宽幅大厚度水泥稳定碎石基层施工质量控制研究.pdf

115交通科技与管理工程技术0引言随着高速公路施工机械设备的创新应用，近年来，大厚度水泥稳定碎石基层摊铺技术越来越广泛地被采用。虽然与之相适应的大功率机械设备已研发成功并投入使用，但大厚度水泥稳定碎石基层摊铺工艺目前仍不成熟，该文结合该技术在工程项目中的应用，浅谈宽幅大厚度水泥稳定碎石基层施工质量控制重难点。1水稳基层宽幅大厚度摊铺施工技术简介1.1技术研究背景我国的高等级公路普遍采用半刚性基层路面结构形式。水稳基层位于路面面层和路基之间，承担路面荷载并传递应力。在水稳基层沥青路面中，基层是主要的承重层，基层的强度和质量对整个路面的强度、耐久性具有重要影响。目前，我国水稳基层施工的主要方式是并机分层摊铺。在高等级公路路面结构中，水稳层的总厚度通常为 3060 cm，实际施工过程中一般分为二至三层进行并机摊铺。在施工过程中，这种工艺存在以下不足之处：（1）分层摊铺，基层整体性差。（2）分层施工，需要分层养护，由于养护过程中水分的挥发，易造成基层质量隐患。（3）分层施工工艺复杂、繁琐，施工时间长，施工效率较低。（4）并机梯次摊铺搭接带处会出现竖向离析，影响路面施工质量。针对水稳基层传统分层施工中存在的问题，采用宽幅大厚度一次摊铺成型基层，通过对施工各个环节的优化，从而解决宽幅大厚度施工过程中的离析、平整度控制、压实度控制等技术难题，不仅可以提高施工效率，加快工程进度、降低施工成本，而且可以改善路面结构，提高水稳基层整体受力，避免了并机搭接处的离析现象，从而增加路面耐久性，延长使用寿命，提高服务能力。1.2适用范围水稳基层宽幅大厚度摊铺施工技术，一般用于高等级公路路面水稳基层设计厚度大于 20 cm 的路面工程项目1。1.3关键技术简介采用将大型摊铺机螺旋加大和熨平板加长的方法，进行宽幅大厚度摊铺作业对以往 23 层并机摊铺完成的水稳基层进行一次性摊铺成型，从而提高基层整体性。另外需配备 32 t 以上振动压路机进行整平碾压，确保摊铺基层的厚度、压实度、平整度等指标满足设计和规范要求。1.4施工工艺简介该施工技术与传统水稳基层多层并机摊铺施工工艺相比，需增加培土模工艺，其他工艺与传统做法相似，主要包括拌合 运输 摊铺 碾压 养生等环节，具体如图 1 所示。2宽幅大厚度水稳基层施工质量控制重难点2.1离析控制由于现实情况中，拌合站与施工现场有一定的距离，且各地区每日气温随时间不断变化，早晚气温较低，中午气温较高，导致混合料含水率较难控制，进而会导致混合料容易产生离析现象；其次大厚度水稳基层摊铺，由于摊铺厚度较大，混合料经过螺旋布料器布料摊铺后产生的粗细集料集中现象较薄层摊铺更加明显；另外，由于宽幅大厚度摊铺施工，碾压设备功率更高，高功率的振动碾压，会增加粗细集料的分离，从而更容易产生基层表面离析现象。因此，如何有效地控制离析现象，也是宽幅大厚度水稳基层施工质量控制的难点。收稿日期：2023-07-20作者简介：曹树鑫（1990）,男,本科,工程师,研究方向：公路工程。宽幅大厚度水泥稳定碎石基层施工质量控制研究曹树鑫,谢天胜,于歆晨,袁飞（葛洲坝集团交通投资有限公司,湖北 武汉 430030）摘要并机分层摊铺是我国水稳基层施工的主要形式，在实际施工过程中往往施工效率较低，宽幅大厚度水稳基层摊铺变分层并机摊铺为宽幅一次性大厚度摊铺，既提高施工效率，又能提高施工质量，必将成为今后的发展趋势。文章通过对宽幅大厚度水泥稳定碎石基层施工的各个工艺环节进行系统分析，从集料配合比、摊铺工艺、碾压方式等方面提炼出一套宽幅大厚度水泥稳定碎石基层施工质量控制要点，能够有效提高宽幅大厚度水泥稳定碎石基层施工质量。关键词水稳基层；宽幅大厚度摊铺；质量控制中图分类号U416.214文献标识码A文章编号2096-8949（2023）21-0115-042023 年第 4 卷第 21 期116交通科技与管理工程技术2.2压实度压实度作为水稳基层实测项目的关键指标，是水稳基层施工的重难点，在基层碾压过程中，压实度随着层厚的增加，从压路机传递到基层的荷载压力逐渐减少。