低剂量骨架密实型水泥稳定碎石基层在新河高速公路中的应用

文章编号:0451-0712(2008)02-0122-04 中图分类号:U4161223 文献标识码:B 低剂量骨架密实型水泥稳定碎石基层在新河高速公路中的应用沈康鉴1,高国华2,魏顺祥1,王随原3(11云南省公路开发投资有限责任公司新河公路指挥部　昆明市　650200;21重庆交通大学土木建筑学院　重庆市　400074;31重庆交通科研设计院　重庆市　400067)摘　要:水泥稳定碎石基层的材料和力学特性,对沥青混凝土路面的使用寿命有重要的影响。

结合云南新河高速公路路面基层的施工实践,探讨了低剂量骨架密实型水泥稳定碎石基层的设计、施工及关键因素的质量控制。

关键词:低剂量;骨架密实;水泥稳定碎石基层;质量控制 我国修建的高速公路绝大多数采用了半刚性基层沥青混凝土路面。

半刚性基层包括水泥稳定类及二灰稳定类基层,其中水泥稳定碎石基层被广泛使用。

传统的水泥稳定碎石基层水泥剂量较高,级配多为悬浮密实结构,因此基层模量高,容易开裂,基层产生的反射裂缝将诱发面层的开裂;过高的基层模量导致路面结构受力不合理;传统的水泥稳定碎石基层表面十分致密,透层油很难渗入基层,直接影响路面结构的整体性。

水泥稳定碎石这些因素对沥青混凝土路面的使用寿命都具有非常不利的影响。

云南新街～河口(新河)高速公路的路面结构为4c m改性沥青S M A-13+6c m改性沥青SU P-19 +8c m普通沥青混合料SU P-25+36c m水泥稳定碎石基层+18c m水泥稳定碎石底基层。

所在区域属于亚热带山地季风雨林湿润气候类型,其主要特点是:雨热同期,干湿季节分明,日照充裕,雨量丰沛,高温高湿,终年无霜。

区内多年平均气温为2216℃;极端最高气温为4019℃,7月份最热,7月平均温度为2717℃;极端最低气温为119℃,1月份气温最低,1月平均气温为1513℃。

多年平均降雨量为1770mm,主要集中在每年的5月～9月,多年相对平均湿度为86%。

因此,水泥稳定碎石基层的设计既要考虑干湿循环的影响,又要考虑基层和面层的受力协调性,目的是使基层具有合理的强度,而且使面层处于合理的受力状态。

已有研究表明,低剂量骨架密实型水泥稳定碎 石所用的水泥剂量少,更多地是依靠粗骨料之间的相互嵌挤形成结构强度,悬浮密实型则主要依靠水泥胶结提供强度。

因此,前者具有较好的水稳定性、抗裂性及抗冲刷性能等优点。

本文结合云南新河高速公路路面基层的施工实践,探讨了低剂量骨架密实型水泥稳定碎石基层的设计、施工及关键因素的质量控制。

1　低剂量骨架密实型水泥稳定碎石的组成设计111　水泥水泥选用当地红河牌3215级普通硅酸盐水泥,初凝时间为282m in,终凝时间为375m in,3d抗压强度为313M Pa,3d抗折强度为115M Pa。

112　集料为更准确地控制施工中集料合成级配,集料分为4档,且集料最大粒径≤3115mm。

集料压碎值为2012%,针片状含量为2614%,含泥量为017%。

113　水在拌和站钻井取水,然后转至蓄水池。

按照《公路工程水质分析操作规程》(JTJ056-84)要求进行水样试验,检验结果合格。

114　配合比设计力学计算显示,随着基层模量的增加,路表弯沉逐渐减小,但减小的幅度逐渐变小;沥青凝凝土层底的受力状态逐渐从拉应力过渡到压应力,但基层层底一直处于拉应力状态,且拉应力逐渐增加。

