韶山核心景區(qū)外環(huán)公路水泥穩(wěn)定碎石基層試驗(yàn)研究

劉振興

(韶山市交通運(yùn)輸局，湖南 湘潭 411300)

1 工程概況

韶山核心景區(qū)外環(huán)公路除新建北京路外大部分為舊水泥路面，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)公路。舊路面出現(xiàn)斷板、碎板、沉陷、錯(cuò)臺(tái)、麻面等病害，嚴(yán)重影響行車安全和道路服務(wù)水平。為慶祝毛澤東誕辰120周年，對(duì)現(xiàn)有舊路進(jìn)行提質(zhì)改造，要求在2013年12月26日前建成通車。改造路段原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為三層水穩(wěn)層(共50 cm)+瀝青表處+中粒式瀝青混凝土面層共58 cm厚。由于工期緊，任務(wù)重，無法按期完成施工任務(wù)，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將三層水穩(wěn)層改為兩層，總厚度不變，如圖1所示。選擇K13+800～K14+000路段作為試驗(yàn)段進(jìn)行基層攤鋪、碾壓試驗(yàn)，通過試驗(yàn)，獲取相關(guān)技術(shù)參數(shù)，為后期規(guī)模化施工組織、技術(shù)管理、機(jī)械設(shè)備配置與質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 調(diào)整前后路面結(jié)構(gòu)示意圖

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

水泥穩(wěn)定碎石是以級(jí)配碎石作為主骨料，采用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實(shí)。其初期強(qiáng)度高，7 d的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可達(dá)5.0 MPa，且強(qiáng)度隨齡期而增加很快結(jié)成板體，具有較高的強(qiáng)度、抗?jié)B度和抗凍性，在道路工程中得到大量推廣應(yīng)用。水泥穩(wěn)定碎石均屬中粒土，由于水穩(wěn)中含有水泥等膠凝材料，因而要求整個(gè)施工過程要在水泥終凝前完成，并且一次達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，否則不易修整。因而要求制訂科學(xué)高效的施工組織設(shè)計(jì)，確保施工質(zhì)量。

通過試驗(yàn)主要檢測(cè)混合料配合比、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、彎沉、壓實(shí)等指標(biāo)；確定拌合機(jī)的上料速度、拌和數(shù)量等，驗(yàn)證試驗(yàn)室確定的施工生產(chǎn)配合比；選擇適宜的施工機(jī)械和機(jī)械組合方式；確定攤鋪的速度、操作方式等；選擇壓實(shí)機(jī)具類型與組合，碾壓速度、壓實(shí)順序等；確定25 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層的松鋪系數(shù)；確定施工進(jìn)度、作業(yè)面長(zhǎng)度；檢查原材料是否合格，施工質(zhì)量是否符合要求；確定施工組織設(shè)計(jì)及質(zhì)量管理體系。

3 試驗(yàn)內(nèi)容與過程

3.1 試驗(yàn)原材料

水泥采用韶峰南方PC32.5水泥：初凝時(shí)間298 min、終凝時(shí)間387 min，3 d抗壓強(qiáng)度18.1 MPa、3 d抗折強(qiáng)度4.3 MPa。攪拌和養(yǎng)生用水要求潔凈、不含有害物質(zhì)，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。碎石采用湘韶碎石場(chǎng)碎石，集料尺寸符合規(guī)范要求，軟弱顆粒和針片狀含量不超標(biāo)，雜質(zhì)含量、含泥量等在控制在要求范圍之內(nèi)。各種材料分倉(cāng)堆放，邊界清楚。各種材料存量滿足階段施工需求。

3.2 混合料組成設(shè)計(jì)

水泥∶水∶(9.5～31.5)mm碎石∶(4.75～19)mm碎石∶(0～9.5)mm碎石∶(0～4.75)mm碎石=1∶1.06∶3.19∶4.99∶5.19∶6.58；水泥劑量5.0%，最大干密度2.28 g/cm3，最佳含水量5.1%。

3.3 試驗(yàn)參數(shù)與質(zhì)量控制

(1)碾壓機(jī)械、攤鋪機(jī)械就位

攤鋪機(jī)在K13+800斷面就位，按預(yù)設(shè)標(biāo)高調(diào)整熨平板，檢查鋼絲繩標(biāo)高、在熨平板下用墊木將熨平板調(diào)整到設(shè)定松鋪系數(shù)標(biāo)高和橫坡。將攤鋪機(jī)的傳感器調(diào)整到正常工作狀態(tài)后開始等料。壓路機(jī)停于攤鋪機(jī)之后，并清理壓路機(jī)輪。

