大厚度大宽度水稳层一次摊铺质量控制要点.docx
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大厚度大宽度水稳层一次摊铺质量控制要点
职称评审论文
主论文
标题:
大厚度大宽度水泥稳层碎石一次摊铺质量控制要点
姓名:
符俊
工作单位:
中国第四冶金建设有限责任公司
云南分公司
大厚度大宽度水泥稳层碎石一次摊铺质量控制要点
近年来,水泥稳定碎石基层已成为高速公路的主要结构形式,基层作为路面主要承重层,它的质量优劣直接影响到道路建成通车后的路用性能及使用寿命。
水泥稳定碎石基层具有整体性强、承载力高、刚性大、水稳定性好的优点。
水稳层大厚度一次性摊铺碾压成形,基层将形成一个整体的板块结构,相对于两次分层摊铺来说,其抗拉伸,抗冲击强度可以显著提高,并可以有效地避免和推迟早期路面的下沉、凹陷、龟裂脱落、坑洞等病害的产生。
对于提高公路路面质量,延长公路寿命有重大的意义。
相对两层摊铺施工工艺,一次摊铺成型的施工难点在于摊铺和碾压的控制。
笔者根据曲嵩高速公路路面工程、蒙新高速公路路面工程的施工经验,结合两种施工方法,介绍了各自的优缺点和质量控制要点,比较各自的机械组合及经济方案比选,愿与同行共同商榷。
一、工程概况
曲靖~嵩明(小铺)公路是国道主干线(GZ65)上海~瑞丽公路,位于我省曲靖市、昆明市境内,起点位于昆曲公路K134+186处,向东接胜境关至曲靖高速公路,止点位于嵩明~待补高速公路小铺立交主线,向西接昆明至嵩明(小铺)高速公路。
正线全长75.866公里,路面工程C合同段位于K25+000~K49+000,全长24公里。
新建路面基层工程全长24km,设计厚度为36㎝;老路改建结合老昆曲路路面情况,个别段落加铺水泥稳定碎石基层(厚14~54cm),部分段落按新建路面重做基层,水泥稳定碎石基层总面积55.8万㎡。
均分两层施工。
云南蒙自至新街高速公路位于云南省东南部,纵贯红河州境内,是国道主干线GZ40(二连浩特~河口公路)云南境内昆明至河口公路中的重要一段。
是我国外接越南及东南亚的重要国际大通道,也是云南省“三纵三横”、“九大通道”的重要组成部分,更是促进红河州经济发展的交通运输枢纽。
路面工程第二合同段位于K14+500~K34+150,路面基层工程分幅全长27km,总面积33.4万㎡,设计厚度为35㎝和36㎝两种。
在我项目部超厚水泥稳定碎石基层一次性铺筑取得成功的基础上,结合曲嵩高速施工经验,我们致力于研究路面施工影响平整度的主要因素,并寻求新的施工方法,控制、提高平整度。
二、试验段铺筑情况比较
(一)曲嵩高速路面C标
曲嵩高速路面C标于2006年5月8日进行水泥稳定碎石基层试验路段的铺筑。
铺筑里程为改建幅K45+900~K46+200,总长为300m。
按照2层分别摊铺、碾压的施工工艺施工。
1、原材料来源:
石料采用左所村石料,使用上海1010-750型大型联合破碎机,筛分成几组不同粒径的碎石,1#料粒径为31.5~19.0㎜,2#料粒径为19.0~9.5㎜,3#料粒径为9.5~4.75㎜,4#料粒径为4.75㎜以下,石料抗压强度干燥状态为135.0MPa,饱水状态为125.9MPa。
碎石压碎值为21.7%,水泥稳定碎石的集料的颗粒组成范围见下表:
结构层
通过下列方孔筛(mm)的质量百分率(%)
液限(%)
塑性指数
-
31.5
26.5
19
9.5
4.75
2.36
0.6
0.075
基层
-
-100
95-100
80-86
50-59
40-45
25-30
10-20
2-5
<28
<9
