浅谈水稳层大宽度大厚度施工工艺

2010年第3期  西南公路XINANGONGL

浅谈水稳层大宽度大厚度施工工艺

郭守见,肖建华,

(1.  四川巴陕高速公路有限责任公司成都6100412.成都华川公路建设集团有限公司成都610041)

<摘要>介绍了路面基层及路面面层大宽度大厚度施工新工艺的发展趋势、施工设备性能特点、该工艺在四川高速公路都汶高速公路路面施工中的推广应用及该施工工艺与传统施工工艺的比较。

<关键词>水稳基(底基)层;大宽度大厚度;施工工艺

<中图分类号>u4z6217  [文献标识码]B

0前言

我国高等级公路半刚性基(底基)层设计厚度一般为数20cm～40cm,基层、底基层厚度共计50cm～60cm,由于受摊铺及压实机械性能的限制,摊铺机无法满足大宽度大厚度一次性摊铺,一般压实机具也无法满足20cm厚以上水稳基(底基层)的压实要求。长期以来,水稳基(底基)层一直采用分层并机摊铺,该施工工艺存在上下施工层粘结不牢,平整度不理想,纵向接缝处理困难,施工离析,施工效率低下等问题。因此解决水稳基(底基)层分层并机施工中存在问题已成为目前高等级公路施工的一大课题,以期从施工机械设备改进入手,实现半刚性水稳基(底基)层大宽度大厚度一次摊铺成形施工。在四川高速路的建设中,都汶高速公路的水稳施工进行了这方面的尝试,并取得了成功。

1大宽度大厚度路面施工的特点

1.1路面施工工艺发展趋势

随着我国高速公路建设投人的加大,如何提高施工效率、提高施工质量、节约成本,开发适应我国基础设施建设快速发展所需的新型摊铺机械,实现大宽度大厚度抗离析一次成形施工作业,国内外均有公司进行了这方面设备的研究和制造。国外有意大利玛连尼、比泰利(卡特匹勒)、ABG525、VOGELE2500,国内陕西中大机械集团,均开发了这方面所需的设备。目前新一代摊铺设备摊铺最大宽度为16m,最大摊铺厚度可达60cm(压实后为42～45cm),能满足双向六车道高速公路路面大宽度大厚度一次成形施工需要;以及与之匹配的振动压路机,其静压力为32t,最大激振力可达81t,从投人使用以来的在多条高速公路施工应用中均取得了较好的效果,引领了现代路面施工工艺的发展新趋势。

1.2大宽度大厚度路面施工摊铺设备的特点

(1)功率大,摊铺宽度大。超级摊铺机功率为220kw以上,.摊铺宽度为12～16m,主要用于12m以上大宽幅单机摊铺施工。

(2)采用抗横向、抗纵向、抗高度方向离析的设计。在布料时加强了二次拌和作用且稳定平缓均匀地向两侧挤出物料,有效避免离析。

(3)摊铺厚度增加。大厚度摊铺可至400～600mm,对基层稳定土一次成形有着重要意义,既提高生产率,减少施工麻烦降低成本,同时又保证稳定层的整体板块结构。当然基层大厚度摊铺应有配套的压实设备来保证。

2大宽度大厚度施工工艺在都汶高速公路水稳施工中的推广应用

2.1工程概述

国道317、213线都江堰至汶川公路工程项目高速路段为双向四车道,设计行车速度为80km/h,路基宽度为24.5m,主线路面结构层为30cm厚水泥稳定碎石底基层+20cm厚水泥稳定碎石基层+6cm厚中粒式沥青混凝土AC一20c下面层+6cm厚中粒式沥青混凝土AC一20C中面层+4cm厚改性沥青AK一13A抗滑表层。本高速路段起讫桩为Ko+000一K25+858.345长25.8km。

