水稳碎石基层材料设计与施工技术.docx
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水稳碎石基层材料设计与施工技术
水稳碎石基层材料设计与施工技术
摘要:
水稳碎石基层是高速公路工程普遍采用的一种半刚性基层,本文结合工程实例,并在试验的基础上,本文论述了如何控制好水稳碎石基层的施工质量,分析了水稳碎石施工前的材料控制方法,针对某个工程实例分析水稳碎石基层的集料级配设计,对水稳碎石基层施工技术及施工裂缝控制措施进行了深入的探讨和总结。
Abstract:
Waterstabilizedmacadambaseisadoptedwidelyinthehighwayengineeringisakindofsemi-rigidbase,Combiningwiththeengineeringexample,andonthebasisofexperiment,thispaperdiscusseshowtocontrolthewaterstablemacadamroadbaseconstructionquality,Waterstabilizedmacadamisanalyzedbeforetheconstructionofmaterialcontrolmethod,foraprojectinstanceanalysisofcementstabilizedgravelbaseofaggregategradationdesign,Ofwaterstablemacadambaseconstructiontechnologyandconstructioncrackcontrolmeasuresarecarriedonthethoroughdiscussionandsummary.
关键词:
水稳碎石;基层施工;配合比设计;检测;最佳含水量
Keywords:
Waterstabilizedgravel;Baseconstruction;Mixtureratiodesign;Detection;Thebestwatercontent
1引言:
水稳碎石基层是近几年广泛应用于高速公路底基层、基层施工的一种半刚性路面结构型式。
作为沥青混凝土路面的下承层,因其具有良好的板体性、水稳性和抗冻性,力学强度可视需要而调整以及整体承载能力强等优点,得到设计部门和建设单位的青睐。
但因其材料级配、水泥剂量,摊铺碾压、离析处理、成型时间及工后养护在实际施工中较难控制,稍有不慎,就会产生裂缝,厚度、强度不能满足设计要求等缺陷,导致沥青面层龟裂破坏,造成不可估量的损失。
因此,对高速公路水稳碎石基层施工及施工过程中的质量控制措施进行分析探讨具有重要的现实意义。
2水稳碎石施工前的材料控制
2.1集料
①进行取样。
所取样本要具有代表性,否则将很容易出现离析现象,影响最后的质量。
通过无机结合料稳定集料、级配碎石混合料、采石场的生产线等皮带运输机的材料进行取样,可以在皮带运输机停止时进行一段式的取样,在其中截取一部分作为代表性样本,每隔三次的取样组合在一起,建立一组试样,注意等距取样。
最好在料堆上、下、中、里、外都取一部分作为样本,这样才能保证试样的准确性和代表性。
所取样本在自然状态下十字交叉分为4等分,取样时取对角样本,直到达到实验需要的重量。
②水洗筛分。
筛分后其总质量对比筛前质量差值不得超过0.3%,否则实验失败,会重新进行筛分。
筛分应进行平行试验,其结果P0.075的差值不能超过1%,否则也要进行重新试验。
其中,小于0.075mm的细集料不只是粉尘,还有其他的一些矿粉,细砂之类的细集料,通过砂当量试验对这些细集料加以区分。