水泥使用沾益水泥厂生产的专用普通硅酸盐32.5级水泥,初凝时间大于4.5小时,终凝时间大于6小时。
2、配合比:
混合料按设计掺配后,进行重型击实试验、承载比试验及抗压强度试验,最终确定的配合比是:
1#:
2#:
3#:
4#=27%:
18%:
22%:
33%,最佳水泥剂量为4.5%,最大干容重为2.33g/㎝3,最佳含水量为4.4%。
3、机械组合:
拌合场安装两台四川新筑生产的型号为WCB-400的水稳层拌合机,每小时产量为400吨。
15辆自卸车参加运输;现场一台型号为MT12000A的摊铺机、一台型号为PY160的平地机和T140推土机参与铺筑,两台型号为LT220S的20吨重型振动压路机、两台型号为XD130的13吨双钢轮压路机碾压。
4、施工质量控制要点:
水泥稳定碎石基层第一层采用人工配合推土机和平地机进行摊铺。
由于原老路设计为双向横坡,为了和新路结合改为单向横坡。
加之原老路水稳层局部沉降,造成第一层摊铺厚度不均匀,呈三角形。
倒料过程中设专人指挥倒车,根据测量资料计算出每10米所需混合料,结合运输车辆大小,按计算距离进行倒料。
倒料后推土机将混合料摊开,采用平地机粗平后,由15人组成的工班挂上米字线进行精平,对局部不平地方,由人工用手推车运料找平。
第二层采用摊铺机走钢丝法施工。
钢丝挂设由一名技术人员和三名工人专项负责。
挂至左右边桩外各30㎝处,设专人负责指挥倒车,避免运输车碰撞摊铺机影响平整度。
摊铺机左右两侧螺旋送料不到位,导致粗集料较多,为克服离析现象,设10人组成的工班分别在左右两侧进行补料,并用1×1㎝的方孔筛将细料筛至粗料上进行填充,做到压实宽度、平整度、密实度达到要求。
第一层摊铺、整形、碾压达到要求后,立即采用改装后的拖拉机进行拉毛处理,深度2㎝。
拉毛后喷洒水泥浆,紧接着上第二层,上下两层施工距离不超过50米,混合料从加水拌和到碾压终了的延迟时间不超过3小时。
整形后,当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时,立即采用起封水作用的13吨双钢轮压路机配合20吨重型压路机在结构层全宽内进行碾压。
由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。
碾压时,后轮应重叠1/3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。
碾压过程中,压路机相邻每轮停机处呈阶梯状排列。
先静压两遍,再弱振压两遍,然后再强振压三遍。
由于调整横坡,将双向横坡改为单向横坡;加之原老路水稳层局部沉降,造成摊铺厚度不均匀呈三角形,因此,局部区域需分三层填补。
碾压至第七遍时,第一层压实度为98.5%,第二层压实度为98.6%,第三层压实度为98.3%,压实度已满足规范要求,但表面仍有轮迹,外观平整度略差;再静压一遍。
压至第八遍时,表面无轮迹,平整度较好,已达到路面平整度要求。
所以,试验室把碾压八遍作为标准的碾压遍数。
压路机的碾压速度,头两遍采用1.5km/h~1.7km/h,以后用2.0km/h~2.5km/h。
路面的两侧应多压2~3遍。
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,以保证稳定碎石基层表面不受破坏。
施工中,拌和场与摊铺现场保持密切的联系。
任何一方出现问题,应及时通知对方,互相协调,摊铺和碾压保持同步,使混合料在保证质量的前提下进行铺筑。
(二)蒙新高速路面2标
蒙新高速公路路面工程于2007年1月份正式启动。