(2)拌和

采用廠拌集中拌和，WCB500型電腦化控制，使用前進(jìn)行標(biāo)定，將所有集料全部按照設(shè)定值自動(dòng)控制，并進(jìn)行試拌混合料，驗(yàn)證配合比的準(zhǔn)確性。

(3)運(yùn)輸

采用20輛20T自卸汽車運(yùn)料，為保證汽車行駛安全和連續(xù)攤鋪，派專人在拌和站出口、便道交叉口位置處指揮交通，現(xiàn)場(chǎng)存料車4輛后才開始水穩(wěn)碎石攤鋪。

(4)攤鋪

攤鋪機(jī)寬度設(shè)置為4.8 m，松鋪系數(shù)暫定設(shè)定為1.30，攤鋪速度初設(shè)為1.5 m/min～2.1 m/min。攤鋪5 m時(shí)立即檢測(cè)攤鋪面的標(biāo)高及橫坡，滿足設(shè)計(jì)要求后，再繼續(xù)攤鋪。每10 m檢測(cè)水穩(wěn)碎石攤鋪頂面標(biāo)高，檢測(cè)位置同路基頂面檢測(cè)位置。根據(jù)之前測(cè)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的水穩(wěn)底面標(biāo)高計(jì)算出水穩(wěn)松鋪厚度及橫坡度，并做好數(shù)據(jù)采集。同時(shí)進(jìn)行攤鋪平整度檢測(cè)，達(dá)不到要求時(shí)，立即進(jìn)行調(diào)整。

在攤鋪過程中，對(duì)攤鋪機(jī)行走速度進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)在速度達(dá)到2.2 m/min時(shí)，前面車輛卸完料，后續(xù)車輛不能及時(shí)倒退到攤鋪機(jī)前卸料，造成攤鋪機(jī)停機(jī)待料；在速度為1.5 m/min，1.8 m/min，2.0 m/min時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)攤鋪機(jī)前始終有6～4臺(tái)車，并且攤鋪機(jī)沒有停機(jī)待料的現(xiàn)象，攤鋪機(jī)連續(xù)、平穩(wěn)攤鋪，表面平整度符合要求。最后選定攤鋪機(jī)的速度2.0 m/min。

(5)碾壓

混合料經(jīng)攤鋪與整型后，立即在全寬范圍內(nèi)進(jìn)行了碾壓。

初壓采用XSM220壓路機(jī)靜壓2遍，XS262J壓路機(jī)強(qiáng)振7遍，終壓由XSM220壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。壓路機(jī)碾壓速度前兩遍速度控制在1.5～1.7 km/h之間，然后控制1.8～2.3 km/h速度碾壓。路面的兩側(cè)較中間多壓2～3遍。該段落為右彎曲線段，右側(cè)設(shè)超高，碾壓時(shí)由左側(cè)路肩開始向路中心碾壓，壓路機(jī)的鋼輪重疊1/2輪寬，后輪超過兩個(gè)碾壓段的分界處。在碾壓的過程中，禁止壓路機(jī)在正在碾壓的路段上“調(diào)頭”和急剎車。壓路機(jī)碾壓完路面全寬時(shí)，即為一遍，碾壓一直進(jìn)行到符合設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度為止。

對(duì)碾壓過程中出現(xiàn)的“彈簧”松散、起包“臃包”等情況，及時(shí)翻開重新拌和或換填新的混合料，使其達(dá)到質(zhì)量要求。

(6)檢測(cè)壓實(shí)度

碾壓時(shí)，由試驗(yàn)室負(fù)責(zé)在指定斷面進(jìn)行壓實(shí)度觀測(cè)在用26T壓路機(jī)碾壓5遍、6遍、7遍直至壓實(shí)度滿足要求后各檢測(cè)一次壓實(shí)度，及時(shí)得出壓實(shí)度數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并找出最佳的碾壓組合和碾壓遍數(shù)。

(7)計(jì)算松鋪系數(shù)、橫坡度

碾壓完成后，測(cè)量人員每隔10 m迅速恢復(fù)斷面，并測(cè)量記錄各個(gè)斷面位置處的最終碾壓高度，計(jì)算出松鋪系數(shù)和橫坡度。

(8)檢測(cè)平整度、寬度

碾壓完成后，測(cè)量人員檢測(cè)最終碾壓寬度和平整度，并派專人對(duì)碾壓段產(chǎn)生的擁包進(jìn)行鏟除，人工撒布細(xì)料補(bǔ)平。