同时根据规定,将水稳基层级配碎石的规格控制,通常是直径不大于31.5mm。
因为直径越大,对摊铺机的损害就越大,对于0.075mm筛孔要求的通过率是0%~7%。
③针、片状颗粒含量控制。
可以通过游标卡尺法测定。
在结果测定的时候,要采用2次测定结果的平均值,这样可以增强评定结果的准确性。
但是如果2次的差值大于或等于20%时,就应该再加测一次,取3次结果的平均值,这样更能减小误差,增加评测结果的准确性。
将控制针、片状颗粒含量控制在15%以内。
④控制压碎值。
集料先过筛,将直径控制在9.5~13.2mm之间,再将其放入容器,利用金属铜标定,这些集料作为3次试验用料。
通常石灰岩在2300~2600g之间,玄武岩2700~2800g之间,在进行加荷试验时,要尽量控制在10min内达到总荷载400KN,稳压5s然后才可以进行卸载。
水稳用集料压碎值应不大于30%,并进行3次平行试验。
2.2水泥
水泥作为水稳碎石中唯一的稳定剂,对质量有着相当高的要求,通常采用的是P.O42.5和P.C32.5的标号水泥。
当复合硅酸盐水泥P.C32.5胶砂强度时,用水量要根据胶砂流动度来测定的,它的水灰质量比通常是0.5,而胶砂流动度不能小于180mm,对于混合料的水泥用量大约为3%~7%。
对于水泥的凝结时间也要严格控制,最好选用初凝大于3h,终凝小于6h的水泥,这样可以保证稳碎石混合料有足够的时间运输,摊铺和碾压。
水泥入灌以前需要出炉7d以上,3d的抗压强度最好大于18MPa。
水泥标号宜采用32.5级,水泥的品牌上应该选择质量优秀,口碑好、质量稳定的大厂家和大品牌。
同时对于水泥的质量减压
也不能忽视,要检验是否有合格证书,并对水泥的细度、安定性、初终凝时间进行测试,确保水泥质量达标。
3水稳碎石级配的设计
3.1水稳碎石级配设计的重要性
水泥稳定级配碎石的强度及整体稳定性由两部分组成:
①级配碎石的良好嵌挤形成的嵌锁力,它是几层、底基层的骨架;②水泥固结形成的粘结力,起保证基层、底基层结构整体稳定性的作用。
如果碎石的级配不好,基层、底基层的嵌锁强度低,承受荷载的能力就差;如果水泥用量不够,基层、底基层结构的整体性降低,必然会使基层、底基层的初始强度低,抗疲劳破坏的能力就下降。
这必然会大大缩短沥青路面的使用寿命,严重的第二年就会出现路面开裂,变形破坏,极大地降低高速公路的使用寿命。
因此高速公路的水泥稳定级配碎石基层、底基层施工非常重视碎(砾)石的级配和水泥的实际剂量,必须达到规范及设计文件的要求。
3.2水稳碎石级配设计的影响因素
水泥用量是影响水泥稳定碎石基层最主要的因素,其它影响因素还有级配、离析、拌合质量、含水量、压实度、养生条件等。
各因素的影响程度依次为:
水泥剂量>级配>养生条件>压实度>含水量。
尽管如此,含水量的控制却不能轻视。
含水量偏少则混合料松散难以压实,含水量偏大压路机重复碾压容易出现局部或大面积湿软弹簧。
因此,在水泥稳定级配碎石的拌合施工中应重视对含水量的控制,一定要根据当天的气候条件对用水量作适当调整。
3.3工程实例
湖南某高速公路工程项目,路基宽度24.5~26m,采用水泥稳定碎石基层。
其中P6合同标段路面结构共由5层即沥青砼路面厚17cm;下封层0.6cm乳化沥青稀浆;基层采用5%水泥稳定碎石34cm;底基层采用4%水泥稳定碎石,厚20cm;及路基底层组成,全线沥青砼路面上面层和中间面层均采用改性沥青。
该高速公路基层结构所用主要施工材料有:
水泥、碎石、水等,为保证质量,应对材料的技术特性严格进行控制和要求,并按规范进行混合料配合比试验,以确保高速公路水稳基层工程质量。
3.3.1水稳碎石基层混合料配合比设计试验过程分析