水稳底基层半幅设计宽为12.56m,厚30cm。2007年都汶高速LM1合同段在进行水稳底基层施工中较为成功地在四川首次尝试了大宽度(主线半幅宽12.56m,玉堂方向分离双车道匝道宽巧28m)大厚度(压实厚30cm,松铺系数为1.40,松铺厚度为42cm)摊铺及碾压施工工艺,在试铺筑成功后,在项目的后面施工中进行了推广应用,并在。5.l2汶川特大地震后项目灾后重建水稳施工中也得到全部采用。鉴于大宽度大厚度施工与传统并机分层摊铺碾压施工工艺相比较,不同之处在于摊铺、碾压工序施工机具及工艺不同,而原材料质量控制、配合比设计、混合料拌和、运输、养生工序施工机具及工艺同传统施工工艺要求,因此本文仅介绍都汶路底基层大宽度大厚度施工中摊铺及碾压工艺。

2.2摊铺碾压机械设备配置(见表1)

表1摊铺碾压机械设备配置表

2.3施工放样

用全站仪按10m间距放出路线中桩,再沿横断面方向距中桩13.15m放出边桩控制点,用白灰划出底基层摊铺设计边线,设计边线距中桩分别为0.145m及12.700m,设计摊铺宽度为12.555m。据此边线设置挂线钢钎,然后测量各高程控制点实际高度,再根据设计高程和松铺系数(经测定为1.40)计算出松铺高度,在钢钎上作好高程控制标记,并据此张拉基准钢丝。

2.4混和料摊铺

(1)高程基准钢丝设置

施工时采用双基准钢丝来控制摊铺层顶面高程和厚度,底基层摊铺采用一台陕西中大DT1600摊铺机半幅全厚一次进行。首先按设计摊铺宽度线放出摊铺边线,设计宽度线距中桩分别为0.145m及12.700m,然后在距中桩0.3m和距中桩13.15m(距设计宽度边线45cm)处每10m整桩处设置承托钢丝的挂线钢钎,张拉好用于承托仪表的基准钢丝,并据挂线高程调整各桩位钢丝高度,测量、调整钢丝高度时必须准确无误,以保证摊铺顶面高程、厚度和平整度。

(2)摊铺机调试准备

摊铺前于路床表面适量喷洒结合水以湿润路床,增强底基层与路床的粘结牢固性与整体性,摊铺前认真检查摊铺机各部分运转情况,调整好熨平板的初始工作仰角,将两侧的传感器臂放在基准钢丝上,调整好传感器与基准钢丝间关系,在熨平板下垫上厚约42cm即为水稳碎石底基层松铺厚度(松铺厚度42cm=摊铺压实厚度30cm+松铺厚度12cm)的枕木,并调整好熨平板的横坡度。

(3)混合料摊铺

由于拌和机产量约为500t/h,摊铺机速度控制为1.2～1.5m/min,使拌和与摊铺能力基本匹配,调整好夯锤振级并保持稳定,保持螺旋布料器有三分之二埋入混合料中,确保感应器在钢丝上的滑动不受任何阻碍。摊铺开始后用拉线、钢尺、钢钎检查摊铺顶面高程及松铺厚度,若有误差立即缓慢调整,当摊铺顶面高程在容许误差范围内时则不再随意调整。摊铺过程中应保持摊铺速度、摊铺厚度、松铺系数、顶面横坡、平整度、振动频率等稳定,不得视其来料多少随意改变摊铺速度及振夯大小,如因摊铺需要改变厚度或高程时,可以缓慢调节厚度旋钮,电脑将在一定时间内自动完成。摊铺过程中,安排专人清除卸料时散落在履带前的混合料,在摊铺机后面设专人消除少量的粗细集料离析现象,如发现粗集料“窝”,应立即将其铲除,并用新拌混合料填补或安排专人采用细料将其均匀洒布覆盖,再进行碾压。

2.5混合料碾压

(l)碾压工艺:第一遍18t单钢轮振动压路机前进时静压,后退时弱振(高频低幅)。第二遍22t单钢轮振动压路机弱振1遍(高频低幅)。第三遍22t单钢轮振动压路机强振l遍(高幅低频)。第四遍32t单钢轮振动压路机强振1遍(高幅低频)。第五遍32t单钢轮振动压路机强振1遍(高幅低频)。第六遍32t单钢轮振动压路机弱振l遍(高频低幅)。第七遍犯t单钢轮振动压路机强振l遍(高幅低频)。第八遍22t单钢轮振动压路机弱振1遍(高频低幅)。第九遍胶轮压路机碾压1～2遍,直至无轮迹为止。

