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水稳碎石基层施工中常见问题及控制要点

   随着高等级公路的发展及公路工程建筑材料的不断进步,作为半刚性路面基层的水泥稳定碎石(以下简称为水稳碎石)越来越被广泛应用,作为承载层的水硬性结合料显的尤为重要。现代化的施工工艺的发展弥补了水稳碎石在施工方面所带来的不足。

   1、水稳碎石强度形成

   水泥稳定碎石是以级配碎石作骨料,采用一定数量的胶凝材料和足够的灰浆体积填充空隙,形成板体后具有较高的强度、水稳定性、抗渗性和抗冻性。

   水稳碎石作为水泥稳定土中的一种被广泛应用有着其显著的优点。良好的粗细集料搭配使水稳碎石成为一种骨架密实型结构。

   2、水稳碎石混合料对材料的技术要求 水泥剂量是影响强度的关键因素,水泥剂量不等,其强度从几兆帕大到几十兆帕。作为无机结合料粒料,在满足强度条件下合理的水泥剂量不仅对经济效益而且对工程都有好处。水泥用量一般为混合料的3%~7%.

   水稳定性主要是研究水稳碎石在饱和水最不利情况下,判断其有足够的强度。在7天无侧限强度试验中已经作了检验。基层材料中石灰粉煤灰粒料,水泥粒料水稳定性最好。

   抗冲刷能力由于表层水的渗入,基层表面积水容易产生冲刷,造成路面病害,如唧浆,坑槽等。对于同一种稳定粒料而言,其冲刷程度随水泥剂量增加而减小,水泥剂量在4%-5%以上时抗冲刷能力大幅提高。所以在原材料选择上,严格控制细集料小于0.075mm的颗粒的含量和选择一个合适的水泥剂量为公路基层质量,提高奠定基层。

  水稳碎石收缩性主要表现为两类。㈠干缩,在水稳碎石施工结束,养生节段容易产生横向裂缝,沿纵向10m-20m就会有一条横向裂缝,缝宽0.2mm-2mm。其便是干缩缝。㈡温缩,在北方主要是由于气候温差所形成的,一般是头年铺筑好的路面第二年春天便表现出。为了尽量减少温缩裂缝,沥青面层一般采用改性沥青。

   3、水稳碎石配合比组成设计

  3.1原材料的选择

  施工规范中对水泥在初终凝时间方面做了特别的要求,应选用初凝时间3h以上和终凝时间较长(宜在6h以上)的水泥。宜采用标号325或425的水泥。主要考虑施工在运输、摊铺及碾压过程中的时间因素。规范限制集料最大粒径主要为了施工宜于摊铺,过大的粒径对摊铺机会造成损伤,也会对基层的平整度带来不利的影响。原材料宜选用二种或三种碎石加细集料合成,并使合成平滑的曲线。主要控制点为4.75mm筛孔力求其通过量接近级配范围中值,而4.75mm以下筛孔通过量在级配范围中值线偏下为好,为了使混合料压实成型后能成为悬浮密实结构。

  3.2最佳含水量和最大干密度的确定 水泥剂量对级配碎石最佳含水量和最大干密度的影响 水泥水化需要必要的水分,对于同种材料,最佳含水量应随着水泥剂量的增大而增大。

   确定水稳碎石的最佳含水量和最大干密度就是重型击实,在试验时主要测含水量时,应提前把烘箱打开到设定的温度下,以消除水化反应影响。

   图是某工程基层为水稳碎石,设计无侧限抗压强度为>4Mpa,粉煤灰等量替代20%水泥用量法(在水稳碎石混合料中加粉煤灰可减少水泥用量而不降低其长期强度),设计为5%的水泥用量。确定最佳含水量为4.9%,最大干密度为2.34g/cm3。

  干密度

  (g/cm3) 2.24 2.31 2.34 2.32 2.28

  平均含水量

  (%) 2.8 3.8 4.9 5.9 6.8

   由于水泥水化反应(水泥完全消化需要水量为水泥重量的20%),及在水稳碎石碾压过程中水分的蒸发,使得在现场检测压实度时所测得的含水量较最佳含水量小1-2点。也正是水化作用的影响,我们在测定含水量时应提前把烘箱打开调到105℃,减少水化作用的影响。在施工中建议用炒锅迅速检测含水量。

