曹 軍

(新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 831401)

0 引 言

水泥穩(wěn)定級配碎石基層是將一定級配的砂礫集料與水泥和水一起拌和后,在最佳含水量狀態(tài)下碾壓成型,經(jīng)過養(yǎng)生達(dá)到一定強(qiáng)度的路面基層結(jié)構(gòu),此基層是一種半剛性結(jié)構(gòu).水泥穩(wěn)定級配碎石基層,以其水穩(wěn)定性好、早期強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于高等級公路路面基層,發(fā)揮承重作用.盡管其優(yōu)點(diǎn)多、應(yīng)用廣,但其在不同的地質(zhì)有著不同的特性,若不詳細(xì)了解并在施工中控制不當(dāng),不但發(fā)揮不了其優(yōu)良特性,還會留下工程隱患,造成不可預(yù)料的后果.本文根據(jù)試驗段結(jié)果分析,說明水泥穩(wěn)定級配碎石基層特性及其施工控制要點(diǎn).

1 工程試驗

1.1 試驗段設(shè)置

以連云港至霍爾果斯國道主干線新疆奎屯至賽里木湖公路工程第四合同段為例,對水泥穩(wěn)定級配碎石基層試驗特性進(jìn)行分析.

連云港至霍爾果斯國道主干線新疆奎屯至賽里木湖公路工程第四合同段起止樁號分別為K304+000和K324+000.全長20 km,全線位于伊犁哈薩克沿國道312線,布設(shè)地形平坦.選擇K315+300～K315+500段為水泥穩(wěn)定砂礫基層試驗段,該路段位于路基直線路段.路基單幅寬度為l 1.75 m,縱坡坡度為0.069%.水泥穩(wěn)定級配碎石基層設(shè)計厚度為30 cm,分層攤形成了牢固的組合斷面,攤鋪法施工,每層壓實厚度為15 cm,分別按水泥含量4.5%、5%、5.5%進(jìn)行了水泥穩(wěn)攤鋪試驗[6],試驗設(shè)置,見表1.

表1 奎賽公路水泥穩(wěn)定級配碎石基層試驗設(shè)置情況表

1.2 施工流程

試驗段施工流程如下：

準(zhǔn)備下承層→施工放樣→集料分倉篩選→混合料拌運(yùn)→測定含水量→攤鋪碾壓→養(yǎng)生→測定壓實度、平整度→交工驗收.

1.3 試驗?zāi)康?/h3>

探討在不同的施工條件下水泥穩(wěn)定級配碎石基層的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律、力學(xué)性能及裂縫產(chǎn)生情況,并通過試驗段工程研究,確定合理的施工參數(shù)、施工方案,為后續(xù)大規(guī)模施工提供科學(xué)依據(jù).通過試驗路段的鋪筑,總結(jié)得出以下技術(shù)資料.

(1)施工配合比

(2)機(jī)械設(shè)備有效合理的配置

(3)作業(yè)段長度的合理劃分

(4)輔助勞動力配置

(5)工藝流程

(6)混合料的松鋪系數(shù)

(7)成型碾壓的遍數(shù)及壓實厚度

(8)確保工程質(zhì)量的技術(shù)措施及施工關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)

(9)施工組織管理

1.4 試驗材料選定

試驗材料嚴(yán)格按照《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 034-2000)[4]的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及招標(biāo)文件技術(shù)規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行選定.水泥穩(wěn)定砂礫料選用天然級配砂礫石,最大粒徑不超過31.5 mm.由料場篩備,拌和站分倉(0～19.5 mm.19.5 mm～31.5 mm)分級篩分[1].集中拌和,水泥采用天山牌325#普硅緩凝水泥,經(jīng)現(xiàn)場檢測所用水泥技術(shù)性能滿足要求[2].終凝時間為8 h,初凝時間為4 h.

進(jìn)場材料必須滿足質(zhì)量要求,且應(yīng)分成3～4個不同粒徑,分級堆放.拌合時分倉進(jìn)料,拌合.使其符合規(guī)范2#(底基層),3#(基層)級配要求[1].

1.5 試驗結(jié)果

在監(jiān)理的嚴(yán)格監(jiān)督與指導(dǎo)下.在試驗過程中嚴(yán)格按設(shè)計文件、技術(shù)規(guī)范和試驗規(guī)程跟班作業(yè)、認(rèn)真操作.經(jīng)現(xiàn)場檢測,不同水泥含量下水泥穩(wěn)定砂礫基層各項指標(biāo),見表2.

表2 不同水泥含量下水泥穩(wěn)定級配碎石基層各項指標(biāo)實測結(jié)果表

由表2可見,水泥含量為5%時,水泥穩(wěn)定級配基層的質(zhì)量最好.通過對多次試驗的總結(jié)、檢驗和校正.水泥穩(wěn)定級配碎石基層攤鋪的各項指標(biāo),見表3.