路面2标于2007年2月1日~2月2日进行水泥稳定碎石基层试验路段的铺筑。
铺筑里程为K19+600~K19+900,总长为300m。
2月1日对K19+600~K19+750段按2层分别摊铺、碾压,2月2日对K19+750~K19+900段按1层一次性摊铺施工。
1、原材料准备:
石料采用冷泉料场石料,最大粒径不大于31.5mm,均匀系数大于10,塑性指数小于12,碎石压碎值为20.4%,水泥稳定碎石的颗粒组成及塑性指数见下表:
通过下列筛孔的重量百分比(%)
液限(%)
塑性指数
31.5
26.5
19
9.5
4.75
2.36
0.6
0.075
<25
<6
100
92-96
78-82
52-60
36-44
20-26
8-15
5-7
水泥使用开远水泥厂生产的专用复合硅酸盐32.5级水泥,初凝时间5h以上和终凝时间大于6.5小时。
2、集料配合比:
根据指挥部中心试验室报批的试验室配合比,1#:
2#:
3#:
4#=12%:
25%:
27%:
36%,最佳水泥剂量为4.0%,最大干容重为2.32g/㎝3,最佳含水量为4.6%。
3、施工机械:
两层施工:
拌和设备:
WCB-500型稳定土粒料拌和机1台;摊铺设备:
MT12000A型摊铺机1台、PY180型平地机一台;碾压设备:
22T压路机3台,20T压路机1台。
一层一次性施工:
拌和设备:
WCB-500型稳定土粒料拌和机1台;摊铺设备:
DT16000型摊铺机1台;碾压设备:
25T胶轮压路机1台,32T振动压路机1台、13T双钢轮压路机1台。
4、施工质量控制要点:
两层施工同上,关键控制两层摊铺的时间间隔,并注重拉毛和洒水泥浆量的控制,多洒容量导致水稳层开裂,少洒容易分层。
一层一次性施工:
下承层上的低洼和坑洞应仔细填补及压实,达到平整。
底基层上的搓板和车辙应刮除,松散处应耙松洒水,并重新碾压。
逐一断面检查下承层(底基层)标高是否符合设计要求,平整度、压实度及路拱是否符合规定,且应没有任何松散的材料和软弱地点。
采用摊铺机走钢丝法施工,因为松铺层过厚(大于48cm),松铺系数比预计的要大:
超过1.3,两侧无支档(无路缘石、路基边沟或路肩墙)路段容易塌肩。
第1遍使用13T双钢轮压路机碾压,接着使用32T振动压路机从静压、弱振至强振初压3遍,然后使用25T胶轮压路机复压,胶轮压路机主要起到提浆作用,可以消除大吨位压路机造成的离析,在一定范围内避免了上下集料的水、水泥的分离,一般压1~2遍,然后使用32T振动压路机强振2~3遍,最后使用13T双钢轮压路机终压1遍。
32T振动压路机复压第2遍时,表面轮迹基本消除,平整度略差,特别是无支挡的路基边缘,经挂线检查普遍低于设计值3~5cm。
人工补料后,再加压1~2遍,使用可以全宽碾压的双钢轮压路机加强压边2遍以上,挖除超宽碾压的30cm水稳层后检测,标高符合设计要求。
(三)经济技术性能比较
YZ32压路机为前后轮双驱的全液压传动压路机,行走速度和振动频率均无级调节,高低振幅可选,具有作用深度大,生产效率高等一系列特点。
经两条高速三种不同试验段铺筑方案比较,使用大吨位压路机后可以节约至少1台压实设备、1套摊铺设备,在拌和、摊铺、碾压的施工安排上更利于均衡流水作业的安排。
一次摊铺大厚度、大宽度(12米宽)水泥稳定粒料容易造成混合料离析,两侧塌肩,导致平整度和标高不符合要求。
为达到规定压实度使用大吨位压路机,容易造成超压,导致上面约5cm石料被压碎,表面层松散,影响水泥稳定基层的整体刚性。
从钻取的芯样来看,整体光滑密实,但上部略显松散。
两次摊铺使用两套摊铺设备,两套压实机械。