(9)接頭處理

由于試驗(yàn)段為半幅攤鋪，必須要做縱、橫向接縫處理，采用縱、橫向垂直接頭，用3 m尺檢測(cè)在平整度符合要求且碾壓密實(shí)處，劃直線鏟除多余料，用裝載機(jī)裝運(yùn)，遠(yuǎn)離施工地段。

(10)養(yǎng)生及防護(hù)

碾壓完成并經(jīng)壓實(shí)度檢查合格的水泥穩(wěn)定碎石基層，立即用土工布進(jìn)行覆蓋保濕養(yǎng)生，覆蓋2 h后，再用撒水車灑水，養(yǎng)生期小于7 d，養(yǎng)生期間做好交通管制工作，只允許灑水車輛通行，行車速度不超過15 km/h。

4 主要試驗(yàn)成果

(1)混合料各成分比例

通過試驗(yàn)確定混合料各成分比例為：

水泥∶水∶(9.5～31.5)mm碎石∶(4.75～19)mm碎石∶(0～9.5)mm:(0～4.75)mm碎石=1∶1.06∶3.19∶4.99∶5.19∶6.58；水泥劑量5.0%；最大干密度2.288 g/cm3；最佳含水量5.1%。

(2)松鋪系數(shù)

根據(jù)攤鋪前后及壓實(shí)后標(biāo)高測(cè)量分析結(jié)果分析，計(jì)算松鋪系數(shù)值。

現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)11個(gè)斷面的松鋪系數(shù)，最大值1.4，最小值1.29，平均值1.352。

(3)碾壓組合

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)碾壓遍數(shù)與實(shí)測(cè)壓實(shí)度值的關(guān)系，采用XS262J壓路機(jī)碾壓組合下碾壓9遍后壓實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求，靜碾一遍后水泥穩(wěn)定碎石表面平整、密實(shí)、光潔、無輪跡，外觀滿足規(guī)范要求，由此確定選擇靜壓2遍，振壓7遍、光壓1遍來控制25 cm厚基層水泥穩(wěn)定碎石的最終碾壓組合。另外為保證基層兩側(cè)邊緣的壓實(shí)度，采用平板打夯機(jī)進(jìn)行夯實(shí)。

5 質(zhì)量檢測(cè)與分析

(1)平整度

設(shè)計(jì)要求小于12 mm/3 m，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)20個(gè)點(diǎn)，有3個(gè)點(diǎn)不合格，合格率85%。

(2)攤鋪寬度

要求不小于設(shè)計(jì)值，檢測(cè)4個(gè)斷面，最大偏差+25 mm，最小偏差+8 mm，合格率100%。

(3)橫坡度

規(guī)范要求±0.5%，檢測(cè)4個(gè)斷面，最大偏差0.44%，合格率100%。

(4)高程

4個(gè)斷面高程檢測(cè)結(jié)果為，最小-14 mm，最大10 mm，合格率87.5%。采用高程控制樁，帶鋼絲線控制。不合格的點(diǎn)可能是由鋼絲線的松動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)松鋪厚度跟蹤測(cè)量不到位等有關(guān)。

(5)壓實(shí)度

靜壓2遍強(qiáng)振7遍收光1遍后壓實(shí)度檢測(cè)2個(gè)斷面，結(jié)果分別98.5%、98.8%，均大于設(shè)計(jì)要求的97%，合格率100%。

(6)水泥劑量

水泥劑量檢測(cè)2組數(shù)據(jù)，最小值5.2%，最大值5.4%，平均值5.3%，合格率100%。

(7)含水量

施工中含水量為5.1%～5.5%，滿足施工規(guī)范要求。

(8)強(qiáng)度

測(cè)試強(qiáng)度平均值5.1 MPa、標(biāo)準(zhǔn)差0.38、偏差系數(shù)7.5，強(qiáng)度代表值4.4 MPa，滿足規(guī)范要求。

(9)厚度

通過現(xiàn)場(chǎng)取芯，厚度最小達(dá)到24.5 cm，芯樣基本完整，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié) 語

通過水泥穩(wěn)定碎石基層試驗(yàn)段的施工和測(cè)試，結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員組織、機(jī)械設(shè)備調(diào)配、測(cè)量、質(zhì)量檢測(cè)的成果分析，試驗(yàn)段所采用的材料符合要求、主要技術(shù)參數(shù)合理、施工工藝可行，人力安排和機(jī)械組合高效，為后期規(guī)?；┕そM織、技術(shù)管理、機(jī)械配置提供了控制數(shù)據(jù)，為施工質(zhì)量控制提供了科學(xué)依據(jù)。