免振压水泥稳定碎石基层配合比设计与施工方法

2018-11-20 15:33:09 中城华宇
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摘要:对于街道化程度较高的路段,施工振动将会对周边建筑产生较大影响。为了解决这一工程难题,文中以110国道北京连接线为例,对免振压混凝土碎石基层的应用,进行了系统的试验研究,提出了免振压水泥稳定碎石基层级配设计方法和特殊的施工工艺。试验表明:免振压水泥稳定碎石基层,不仅可以有效避免施工振动对周边建筑的影响,而且,也能够较好地满足施工质量的要求。研究成果具有一定的工程应用价值。

 

关键词:道路工程;免振压混凝土;级配设计;施工工艺  

 

在水泥稳定碎石基层的施工过程中,为了提高水泥稳定碎石基层的压实度,通常需要大吨位的振动压路机,通过反复强振,才能密实成型,以便达到规定的强度要求。

 

对于街道化程度较高的路段,特别是村镇过境路段,道路两侧房屋建筑质量较差,在进行道路施工时,振动压路机的反复强振,会使周边的房屋受到不同程度的损坏,给周边居民的生活带来严重影响,道路施工也难以正常进行。因此,如何通过改变道路基层材料的配合比和施工工艺,才能有效降低压路机的振动速度,成为本文的研究重点。

 

振动压路机对建筑物影响分析

 

振动压路机引起的振动是以波动的形式传播和衰减的,建筑物所在地面振动速度与建筑结构的损害程度关系密切。振动压路机在某一特定振动频率工作时。工程试验采用cLG622振动压路机。试验表明:在12m范围内,地面振动速度大于5mm/s,振动压路机工作时会对该范围内的砖瓦房产生损坏;距离为21m范围内,地面振动速度也会大于3mm/s,该振动速度将会对该范围内的土坯房及毛石房产生损坏。

 

可以看出,振动压路机在正常工作时,将对周边建筑产生较大破坏。而本文将采用免振压水泥稳定碎石基层,采用免振压施工工艺,可以大大减轻对周边建筑物的影响。

 

免振压水泥稳定碎石基层级配设计

 

如何通过级配的优化设计和特殊的施工工艺,在保证水泥稳定碎石基层密实成型的同时,避免施工机具的振动对周围建筑的影响,是免振压水泥稳定碎石基层级配设计的关键。项目以免振压水泥稳定碎石基层在北京110国道连接线的应用为例,对其应用效果进行室内外试验研究。

 

级配的拟定

 

根据《公路路面基层施工技术细则》规定,不同道路等级的水泥稳定碎石基层的级配范围,其中的c-B-1列和c-c-1列级配分别宜用于高速公路和一级公路基层、底基层及二级及二级以下公路基层、底基层。根据力学效应分析和经验取值,经过多重试验认为:调低集料中较大粒径集料所占比例,控制集料的最大粒径,配制而成的水泥稳定碎石基层,可以明显降低振动速度的传递。如果水泥剂量控制为6%~9%时,配制不同级配的水泥稳定碎石材料,可以达到理想的研究效果。

 

试验所用集料分别提取了石灰岩各档石料进行混合料试验,水泥采用普通硅酸盐32.5级水泥。试验按照免振压参考级配中值进行控制。

 

最佳含水量与最佳水泥剂量的确定

 

拟定6%、7%、8%的3个水泥剂量,按照推荐级配的中值掺配。通过重型击实试验得到不同水泥剂量下的最佳含水量和最大干密度。再按照98%的压实度标准,静压法成型15cm×15cm的圆柱体试件,在20℃±2℃的环境条件下,保湿养生6d,再浸水24h,测量试件的无侧限抗压强度。

 

考虑到免振压水泥稳定碎石材料设计中水泥剂量较高、小粒径集料占比较多、湿度变化易产生干缩裂缝的特点,干缩试验分别根据3种水泥剂量,静压成型尺寸为10cm×10cm×40cm的中梁试件。试件脱模后用塑料袋密封,置于温度为(25±2)℃的标准养护室保湿养生7d之后,在室内自然湿度下风干,直至含水量不再减小,干缩应变趋于稳定为止。在不同时间点测定不同失水率的收缩情况。

 

可以看出,失水率随时间逐渐增加,在前1周内变化较快,20d后趋于稳定;试件的干缩应变随时间不断增大,且干缩应变随水泥剂量增大而增大,当采用较大水泥剂量时,水泥剂量对干缩应变影响的敏感性显著。因此,在保证基层强度的前提下,应尽量使用较小的水泥剂量,不宜为了保证强度而过分提高水泥剂量。