2 試驗段質(zhì)量觀測及成因分析

水泥穩(wěn)定級配碎石基層試驗段施工實踐證明：各種施工裂縫是水泥穩(wěn)定土半剛性結(jié)構(gòu)施工中普遍存在的問題.它的存在不僅影響了水泥穩(wěn)定土的整體穩(wěn)定性,而且降低了結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和剛度.并且隨著時間的推移,混合料的力學(xué)性能呈下降的趨勢,最終導(dǎo)致瀝青面層出現(xiàn)反射性裂縫開裂而破壞.分析其原因主要和以下水泥穩(wěn)定級配碎石混合料的材料特性有關(guān),應(yīng)采取相應(yīng)措施.

表3 水泥穩(wěn)定級配碎石基層攤鋪試驗指標(biāo)結(jié)果匯總表

(1)時限性

從水泥投料加水拌和到終止碾壓成型有明確的間限制,它必須小于水泥終凝時間.這就要求在作施工組織設(shè)計時要認(rèn)真考慮施工作業(yè)段的劃分,必須與水泥的終凝時間相匹配.

(2)對水的敏感性

從水泥穩(wěn)定級配碎石的擊實曲線可知,滿足規(guī)范要求壓實度的含水量的變化幅度很小.含水量偏少則混合料松散難以壓實;含水量偏大壓路機(jī)重復(fù)碾壓容易出現(xiàn)局部或大面積濕軟彈.因此在水泥穩(wěn)定級配碎石的拌和施工中應(yīng)重視含水量的控制,一定要根據(jù)當(dāng)天的氣候條件對用量作適當(dāng)調(diào)整.

(3)離析性

水泥穩(wěn)定級配碎石混合料在運(yùn)輸、攤鋪的過程中容易出現(xiàn)粗細(xì)料分離的現(xiàn)象.粗料集中的地方級配差、孔隙率大,碎石嵌鎖不好,缺乏水泥的水化固結(jié);細(xì)料集中的地方水泥富裕,固結(jié)強(qiáng)度高,這就造成底基層(基層)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的嚴(yán)重不均勻性.因此,在施工中我們必須重視運(yùn)輸及攤鋪過程中出現(xiàn)的粗細(xì)料離析現(xiàn)象,對粗集料“窩”,粗集料“帶”要組織專人進(jìn)行及時處理.

(4)缺乏再生性

水泥穩(wěn)定級配碎石,有別于二灰碎石.水泥穩(wěn)定級配碎石的強(qiáng)度發(fā)展完全取決于水泥的固結(jié)速度.水泥一旦固結(jié),遭到破壞的強(qiáng)度就不可能再生.這就告訴我們,水泥穩(wěn)定級配碎石基層成型安裝期必須封閉交通養(yǎng)生,一般不低于7 d.

(5)脆裂性

水泥穩(wěn)定級配碎石屬低標(biāo)號半剛性材料,抗彎強(qiáng)度低且層間結(jié)合力差,當(dāng)厚度<10 cm時容易被車輪荷載壓碎開裂.因此,規(guī)范規(guī)定水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)獨(dú)立結(jié)構(gòu)層的厚度≥10 cm.因此,在施工中必須認(rèn)真控制結(jié)構(gòu)層的施工厚度及結(jié)構(gòu)層頂高標(biāo)高.

因此,通過試驗研究,觀測不同的水泥劑量、不同的含水量、不同的級配、不同的施工溫度條件下裂縫的產(chǎn)生情況,見表4,分析探討裂紋或裂縫產(chǎn)生的原因,以減免裂縫至關(guān)重要.

表4 不同條件下裂縫(裂紋)觀測表

由表4可知.隨著水泥含量的逐級增加,混合料的力學(xué)強(qiáng)度雖呈遞增趨勢,但其收縮性能呈下降趨勢.因此,一定的水泥含量能改變級配料中細(xì)料的收縮性能.通過大量的試驗發(fā)現(xiàn),在含水量較大的情況下.基層混合料具有較大的縮裂性質(zhì),經(jīng)嚴(yán)格控制含水量的混合料被壓實后,縮裂程度明顯降低.此外,由于環(huán)境溫度變化,溫差較大也會造成水穩(wěn)層表面收縮變形與其內(nèi)部收縮變形的差異,導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生.而橫向貫穿裂縫的產(chǎn)生,主要是由于其本身濕度及溫度的變化,使其半剛性板體產(chǎn)生膠凝收縮,當(dāng)收縮受阻時產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過板體中一局部極限抗拉應(yīng)力時,在薄弱處便會產(chǎn)生橫向裂縫.由于縫端處的溫縮應(yīng)力及干縮應(yīng)力都較大,使裂縫進(jìn)一步延伸擴(kuò)展,從而使裂縫得以橫向貫通、縱向貫通.盡管除上述因素外,施工方法、工藝、機(jī)具、碾壓、養(yǎng)生等因素也會影響水泥穩(wěn)定集料的結(jié)構(gòu),但筆者認(rèn)為,選用最佳的集料級配,嚴(yán)格使用篩分料,禁止使用通料,即通過改變混合料級配,調(diào)整級配砂礫料的塑性指數(shù),是減免施工裂縫的最主要途徑.