如碾压设备功率达不到要求，必然导致基层底部出现松散、欠压等情况，所以大厚度摊铺，基层压实厚度较大，必须保证碾压设备的功率达到要求以及碾压机械组合的合理性，该项往往成为施工质量控制重难点。2.3平整度采用宽幅大厚度摊铺水稳基层，由于虚铺厚度较大，平整度较难控制，另外，含水量控制不好，含水量过大，易产生弹簧、波浪的现象，碾压时造成高低不平。3宽幅大厚度水稳基层施工质量控制措施3.1离析控制措施3.1.1混合料的配合比控制（1）水泥掺量。在水泥掺量分别为 3%、3.5%、4%、图 1工艺流程4.5%、5%的条件下，采用振动压实法确定各混合料的最佳含水量和最大干密度。根据最佳含水率和计算出的干密度制作试件，进行相应的强度和模量试验，并根据试验结果选择合适的水泥掺量，如图 2 所示。（2）生产、验证配合比：绘制水泥剂量含量的标定曲线，根据矿石级配、水泥类型、标准水泥用量，以及加减 1%、加减 2%五个点绘制乙二胺四乙酸标准曲线。为了保证实际生产的混合料级配与目标级配吻合，要求在拌合现场试验取样。做法为：在拌合站，各档集料分别通过输送上料皮带，上料稳定后停机，试验人员在上料皮带上取 1 m 范围的全部矿料进行水洗筛分；根据各档料的筛分结果确定混合料级配，按照原材料情况进行掺配，从而确定各档集料的比例。按照各档集料的比例，调节拌合机各料仓的进料速度，对相应的称量装置进行设定。按照设定好的拌合参数进行第一阶段的试生产，过程中不添加水泥等结合料和水，然后等输送上料稳定后停机，在上料皮带上取 1 m 范围内的所有混合料进行筛分，验证级配是否符合设图 2振动击实曲线计要求，如不满足，应进一步调整施工参数，直到合格为止。这阶段工作应做好相关记录，作为材料配合比设计报告中的一部分内容。在第一阶段试生产试验完成后，进行第二阶段试验。根据第一阶段确定的各项施工参数输送各档矿料，先按照标准剂量加入水和水泥，再按标准剂量 1%的剂量加入水和水泥。取样后分别进行含水率、水泥掺量、117交通科技与管理工程技术振动压实试验和 7 d 无侧限抗压强度试验。在生产、验证配合比确定过程中，拌合站机械工程师和操作员应在试验工程师的配合下对配料机的秤量系统、拌合速率、水泥输料器，按 型分布的规律进行调试 试拌 检测 调试，反复循环调试，直至级配、水泥剂量、含水量、集料均匀性满足要求，调试时间一般不少于 15 d。通过测定含水量，确定水流量计的合理设定范围；通过测定水泥剂量，确定混合料拌合时掺加水泥的相关技术参数；针对标准级配，通过振动击实试验，确定当水泥剂量、含水量发生变化时混合料最大干密度的变化情况，为工程质量检验提供参考；通过抗压强度试验，确定材料的实际强度等级和搅拌过程的变化等级，为工程质量控制和评价提供参考材料。为减少基层裂缝，应特别注意以下两点:在满足设计要求的前提下尽可能限制水泥的用量；当合成级配满足设计和规范要求时，限制细骨料的使用量。通过此过程对混合料配比的优化，能够明显减少混合料离析的产生。3.1.2集料铲料控制由于铲料过程中，上部粗集料会滚落到下部，因此装载机不能从料堆的下部直接铲料，而要用装载机对料堆滚落的粗集料进行重新拌合后再铲料，避免因原材料的变异性造成混合料的级配变化，这样在施工过程中将会有效减少离析现象的发生。3.1.3运输控制一般采用自卸汽车运输，为了避免混合料在装载和运输过程中产生离析现象，采用分三次呈“品”字形装载的方法，如图 3 所示。该方法通过第一次在汽车前部、第二次靠近汽车尾部、第三次在汽车中部装料的方式，避免装料过程中粗集料的过度滚动造成离析。此外，对运输便道进行整平处理，减少运输颠簸，以进一步减少离析。在施工过程中，根据实际情况制定施工组织计划，并计算出适宜的运输车辆数量，可以确保摊铺机前始终有运输车在等候卸料，水稳混合料运输车的运输量需要略大于摊铺机摊铺量，从而使摊铺机能够实现无间断连续作业。