 

由以上试验可知:当水泥剂量达到7%时,水泥稳定碎石的7d无侧限饱水抗压强度能够达到5mPa的要求。且水泥剂量在7%时失水率和干缩系数在20d后趋于稳定,故本段道路基层设计采用免振压基层水稳基层级配中值,水泥剂量为7%,最佳含水量为6.61%。

 

免振压水泥稳定碎石基层施工方法与质量检验

 

免振压水稳碎石基层由于采用特殊的级配,可以用普通压路机来取代振动压路机,即可达到预期的压实强度。施工工艺将从以下4个方面控制。

 

拌和与摊铺

 

拌和时拌缸长度宜大于5m。不足5m时,宜减缓进料速度并减少生产量,保证拌和时间大于20s。且实际拌和用水量,宜大于最佳含水量0.5%~1%。

 

摊铺机行走速率控制在1~2m/min之间,两台摊铺机相距5~8m,搭接10~20cm,振捣频率和振幅要经试验段验证后,保持一致并锁定,不允许随意调整。一般以不振碎混合料碎石,且摊铺机不产生共振为最佳。

 

建议预夯锤振动频率为40Hz左右,振幅在20mm以上;熨平板振动频率小于6Hz,振幅大于8mm。螺旋布料器内料位高度占比为3/4,或满埋。严禁施工过程中收斗,每施工作业天允许收斗1次。摊铺机两侧及外侧增设橡胶围裙,防止集料竖向离析。

 

碾压

 

每个作业面宜配备至少5台压路机,其中包括2台重胶轮、2台单钢轮、1台双钢轮。

 

初压:由2台重型胶轮压路机紧跟摊铺机进行碾压,碾压遍数为每台3遍,共6遍。初压时紧跟摊铺机,并保持较短的初压区长度,尽快使表面压实,防止水分散失。

 

复压:由2台单钢轮压路机碾压,碾压遍数为每台1遍,共2遍。复压紧跟初压进行,碾压段的长度为40m。每台压路机均要全幅碾压,防止幅面压实度不均匀。

 

终压:由1台双钢轮压路机消除轮迹印,并配合缺陷处理组对混合料离析现象、局部水分过大现象进行缺陷处理。

 

当重型胶轮压路机初压轮迹较深时,宜采用双钢轮压路机初压1~2遍。

 

养生与切缝

 

养生要求同现行施工技术规范。

 

在上基层施工3~5d时,施工预锯缝,间距一般为8~15m,深度为层厚的1/3左右,宽度为3~5mm。

 

路面结构及层间处理措施

 

水稳底基层和基层总厚度一般为56~60cm,过街路段修补作业时,受到路段及通行时间的要求,两层或多层铺筑时,碾压完成后,可直接铺筑上承层,省去底基层和下基层的养生时间。但层间建议喷洒水泥净浆或干水泥粉作为层间联结措施。

 

水稳基层和面层间的联结措施推荐采用热洒性沥青碎石封层。热沥青洒布量宜在1.5kg/m2以上,碎石宜撒布粒径为11~22mm或11~18mm的单粒径碎石。

 

现场检测

 

为了验证免振压水泥稳定碎石基层设计与施工工艺是否满足质量控制指标的要求,对连接线500m试验路段水泥稳定碎石基层施工质量进行了检测。现场检测采用灌砂法检测试验段基层压实度,采用钻芯法取样,取出的芯样完整无散落且厚度满足设计要求,将其切割成标准试件后检测无侧限抗压强度。

 

检测结果表明:试验路段压实度代表值和平均抗压强度均可满足规范要求。

 

结语

 

通过本文的研究,主要得到以下结论。

 

(1)通过调低集料中较大粒径集料所占比例、适当增大水泥剂量的方法,配制水泥稳定碎石混合料,可以有效降低混合料对碾压功能的要求,达到减轻振动传递速度的目的,降低施工对道路周边建筑的影响程度。

 

(3)为了防止混合料中水分的散失,导致基层压实度不足,施工过程中摊铺完毕后应立即进行碾压。复压应当尽量消除胶轮压路机碾压造成的表面轮迹。

 

(2)考虑到免振压水稳基层施工的不均匀性,实际工程掺配的水泥剂量可比实验室配合比确定的水泥剂量高0.5%,用水量宜大于最佳含水量0.5%~1%。

 

(4)干缩试验表明:在室内自然湿度下风干7d内失水率变化较快,建议在施工过程中,严格控制混合料的含水量,做好养生工作并适当延长养生时间。