3 設(shè)計和施工中應(yīng)注意的問題

(1)集料的級配盡量采用粗粒土和中粒土,在無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到要求[6]的情況下,有利于節(jié)省水泥、降低成本.同時,壓縮級配范圍,使級配曲線連續(xù)順適.

(2)水泥含量盡可能取低限.在無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到的情況下,水泥含量不宜超過5%.最好為4%～4.5%,選擇適當(dāng)?shù)膭偠?以減少反射裂縫的發(fā)生.

(3)水穩(wěn)層不宜過厚,在達(dá)到控制彎沉的情況下,適當(dāng)增加底基層厚度,以減少基層厚度.

(4)在瀝青下面層鋪筑完成后.經(jīng)過一段時間碾壓,使其水穩(wěn)層徐變完成后,再鋪筑瀝青上面層.

(5)在水穩(wěn)層鋪筑7天內(nèi)應(yīng)避免重車碾壓,加強(qiáng)灑水養(yǎng)生和保溫、保濕的措施,使其盡量減少由于這些因素而增加的裂縫.

(6)水穩(wěn)層施工所涉及的部門很多,如試驗、測量、質(zhì)檢、材料等部門,所以將各部門融合在一起并明確各自的職責(zé),相互配合,對施工生產(chǎn)是十分重要的.因而施工中要求加強(qiáng)施工組織設(shè)計和計劃管理,增加現(xiàn)場施工人員的緊迫感和責(zé)任感,加快施工進(jìn)度,加大機(jī)械化施工程度,提高機(jī)械效率.

(7)機(jī)械設(shè)備應(yīng)該滿足如下要求：拌料時采用專用帶有電子計量裝置的高性能穩(wěn)定土拌和機(jī).為了保證水穩(wěn)層的厚度一致、完整無縫.攤鋪時采用雙機(jī)作業(yè),最好為同一機(jī)型.為保證壓實度,有必要配備一臺光輪壓路機(jī)和一臺膠輪壓路機(jī).在水穩(wěn)層邊緣壓路機(jī)工作不到的地方,要用蛙式平板振動機(jī)進(jìn)行碾壓.運(yùn)輸車輛必須足夠,防止停機(jī)待料.灑水車及發(fā)電機(jī)也是必備的機(jī)械.

(8)水泥應(yīng)選用初凝時間2 h以上和終凝時間宜在6 h以上的低標(biāo)號水泥.特別注意的是初凝時間.它是水泥穩(wěn)定碎石施工控制時間的重要依據(jù).要根據(jù)每天生產(chǎn)所需的水泥量及水泥廠供貨周期決定存儲水泥罐的容量及個數(shù).以防出現(xiàn)斷料情況.在水泥穩(wěn)定碎石的施工中.水的需求量是很大的.所以做好水供應(yīng)的保障工作對施工生產(chǎn)十分重要.

(9)施工階段是工程質(zhì)量的形成階段.工程的一次性特點(diǎn),決定了應(yīng)加強(qiáng)施工階段的質(zhì)量控制.監(jiān)理工程師要做好混合料配合比、拌合、攤鋪、整平、壓實幾個方面的監(jiān)督檢查工作以滿足要求[5].

4 結(jié) 語

實踐證明,只有掌握水泥穩(wěn)定級配碎石的工程特性和施工要點(diǎn),從幾個方面采取措施,對于控制水泥穩(wěn)定級配碎石層施工質(zhì)量,有很大的幫助.從后期的水穩(wěn)層鉆芯取樣和質(zhì)量評定的結(jié)果充分說明了這一點(diǎn).

[1] 中華人民共和國交通部.JTG E42-2005公路工程集料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,2005.

[2] 中華人民共和國交通部.JTG E30-2005公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,2005.

[3] 中華人民共和國交通部.JTG F80/1-2004公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民交通出版社,2004.

[4] 中華人民共和國交通部.JTJ 034-2000公路路面基層施工規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2000.

[5] 交通部公路科學(xué)研究所.JTJ 059-95公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,1995.

[6] 中華人民共和國交通部.JTJ 057-94公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S].北京：人民交通出版社,1994.