这表 收稿日期:2007-11-19　公路　2008年2月　第2期 H IGHWA Y　Feb12008　N o12　明,基层模量太低对面层不利,基层模量太高对基层不利。

因此,基层模量应具有一个合理的范围。

半刚性基层的无侧限抗压强度与其模量有一定的相关关系,但测试较为简单,故常以控制基层的无侧限抗压强度来控制基层的模量。

对于承载重交通的高速公路,低剂量骨架密实型水泥稳定碎石的设计抗压强度代表值R c,一般要求在3～4M Pa之间。

(1)按照规范中骨架密实型水泥稳定类集料级配范围要求,以4175mm为关键控制筛孔调试粗、中、细3种骨架密实型级配,级配结果见表1。

表1　水泥稳定碎石集料级配%筛孔尺寸mm3115261519109154175213601601075级配110095127618481722181312713211级配210096137615471627151611819216级配3100981384105816311823171011219上限10010086583228153下限100906838221680(2)每种级配的水泥剂量分别按312%、315%、318%等3个剂量掺配,通过重型击实试验,确定其最佳含水量和最大干密度,其结果见表2。

表2　混合料击实试验结果级配类型水泥剂量 %最大干密度 (g c m3)最佳含水量 %级配1312212131831521234113182124413级配2312212541031521264123182129416级配3312213141731521314193182132512(3)按规定压实度98%计算不同水泥剂量下试件的干密度。

(4)按最佳含水量和计算的干密度制备试件,采用静压法成型。

试件在25℃下保湿养生6d,再浸水24h后进行无侧限抗压强度试验。

(5)室内试验抗压强度的设计代表值按公式R c =R×(1-11645×C v)计算,其结果见表3。

表3　无侧限抗压强度代表值级配类型水泥剂量 %抗压强度平均值R M Pa偏差系数C v %抗压强度代表值R c M Pa级配13123161112219 3153181013312 3184111016314级配23123171111310 315411918314 3184131013316级配33123161218218 3154111312312 3184141117316 在满足强度要求的基础上,结合施工过程中的质量控制,选用级配2且水泥剂量为318%时的配合比作为最终配合比。

2　施工过程关键因素的质量控制211　加强拌和站料场管理(1)拌和站堆料场地必须先做硬化处理后才能堆料。

(2)集料堆场的走向应与拌和机冷料料斗排列方向平行,其间应间隔一定距离,供装载机行驶。

(3)冷料仓之间应设置加高隔板,并确定料仓宽度大于装载机机铲宽度。

在冷料仓正对装载机的一面,应设置标识料堆规格的显著标牌,以防装载机装料发生混装或误装。

(4)集料堆高不宜过高,堆放集料过程中应尽量避免发生离析。

各料堆之间应设置一定高度的砖砌隔墙或采用砂袋隔离,以防止各种集料之间相互混杂。

(5)每个集料堆场应设置面积不小于015m2的固定标牌,上面标示集料名称、规格、产地、责任—321—　2008年　第2期 沈康鉴等:低剂量骨架密实型水泥稳定碎石基层在新河高速公路中的应用人等。

(6)水泥稳定碎石拌和站必须修建能满足正常施工10d 以上的水泥仓库。

仓库必须封闭良好,地面设置架空隔离层,架空高度不小于30c m 。

(7)运输车装料时为减少混合料的离析,必须采用3次装料法。

为有效提醒运输车辆的司机,应在水泥稳定碎石储料仓附近醒目处设置3次装料标牌。

212　严格控制混合料的级配骨架密实型水泥稳定碎石基层成功的关键要点之一,是能够控制级配,保证粗集料之间的嵌挤。

因此,每天开盘前必须随机在皮带上截取1m 长的混合料进行筛分,如级配与目标级配相差较大应及时查找原因,采取措施纠正级配。

当天施工完毕,应对即将施工用的各档集料取代表性的试样进行水洗筛分,以详细掌握原材料的变化情况,根据情况对级配进行必要的微调,使施工配合比始终与期望配合比相吻合。

213　严格控制水泥剂量水泥剂量太低,水泥稳定碎石的强度和施工质量难以得到保证;水泥剂量过高,混合料的收缩系数增大,尤其是该区域高温多雨,降雨量和蒸发量都很大,更易产生干缩裂缝。