(2)碾压注意事项:碾压时在直线段由两侧路肩开始向路中心碾压,在弯道超高段则由内侧开始向外侧碾压,当第一台压路机碾压至路幅的1/3宽时,第二台压路机开始碾压,如此循环形成流水作业;在每一作业段结束处画一条横贯全断面的斜线,并在路旁放一个标明碾压状态的标识牌,压路机折回处应成阶梯状;碾压时,压路机钢轮应重叠至少1/3轮宽,且后轮必须超过与前段的接缝;两侧多压1～2遍;复压完成后胶轮压路机开始全幅碾压直至无轮迹为止。碾压过程中严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车;碾压过程中,表面应始终保持湿润,如表层水分蒸发过快,则及时补洒少量的水分,严禁洒大水碾压;碾压过程中,应设专人铲除少量离析粗集料,并填补新料摊平,先用钢轮压路机补压,再用胶轮压路机碾压收光;碾压完毕后及时进行压实度检测,若压实度不合格,应及时补压直至压实度合格为止。

2.6检测结果

都汶高速公路LM１合同段路面工程水泥稳定碎石底基层采用大宽度大厚度摊铺工艺施工桩号为Ks+000一K13+100段,里程长6.1km,扣除桥涵后净长5.7km,施工完毕后,按照《公路工程质量检验评定标准》JTGFO80/l一2004对压实度、平整度、高程、宽度、厚度、横坡、强度等项目逐项检查,各项技术指标检测结果统计如表2所示。

从检测统计数据分析可得出结论,采用大宽度大厚度施工各项技术指标均能达到技术规范质量标准要求。

3大宽度大厚度工艺与传统并机分层工艺比较

水稳层作为高等级路面基(底基)层时,其厚度一般都大于20cm,按现行施工技术规范《公路路面基层施工技术规范(JTJ034一2000)》基层应并机分层施工,下基层成型、碾压完毕后至少需要养生7天后再铺筑上一层;大宽度(9m以上)油面施工两台摊铺机一前一后相隔约10～20m同步前进摊铺混合料。随着大宽度大厚度施工机械及施工工艺的出现,则可单机整幅全厚一次摊铺碾压完成,大宽度大厚度施工与传统并机分层施工工艺相比较具有如下优越性。

(1)提高基(底基)层整体性。在路面设计中基(底基)层作为整体考虑,传统分层施工方法存在下层光面,上层大料滚落造成层间结合不紧密,容易使上下层间分离,使上基层底面的弯拉应力增大,对路面基(底基)层整体性能及结构的使用寿命产生不良影响。采用大宽度大厚度施工,因其是全厚整层一次性施工,有效地解决了层间分离、结合不紧密的问题,提高了整体性。

(2)提高生产效率。传统并机联铺施工两台摊铺机需要熟练配合,一台摊铺机在卸料车上料时势必对另一台摊铺机产生影响;一台摊铺发生故障整个摊铺就要停止,而两台摊铺机的故障概率要高于一台,一般大宽度全厚式摊铺生产率要比双机联铺高30～40%。

(3)提高基(底基)层平整度。并机联铺两台摊铺机的松铺系数不可能完全一致,极易产生中间接缝处一边高一边低,在施工中接缝处平整度也难于控制,由此造成路面平整度差,影响了路面质量、平整度和外观,而单机全幅摊铺完全避免了此问题。

(4)缩短施工工期。分层施工时,下层施工完毕后需要较长的养生时间,增加了工期,分层施工时下基层成型碾压完毕后,至少需要7天才能铺筑上一层,而大厚度摊铺除省去7天养生期外还节约了备料、支模、清扫、喷洒水泥浆等施工准备时间。

(5)避免基(底基)层产生早期损坏。即使下基层养生期结束后,在上基层铺筑过程中,下基层强度尚未充分形成,在上基层施工中由于大吨位振动压路机和工程运输车辆的碾压极易造成下基层结构的早期损坏,导致下部结构散裂、微观裂隙发育、强度形成不够充分,而全厚式摊铺则因其一次性进行,完全避免了基层的早期损坏。