虽然第一层摊铺时对平整度指标可以放宽要求,尽量缩短2层施工时间间隔,但在机械的使用效益上,较之一次性施工多用了23%的机械。
在质量控制上,经对水泥稳定粒料的延迟时间无侧限抗压结果试验,从第1层摊铺到第2层碾压完成,应控制在4小时以内,特别是在气温高的夏季白天施工。
而实际施工中,这一条往往很难做到。
在蒙新高速路面二标施工段施工中,我们开始选取50米为一段,从拌和到运输到现场需要30分钟,摊铺约90分钟,碾压完成、检测后已超过2.5小时,第2层从摊铺到碾压完成总时间2小时。
经钻芯试验,两层联接完好,芯样密实,但层间有明显痕迹,分层处多有蜂窝现象。
为缩短2层施工时间,我们把50米一段改为30米一段,但不利于基层平整度控制。
三、大厚度、大宽度一次摊铺技术难点分析
水泥稳定碎石基层承载力的形成一是嵌挤作用:
水泥稳定碎石是将水泥、级配碎石、石屑和水按一定比例混和搅拌,摊铺碾压后形成的一种半刚性结构层。
由于水泥稳定碎石是按一定的级配组合进行设计的,大小颗粒互相填充,在外力的作用下,级配碎石相互之间的嵌挤形成了内摩阻力,使其具有一定的承载力。
二是水泥硬化作用:
水泥矿物质与集料上的水分发生水化反应,产生了硅酸钙,铝酸钙和氢氧化钙三种主要水化物。
硅酸钙和铝酸钙是主要的胶结成分,而氢氧化钙则从溶液中分离出来参与各种反应并形成其他水化物,各种水化物产生后有的自身继续进行反应硬化,形成水泥石料骨架,有的则与碎石中的其它矿物质发生硬凝反应和碳化作用,从而增大了水泥稳定级配的强度。
所以,水泥稳定碎石的原材料选取、拌和、摊铺及碾压是影响基层质量的关键因素。
综合起来叙述,质量控制的要点在于前场和后场。
前场:
1.含水量控制:
当实际含水量W接近最佳含水量W0时,压实度才能保证,当W>W0时,水分过大碾压时容易“弹簧”,且在振动碾压时,容易将水泥浆集聚在表面。
这样在取芯检查时,试件下部易出现松散或强度不够,当W 2.平整度控制: 摊铺机摊铺后,自检员及时用无变形的铝合金条尺检查其平整度,不符合要求的地方即时用人工整平,并对已成型的基层需及时检测。 3.压实度控制: 若发现压实度不足的现象,及时补压(碾压取样必须在初凝前结束)避免留下隐患。 4.由于水泥延迟时间的限制,因而在施工过程中一定要严格控制混合料的拌和、运输、摊铺及碾压时间。 5.管养: 碾压终了,及时覆盖洒水养生,并派专人分段看管,封闭交通,禁止重车通行。 并对被风吹动的或没有覆盖好的地方及时补盖。 洒水应由专人专车负责,保持养护期内水泥稳定碎石基层表面始终保持湿润。 6.喷洒透层(乳化沥青)尤为重要,它能起到保持水泥稳定碎石内部水分,通车后基层不至于松散并与上面层粘结作用,因此必须足量喷洒。 后场: 原材料控制: 第一,水泥作为稳定剂,其质量至关重要。 在进场过程中每批次或每500t检测一个样品,进行水泥标号初、终凝时间、安定性和细度指标的检验。 第二,碎石每天使用前取2个样品测其含水量,以便及时调整施工配合比;碎石在使用过程中,每2000m3取2个样品进行颗粒分析、相对密度,吸水率、压碎值试验,杜绝不合格材料进场。 加强混合料拌和质量的控制: 检查生产的实际配合比是否在容许的偏差范围内,尤其是级配和水泥剂量的控制。 拌和场需配置一名试验工程师和一名试验员,随时抽查水泥剂量和级配情况。 水泥剂量检测EDTA标准曲线,一旦发现混合料的质量有异常,及时通知拌和机手查找机械和配料系统,待排除故障后再继续生产。 压实后的基层表面应达到平整,无轮迹和隆起的现象,压实度代表值达98%以上,使其满足《公路工程质量检测评定标准》(JTGF80/1-2004)的要求。 