所以,必须有试验员及时检测水泥剂量,及时调整水泥供料仓的进料速度,满足施工中的水泥剂量的要求。

考虑施工过程的变异性,水泥剂量可增加011%～013%。

214　及时检测含水量水泥稳定碎石是水泥与集料的水化凝结硬化的产物。

含水量的控制影响到压实度的保证和裂缝的产生。

含水量过小时,基层表面松散,碾压容易起皮,难以压实;含水量过大时,碾压时粘轮,表面拥包、推移,而且基层成型后,蒸发散失的水分就越多,就越易产生干缩裂缝。

在拌和站每天应有专职试验员在早上、中午、下午分别测定各档集料的含水量,根据目标配合比设计的最佳含水量指标,结合当天的气温、湿度、运距情况,确定混合料拌和时的用水量。

施工现场检测压实度的专职试验员,在混合料摊铺过程中应及时测定含水量,及时反馈给拌和站试验员,以便根据现场施工情况及时调整混合料的含水量,保证压路机在最佳含水量状态下压实,达到最佳压实效果。

215　混合料的运输(1)运输车辆应保持车况良好,每天开工前清洗车厢,保持干净。

车辆宜采用大吨位自卸卡车。

(2)运输车辆应与拌和能力、运输距离和时间、摊铺能力相匹配,并略有富余,必须保证混合料摊铺连续作业。

(3)运输车辆装料时为减少混合料离析,应采用前、后、中3次装料法。

(4)运输车辆均要覆盖篷布,防止混合料水分蒸发或雨淋,并应尽快将拌和好的混合料运至摊铺现场。

如运输车辆途中出现故障,必须立即以最短的时间排除。

如果不能在初凝时间内修好,或在碾压完成后最终时间超过4h ,必须予以废除。

(5)车辆卸料时,在距摊铺机20c m 左右时设为空档,由摊铺机迎上去推动前进,严禁撞击摊铺机,影响平整度。

216　混合料的摊铺新河高速公路基层厚度为36c m ,分两次摊铺,每次摊铺厚度为18c m 。

由于低剂量骨架密实型水泥稳定碎石的粗集料多,细集料较少,很容易离析,传统的平地机操作很难满足要求,加之新河高速公路所在地区气温较高,平地机摊铺较为费时,故摒弃平地机采用摊铺机。

新河高速公路两个路面标段全部采用两台摊铺机梯状并行铺筑。

为满足标高和厚度要求,摊铺机采用钢绞线引导法找平。

(1)摊铺前应将下承层的浮料和杂物清除干净,然后适当洒水湿润。

两层之间应在洒水后根据施工进度喷洒水泥浆,以加强层间粘结。

水泥浆洒布应达到表面基本均匀,洒布速度应与摊铺机的行驶速度相匹配,避免水泥浆在上层混合料摊铺前硬化。

水泥浆的水灰比应经过试验确定。

(2)混合料的摊铺采用两台同型摊铺机同向间隔5～10m 梯状作业,半幅一次进行摊铺、碾压成型。

摊铺前应检查摊铺机各部分运转情况,而且每天坚持重复此项工作。

为避免出现摊铺机停机待料的情况,摊铺速度宜控制在115～215m m in 之间,松铺系数以试验段数据为准。

(3)摊铺机料斗两边由于积聚大量粗集料,应减少收斗次数,减少集料离析。

在摊铺机后面,应由专人对局部出现的“窝”状或“条”状粗集料的地方,采用人工二次拌和或加细料或清除多余的集料等方法进行处理。