(6)避免传统摊铺机设计上产生的离析和并机联铺拼缝离析。大宽度大厚度超级摊铺机针对抗横向、抗纵向、抗高度方向的离析进行了专门的设计,从而避免或减少传统摊铺机施工时产生的离析;传统并机摊铺作业时,双机并幅摊铺的主要问题在于施工成本高,中间接缝的带状离析和高度向离析难以克服,同时在工作中断时产生片状离析,拼缝处一般是车道处(汽车轮碾压处),严重影响了路面质量,单机全幅摊铺则避免了拼缝处离析问题。

(7)降低工程造价。传统分层施工同样的基层施工工序需要重复进行两次,增加了人力、物力投人,导致工程造价的增加,双机联铺同时需2台摊铺机及2组施工人员,而大宽度大厚度单机摊铺仅需1台摊铺机及l组配套施工人员,且工艺简便,单机大厚度摊铺施工总时间仅为双机分层摊铺时的40%,设备和施工人员大大减少,减少设备租赁费及人工费,提高了施工效率,经济效益明显。但取芯时有缺陷,部分芯样下部空隙偏大且底部松散,这是因为检测时采用灌砂法,其结果是平均值,所以合格。而实际上,上部压实度超百,下部压实度不够,所以出现此现象,因此在没有更为科学成熟压实度检测方法时则应加强过程控制,尤其要控制其碾压遍数和注意碾压方法。

4存在的问题

大宽度大厚度施工在都汶路的推广及应用总体说来是成功的,施工完毕后进行各项指标检测偏差均在设计允许范围内,但也存在如下需改进行问题:

(l)松铺系数的控制。水稳基(底基)层全厚摊铺时,因摊铺厚度增大,摊铺机夯锤力量没有增加,松铺系数要增大,但具体增大多少合适目前还没有成熟的经验,由于一次摊铺成型没有二次补救的机会,因此高程和厚度控制必须要准确,松铺系数也要通过试验经过多次施工总结才能准确确定。

(2)边部控制较为困难。由于大厚度施工摊铺厚度较大,加上采用32t超大吨位压路机,激振力可达81t,侧向力也很大,因此边部容易压塌,线型也较难控制,不易压到位或压实;采用钢模时也会引起模板侧向变形,而且会造成模板上下跳动,模板固定较难。

(3)增加压实度检测难度。压实度检测是水稳基(底基)层施工质量控制的有效手段,也是反映施工质量的重要指标之一,在检测时压实度合格, 但取芯时有缺陷,部分芯样下部空隙偏大且底部松散,这是因为检测时采用灌砂法,其结果是平均值,所以合格"而实际上,上部压实度超百,下部压实度不够,所以出现此现象,因此在没有更为科学成熟压实度检测方法时则应加强过程控制,尤其要控制其碾压遍数和注意碾压方法。

5结束语

(1)当代超级摊铺机大宽度、大厚度一次摊铺平整度好,生产效率高,成本低,离析带少(支撑带少且无接缝),两外侧即使有离析也处于道路非承重带上,基层大厚度摊铺板块整体结构好,因而这是一种适合中国快速发展施工要求的有发展前景的机种和施工工艺。

(2)都汶高速都映段通车已一年多,地震前后采用大宽度大厚度施工工艺施工的水稳层以及路面,目前运行良好,未出现由于施工质量而产生的破坏。大宽度大厚度施工工艺在都坟路得到成功运用后,也推广到了四川其他高速公路项目的施工中。

(3)大宽度大厚度施工虽然目前在国内得到了一定的应用及推广,但在技术上还不是很成熟,上面提到的存在的问题,还有待从施工设备和工艺上进一步改进。

(4)目前水稳基(底基)层施工究竟采用传统并机分层摊铺工艺还是采用单机大宽度全厚式摊铺工艺,则应根据路面等级、水稳层设计宽度及厚度、质量要求、混合料结构状态等因素综合确定。但大宽度大厚度施工具有其诸多优点和发展潜力,值得大力发展和推广,并为现有路面基层和路面面层施工技术规范的修订积累经验和数据。该施工工艺必将成为路面基层和路面面层施工新设备、新工艺的发展方向和趋势。

参考文献

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