对于水泥含量的控制是保证水泥稳定碎石基层整体质量的关键,水泥稳定碎石中强度指标在很大程度上取决于水泥的含量,随着水泥剂量的增加,水泥稳定碎石的物理力学性质也将显著改善。
但过多的水泥用量,虽然可以获得强度的增加,同时也会产生较大的收缩和较多的裂缝,在经济上是不合理的。
因此,在进行水泥稳定碎石基层材料设计时,常常需要综合考虑各种因素,并采用室内试验确定最佳水泥含量,以确保水泥稳定碎石基层整体质量。
(1)混合料组成设计
水稳级配碎石基层采用石灰岩,材料规格20~30mm,10~20mm,5~10mm和0~5mm。
按照《公路工程集料试验规程》中的方法,经测定,石料的压碎值为21.5%,针片状含量为11.3%,小于0.6mm的颗粒液限18%,塑性指数1.8,均满足《公路路面基层施工技术规范》的要求(见表1)。
水泥采用普P.O42.5水泥,经检验各项指标均满足规范要求(见表2)。
表1集料密度试验结果
指标
粒径/mm
20~30
10~20
5~10
0~5
表观密度/g·cm-3
2.713
2.705
2.680
2.649
毛体积密度/g·cm-3
2.689
2.689
2.594
—
表干密度/g·cm-3
2.689
2.689
2.622
—
压碎值/%
22.1
表2水泥各项指标试验结果
水泥品种
初凝时间
min
终凝时间
min
3d强度/MPa
28d强度/MPa
抗折
抗压
抗折
抗压
P.O42.5
硅酸盐水泥
135
375
3.54
17.1
6.57
49.6
JTJ034-2000公路路面基层施工技术规范规定对于高速公路和一级公路,水稳碎石用作基层时,单个颗粒的最大粒径不应超过31.5mm。
文中采用公称最大尺寸26.5mm。
该试验基层设计强度为4MPa,按JTJ034-2000中表3的颗粒组成范围,并取中值作为控制,如表3所示。
表3水稳集料基层颗粒组成范围
筛孔尺寸/mm
30
20
10
5
2
0.5
0.075
规范范围/%
100
90~100
60~80
30~50
15~30
10~20
0~7
规范中值/%
100
95.0
70
40
22.5
15
3.5
该试验分别选取4%,5%,6%,8%的水泥用量进行比较,分别编号为A,B,C,D。
(2)无侧限抗压强度试验
根据确定的级配曲线,按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行击实试验和无侧限抗压强度试验,试验结果见表4。
由表4中的数据绘成图1。
表4无侧限抗压强度试验结果
级配
类型
最佳含水量/%
最大干密度g/cm3
龄期
d
最大值
MPa
最小值
MPa
抗压强度平均值/MPa
偏差
系数
/%
A
4.8
2.274
7
3.84
2.61
3.20
5.21
B
5.0
2.297
7
4.63
3.38
4.11
4.61
C
5.1
3.310
7
5.77
4.62
5.04
6.25
D
5.4
3.342
7
7.94
6.88
7.56
4.94
(3)回弹模量试验
采用承载板法测定整体性材料的回弹模量。
承载板直径为100mm,选定单位压力为0.3MPa,分6级加载,压力机以2.356kN逐级加载。
记录各级荷载加、卸载的回弹变形,计算回弹模量。
(式1)
式中:
P为单位压力,MPa;D为承载板直径,mm;为单位应力P的回弹变形,mm;为泊松系数,试验结果见表5。
由表5中的数据绘成图2。
表5回弹模量试验结果
级配类型
龄期/d
回弹模量/MPa
A
90
3271
B
90
3594
C
90
3853
D
90
5121
(4)干缩试验
该试验研究试件是在室温自然风干状态下,因水分散失而引起的形变特性。
采用静压制作梁式试件,分别用千分表法测其干缩应变,以比较其抗干缩能力。