   从加水到拌和到压实成型(制件)的延迟时间对干密度和抗压强度的影响。在水稳碎石施工中不得不考虑的问题就延迟时间问题,从拌和开始,水化作就开始,有资料表明,随着延迟时间推移,水稳碎石强度损失也随之加大。延迟2h就会有10%-20%的强度降低。在施工延迟时间较长也不可能有较大的干密度,也影响路面的压实度。因此在施工中应尽量缩短延迟时间,才能达到施工效果。

   3.3影响强度的试验因素

  干密度对强度影响很大 施工单位一般采用配比试验所得出最大密度定值。但是作为基层所采用的原材料一般都不是很稳定,材料变化没有体现出来,一方面不符合实际,另一方面没有能很好的控制施工。预定的干密度宜为当天混合料击实的干密度,测定混合料的干密度试验也是很快的完成的。建议压实度也采用此值,就不会出现路面不论怎么碾压,路面压实度也不满足的情况了。

   制备方法 我国对无侧限强度试件应用的是静压法,在试验的过程中应严格遵守试验规程,试模两端的压柱应匀速的压入试模内,这样试件的两端密度才能达到一样,一组试件的强度变异性才可能小。

  脱模时间的影响 水泥的初凝时间在3h以上,终凝在6h以上,过早的脱模会破坏其内部结构的形成,会影响其强度的形成,过早脱模有时就形不成整体。

  湿度、温度的影响 试件用塑料薄膜包复后宜放在标准养护室内,在北方应保持20±2℃,在南方地区应保持25±2℃,不论水泥混凝土还是水稳碎石,湿度和温度是试件强度形成不可缺少的条件,也是很重要的条件。

  4、施工工艺对水稳碎石质量的影响

   4.1摊铺时的离析

  施工中由于摊铺机摊铺不均匀,形成大料集中,由于缺乏结合料而松散;拌和不均,造成胶结料不足而形成松散;由于原材料含水量不稳定,局部地方含水量偏少,不足以成型而松散;厚度不足或基础弯沉太大,造成的松散;在施工中碾压后用细料找平,所形成的薄层松散。

   4.2水稳碎石混合料与下层联结不牢固

   施工摊铺前,下层未洒水湿润,造成底部缺水不成型而松散;下层弯沉值太大,没有压实;大料集中,压不实而松散。

  4.3路面通车后出现唧浆、坑槽、拥包现象

  基层强度未形成,提前开放交通,行车荷载产生剪应力在水稳碎石层形成的剪切破坏;水稳碎石层养生的不好,整个路面基层强度降低,水稳碎石基层上部有1-2cm深破坏,形成粉末和小块,这些粉末和小块破坏了沥青层与基层的粘结,而形成拥包。

  4.4推移、波浪或起皮

  施工碾压过程中,振动式钢轮压路机出现推移、波浪或起皮有轻微的推移属正常情况,由于钢轮作用在松铺混合料,会推动混合料稍稍移动;由于下层不平整,会碾压时出现波浪和推移;混合料偏细,骨料缺少也会出现推移;碾压弯道没有由内侧路肩向外侧路肩碾压,碾压直线段没有由两侧路肩向路中心碾压;起皮主要由于原材料特别是细集料中含泥量大或有泥块。

  4.5碾压过程中出现细料下沉,骨料压碎现象

   混合料中有碎石存在大量的超颗粒;混合料偏粗,在振动碾压时,细料下沉,骨料露出易被压碎。

   4.6碾压过程中出现表面松散或起弹簧

  表层松散主要是含水量偏少,可补洒少量水;起弹簧为局部含水量太大所引起,起弹簧处可挖除重换新料。

   5、预防措施

   为了克服以上问题,要做好以下几点⑴加强施工管理加大机械投入,按照施工规范要求投入大功率机械设备,标准化施工。⑵做好施工配合比控制要减少人为因素的影响,严格控制施工中水泥剂量既要做到经济合理又要保证施工质量。⑶准确控制施工中的含水量,厂拌混合料按最佳含水量结合气温、湿度、运距确认施工中实际的用水量。⑷做好摊铺中的接缝处理,当摊铺机的宽度不足时采用双机摊铺,避免纵向接缝,将摊铺机附近及未满足压实度要求的混合料铲除,将已压实且高程和平整度符合要求的末端挖成垂直断面设置好横向接缝。⑸做好已成段落的养生,可以在做好的基层上做下封层,也可以覆盖养生,养生期不小于7d。

  主要的参考文献

  (1)《高等级公路半刚性基层沥青路面》 沙庆林 编著 人民交通出版社 1998 [1]

  (2)《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》 (JTJ057-94)

  (3)《公路路面基层施工技术规范》 (JTJ034-2000)