对于大厚度、大宽度水稳层来说,质量控制的难点主要在于前场: 一是摊铺平整度控制,二是碾压工艺控制。 在平整度的控制上,应从以下几方面把握: 1、选取合适的摊铺设备,既满足大厚度一次摊铺,又具备大宽度刚性联接摊铺的条件。 在螺旋布料器两侧,使用限料传感器;杜绝熨平板处集料离析,拌和设备与摊铺的速度要匹配。 2、对于土路肩地段或路基边沟等路面支档构造物施工未完成的路段,可以使用方木支撑,应预先多支超宽碾压30cm以上,在碾压过程中安排专人在压路机后面及时填补混合料。 3、前场有专人负责接头处、边缘的平整度,使用3米直尺或无变形铝合金条尺检查,消除接头不平整和塌肩情况,安排民工用细筛筛选细料填补,并及时挖除压实度、高程或平整度不符合要求的端部混合料。 碾压工艺直接影响到基层的压实度、标高和平整度,是基层施工的关键所在,应注重以下几方面: 1、碾压的顺序是: 先内侧后外侧(弯道),或先两边后中间(直线段)。 碾压应待摊铺80~100米时开始,每次重叠不少于1/3轮宽。 2、对压路机的搭配,应选择大吨位振动压路机担任主要碾压任务,配合使用胶轮压路机,以克服大吨位压路机超振后集料离析,并配备小吨位压路机,配合碾压边缘部位。 3、严格碾压程序,应通过试验段确定最佳碾压组合方案,选取合理碾压遍数、合适的碾压组合。 4、及时检测压实度、平整度、标高,禁止超压、欠压。 四、施工成本对照分析 无论一层摊铺,还是二层摊铺,完成相同工程量所需的材料成本(相同材料价格条件下)应该是一样的。 经对两条高速公路两个合同段基层的成本分析,每立方米水泥稳定碎石材料为,曲嵩高速路面C标: 32.5级水泥104Kg,碎石1.54m3;蒙新高速路面二标: 32.5级水泥97Kg,碎石1.59m3。 拌和机械费、人工费、运输费用同产量成正比,不论采用哪种施工方案,只要每台班产量一致,每立方米拌和费用、运输费用是不随施工方案改变而改变的,所以下面仅论述摊铺、碾压机械成本。 (一)两层摊铺、碾压成本 曲嵩高速C合同完成20万m3水稳料摊铺,按正常施工台班,平均每台班完成6000m2,合2160m3混合料。 摊铺机械为一台MT12000A的摊铺机、一台PY160的平地机和一台T140推土机;碾压设备为两台20吨重型振动压路机、两台13吨双钢轮压路机。 按照当时(2006年)的市场价格摊铺、碾压机械费用为10470元,柴油870升。 折合成每立方米机械成本为4.85元,柴油0.403升。 (二)一次摊铺、碾压成本 蒙新高速路面二标完成12.37万m3水稳料摊铺,按正常施工台班,平均每台班完成6200m2,合2232m3混合料。 摊铺机械为一台DT16000摊铺机;碾压设备为一台32吨重型振动压路机、一台25T胶轮压路机、一台13吨双钢轮压路机。 按照当时(2007年)的市场价格摊铺、碾压机械费用为8330元,柴油700升。 折合成每立方米机械成本为3.73元,柴油0.314升。 综上所述,一次摊铺大厚度、大宽度水泥稳定碎石基层,同传统的两层摊铺方案比较,具有较高的经济价值,根据笔者对两条高速公路的施工经验,施工直接成本可以节约6.89%,加上节约的管理费、其它费用摊销,施工总成本可减少7.84%。 大厚度、大宽度水稳层一次性摊铺,已经在我省高速公路、高等级公路中得到推广。 其对基层承载力的贡献以及降低施工成本的作用,已得到同行的认可。 在施工中注重质量,应从施工工艺特点上寻找科学的施工质量控制办法。 符俊 二〇一一年三月
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