参JTGE30-2005公路工程水泥及水泥混凝土试验规程中的T0566-2005水泥混凝
土干缩性试验方法进行。
试验结果见图3。
3.3.2水稳碎石基层最佳配合比分析与确定
从以上试验分析可以看出:
⑴7d龄期的试件无侧限抗压强度随着水泥用量的增加线性增加,水泥用量4.0%时的强度低于设计强度要求,8.0%的强度明显偏高,而水泥用量5.0%,6.0%相比之下,5.0%经济上比较合适;
⑵水泥用量在4.0%~6.0%范围内时,试件的回弹模量随水泥用量的增加而线性增加,而8.0%的水泥用量增加值明显高于这一关系。
刚度与强度有相近的线性增长趋势;
⑶8.0%的水泥用量干缩变形和干缩率最大,4.0%的水泥用量干缩变形和干缩率最小。
从干缩试验的过程可以看出,材料结合水的蒸发,特别是扩散层水的蒸发,对混合料的收缩有这重要的影响;随着龄期的增长,干缩速率也随之减小,初期变形较大,随后逐渐变缓,说明了结果强度的形成对材料的干缩起制约作用。
综合现行规范和试验结果,可以确定8.0%的水泥用量不可取,在试验中仅作对比,因为过高的强度和刚度与面层的强度相差过大,是对面层结构不利的,并且过高的水泥用量会带来较大的收缩和较多的裂缝。
故在满足强度稳定性和经济合理性的情况下,基层水泥用量为5.0%~6.0%,最大干密度为2.42g/cm3,最佳含水量5.8%。
3.3.3高速公路水稳碎石基层施工
(1)试验段铺筑
在正式开工的前15天,应当在不合格路段上进行整修使其达到标准。
底基层表面应平整、坚实,具有规定的路拱,没有任何松散和软弱地点。
确定混合料数量和每车混合料的摊铺面积。
对200~300m试验段的具体压实厚度、密度、含水量、混合料达到标准压实度的碾压程序、压实机械的选择和组合,压实的顺序、速度,碾压遍数等做详细记录。
验证改进施工工艺,进一步修订施工组织设计。
(2)施工放样
直线段每15~20m设一桩,平曲线段10~15m设一桩,水准点闭合。
沿路槽两边补钉边桩,量出中桩位置补钉中桩。
在各桩上量出铺砌高度,用油漆作出标记(标记高度:
按松紧铺系数水稳碎石1.35加虚厚),按标记高挂好小钱。
中桩与边桩之间,根据需要,可以加放木(铁)平桩。
(3)水稳碎石的运输
①装料:
装料根据放料人员的提示,按前、中、后三次作业的方法进行,不得太满外溢,车内混合料必须在初凝时间内运到工地。
②覆盖:
用油布覆盖混合料。
③车辆倒车在摊铺机前30cm处停住卸料时挂空挡,注意不要撞击摊铺机,不要把料卸在摊铺机外面。
(4)混合料拌和
混合料应在中心拌合厂拌合,可采用间歇式拌合设备,所有拌合设备都应按比例(重量比或体积比)加料,要准确配料。
拌合厂设置在施工路段中间的路旁(场地硬化处理后,分隔贮存集料),不宜离的太远,避免运输导致混合料离析。
拌和要均匀,含水量要略大于最佳值,使混合料运到现场摊铺碾压时的水量不小于最佳值,运距远时混合料的车箱应加覆盖,以防水分损失过多。
(5)混合料摊铺
①摊铺前,应将下承层彻底清扫干净,根据铺装层的厚度和要求达到的压实干密度,计算每车混合料的摊铺面积;将混合料均匀地卸在路幅中央,路幅宽时,也可将混合料卸两行;用2台摊铺机将混合料按松铺厚度摊铺均匀,摊铺机应连续、均匀、不间断摊铺。
②设一个3人小组,携带一辆装有新拌混合料的小车,跟在摊铺机后面,及时清除粗集料窝和粗料带(铲除粗料,补以新的均匀混合料,或补撒拌匀的水泥细集料混合料,并与粗集料拌和均匀),消除粗细集料离析现象。
(6)碾压
①整型后(用静载压路机),当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时,立即用18~20t压路机在基层全宽内进行碾压。
