一段,成型一段。

下基层碾压:用一台12 T双钢轮压路机静压1遍,速度为1.5～1.7 km/h;接着用两台22 T单钢轮振动压路机小振2遍(第一遍、第二遍),速度为1.5～1.7 km/h;再用两台22 T单钢轮振动压路机大振2遍(第三遍、第四遍),速度为2.0～2.5 km/h。见表2和图1。

图1 下基层碾压遍数-压实度曲线图

表2 下基层压实度检测结果表

上基层碾压:首先用一台12 T双钢轮压路机静压1遍,速度为1.5～1.7 km/h;接着用两台30 T单钢轮振动压路机小振3遍(第一遍、第二遍、第三遍),速度为2.0～2.5 km/h;然后用两台30 T单钢轮振动压路机大振1遍(第四遍),速度为2.0～2.5 km/h;再用一台胶轮压路机静压2遍(第五遍、第六遍),速度为1.5～1.7 km/h;最后用一台12 T双钢轮压路机静压1遍(第七遍),速度为1.5～1.7 km/h。见表3和图2。

图2 上基层碾压遍数-压实度曲线图

表3 上基层压实度检测结果表

由表1、表2可知:下基层第1遍静压、小振2遍未能达到设计压实度要求;大振1遍后压实度代表值达到设计要求,但仍有单点压实度未满足设计要求,仍需要进行加强碾压;第2遍大振后各点压实度和压实度代表值均满足设计要求。

上基层第1遍静压、小振3遍后压实度也未达到规定要求;第1遍大振后压实度代表值满足设计要求,但还有单点压实度达不到设计要求,仍需进行补强碾压;胶轮静压1遍后单点压实度及压实度代表值均满足设计要求;胶轮碾压第二遍后压实度仍有提升,但提升效果不明显,压实度曲线已接近峰值,胶轮继续碾压意义不大;最后一遍双钢轮收光静压对压实度影响很小。

4.5 接缝处理

施工结束后,人工整平末端水泥稳定碎石混合料,紧靠混合料方向水平放置两根高度与混合料压实厚度相同的方木,整平紧靠方木的混合料。整平结束后,收回方木,并将下承层顶面清扫干净。

4.6 养生

双层连铺水泥稳定碎石基层施工完成且经检验合格后,立即开始养生。采用土工布覆盖每天洒水养生,每天洒水次数应视气候而定。整个养生期间,应始终保持水泥稳定碎石层表面湿润。养生结束后,将覆盖物清除干净。

5 水稳碎石基层双层连铺施工质量检测

养生期结束后对水稳碎石基层进行厚度、平整度检测,并对双层连铺水稳基层质量进行评定,检测及评定结果见表4、表5。

表4 厚度检测结果表

表5 平整度检测结果表

由表4、表5数据可知,采用水稳基层双层连铺施工技术,厚度及平整度指标控制较好。其中,压实厚度符合设计文件及规范要求,且现场芯样完整密实,沿厚度方向上一次成型,具有较好的整体性能;平整度指标良好,满足设计文件及规范要求。

6 水稳碎石基层双层连铺施工效果评价

采用水泥稳定碎石基层双层连铺工艺后,来宾至都安高速公路基层整体质量良好,芯样一次成型率可达100%,更容易达到基层整体受力的设计意图。与传统水稳基层分层施工相比,采用双层连铺工艺可以减少机械设备以及模板的转场次数,节约机械设备成本;且双层连铺施工无须再进行层间水泥净浆的撒布,取消了水泥净浆撒布的机械设备和水泥的使用,降低了工程造价;同时,双层连铺施工只需养生一次,可将传统分层摊铺的养生时间由14 d减至7 d,有效节约施工工期。

7 结语

与传统上下基层分层施工相比,水稳基层双层连铺施工技术可有效解决水稳基层层间粘结效果不稳定的现象,提高路面结构层整体承载力,提升公路使用的耐久性;同时还能减少机械设备周转次数、减少中间施工环节,节约施工工期,降低水泥等材料的消耗,具有良好的推广应用前景。