碾压时,应重叠1/2轮宽,后轮必须超过两段的接缝处,后轮压完路面全宽时,即为一遍。
应在规定的时间内碾压到要求的密实度,同时没有明显的轮迹一般需碾压6~8遍,压路机的碾压速度,头两遍的碾压速度以采用1.5~1.7km/h为宜,以后用2.0~2.5km/h碾压速度。
②整型后(用振动压路机),当混合料的含水量不小于最佳含水量时,立即用停振的振动压路机在全宽范围内先静压1~2遍,然后打开振动器均匀压叠,通常除路面的两侧应多压2~3遍外,其余各部分碾压到的次数尽量相同。
③严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车。
④碾压过程中,如有“弹簧”松散,起皮等现象,应及时翻开重新拌和(如加少量的水泥或换新拌合料处理,使其达到质量要求)。
水泥稳定碎石的表面应始终保持潮湿,如表层蒸发过快,应尽快洒少量的水。
从加水拌和到碾压终了的时间应控制在2~3h内,并应短于水泥的终凝时间。
(7)接缝处理
⑴横缝的处理:
①当天两工作段的衔接处,应搭接拌和,即先施工的前一段尾部留5~8m不进行碾压,待第二段施工时,对前段积留下未压部分要再加部分水泥重新拌和,并与第二段一起碾压。
②应十分注意每天最后一段末端缝(即工作缝)的处理,工作缝应成直线,而且上下垂直,将两根方木(长度各为水泥稳定混合料层宽的1/2,宽度30cm左右,厚度与其压实度相同)紧靠着已完成的稳定料,以保护其边缘不至遭第二天工作时的机械破坏。
⑵纵缝的处理:
纵缝应按下述方法处理:
在一幅施工时,在靠中央一侧用方木或钢模板作支撑,方木或钢模板的高度与稳定土层的压实厚度相同;在铺筑另一幅时,或养生结束后,拆除支撑木(或板);靠近第一幅的部分,用人工清杂后进行摊铺,然后进行整型碾压。
(8)养生
①摊铺碾压结束后,立即封闭交通。
用洒水车洒水,在7天内保持基层洒水养生,使水稳碎石处于湿润状态。
养生7天后,进行钻芯。
②用洒水车洒水养生时,洒水车的喷头为喷雾式,每天洒水次数应视气候而定,整个养护期间应始终保持基层表面湿润。
③水稳碎石覆盖土工布洒水养生期不少于7天。
4水稳碎石基层裂缝预防控制措施
水泥稳定碎石公路基层的裂缝一般有温差引起的温缩裂缝,干缩应变引起的干缩裂缝、反射裂缝及外力破坏应变产生的疲劳裂纹等,这些裂缝随龄期的增长而增加。
从已成型的基础施工段落来看,裂缝的出现和有规则,一般12~15m左右出现一条横向裂缝,而网状裂纹则比较少见。
基层裂缝由于会对沥青面层造成反射裂缝或对应裂缝,从而导致面层水下渗,积聚在基层与面层之间,在车轮荷载作用下形成动压,基层中的细料在动水的不断冲刷下,产生“唧泥”现象,导致面层出现坑洞破坏。
因此,在施工中尽量减少裂缝的产生,采取一些防止措施:
(1)集料级配稳定均匀,0.5mm以下细料的质量应严格要求,控制好其含量及塑性指数;
(2)水泥剂量控制在5%~6%之间在达到规定的强度下尽量采用水泥剂量低限;
(3)碾压时含水量不宜超过最佳含水量的1%;
(4)控制好下层的压实度、强度指标;
(5)碾压成型后养生及时周到防止忽干忽湿,炎热多风天气多洒水及时补足散失水分;
(6)基层施工完毕后,最好在7d后即进行下封层或喷撒透层油,随后尽早铺筑沥青面层,保证基层不继续失水,引起干缩裂缝。
5结语
综上所述,影响水泥稳定碎石基层施工质量的因素是多方面的,现场施工中不期而遇的问题也时有发生,因此必须引起足够的重视,必须对工程材料、配合比设计、施工方法、施工组织以及施工管理等各个方面进行全方位的控制,以确保水泥稳定碎石基层的施工质量。
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