图 3“品”字形装料示意图3.1.4摊铺控制混合料摊铺过程中保持摊铺机匀速行驶，摊铺机摊铺一车料将完成时，关闭送料器，保证摊铺机料斗中剩余至少 1/2 料斗混合料，暂停行驶，等下一车料倒入后再进行均匀送料和布料。铺筑过程中始终保持摊铺机螺旋布料器匀速转动，同时保证摊铺机两侧持续保持有不少于送料器高度 2/3 的混合料2。3.2宽幅大厚度水稳基层压实度控制措施3.2.1混合料含水率控制碎石等原材料放在料仓里经过日晒、雨淋，含水率发生了一定的变化，在施工前，由试验室对碎石等原材料重新进行含水率的测定，再根据试验室配合比准确换算出施工配合比。针对环境温度变化，对同车混合料出厂时含水量和摊铺时含水量检测，计算出变化关系，保证摊铺时达到最佳含水率。3.2.2控制碾压速度，增加碾压遍数通过对各个碾压机具不同碾压速度的研究，绘制碾压速度与压实度的关系曲线，根据曲线确定每种碾压机具的最佳碾压速度。碾压过程一般按照初压 复压 终压进行，初压一般为静压，压实度的大小主要取决于复压过程中强振产生的压实功，根据复压过程中强振碾压遍数绘制碾压遍数与压实度关系曲线，确定达到要求压实度的最少碾压遍数，以此指导施工。3.2.3运输覆盖，及时碾压 首先，采用自卸汽车运输并加盖篷布以防止雨淋和水分蒸发，从而保持混合料含水量的稳定性。其次，在摊铺时应尽快进行碾压，摊铺 2030 m 后立即进行碾压。对于直线形横坡路段，应从外侧到内侧依次碾压；对于超高路段，则应从内侧向外侧路肩依次碾压，以保证混合料在碾压时的均匀和稳定。此外，在碾压时，应将碾压轮横向错半轮，防止漏压或碾压不均匀。最后，严禁压路机在已完成或正在碾压的路段上调头或急刹车，以避免对水稳层表面造成扰动。同时，在碾压过程中应适当喷水，使水稳层表面始终湿润。天气炎热时，水稳层表面水分蒸发过大，如表面干燥无法碾压密实，可使用人工及时翻开并换填新的混合料，使其可碾性达到要求。3.3宽幅大厚度水稳基层平整度控制措施3.3.1底基层平整度的检测摊铺前，需按照规范要求检测底基层平整度，底基层平整度必须达到设计及规范要求，才能进行水稳基层的摊铺，否则必然影响基层平整度。3.3.2摊铺机的调整与运行摊铺前，应对摊铺机熨平板进行精准的调整达到水平状态，确保熨平板处于同一平面，经过实践，一般采用挂线法进行调节；摊铺过程中，保持摊铺速度均匀且连续进行摊铺，根据拌合站产能以及运距计算摊铺机最佳的摊铺行走速度，并确保摊铺机前方始终有一定数量的运料车辆在等候卸料，否则摊铺机停机待料会影响基层摊铺的平整度。3.3.3碾压作业碾压作业应在混合料含水量接近最佳含水量时进行，避免含水量过大，产生弹簧、波浪现象。碾压应本着“先快后慢”“由低到高”的原则，防止出现混合料的推移。（下转第 114 页）114交通科技与管理工程技术将物联网技术运用到高速公路预防性养护管理中，以智慧高速公路体系为基础，展开互联互通，实现数据自动化检测、采集、跟踪，以减少操作费用，提高工作效率。5结论综上所述，随着公路运营年限的增加，公路养护压力不断增大，养护资金投入越来越大，实际养护工作中逐渐暴露出养护投资效益低下等问题，影响公路养护的综合效益，因此积极优化养护决策方法尤为重要。为此，该文结合湖南省某国省道实际情况，采取路面病害修补还原换算方式对路面技术状况实施计算，从而确定道路最佳养护计划及资金需求，有效解决养护考核与养护计划安排的矛盾，显著提升养护决策的科学性、合理性，降低养护成本，保证养护质量，使路面达到最佳使用效果，实现了养护效益的最大化，充分验证了病害修补还原换算养护决策方法的可行性。参考文献1 刘耘.高速公路沥青路面预防性养护管理决策 J.公路与汽运,2020(3):152-155.2 李炎清,张关发,崔志猛,等.基于 YOLOX-MobileNetV3模型的路面病害智能识别研究 J.交通节能与环保,2023(3):11-17.3 罗云松.浅谈公路沥青路面病害修补技术 J.黑龙江交通科技,2021(12):227-228.4 杨艳.公路沥青路面水损病害类型及修补工艺 J.黑龙江交通科技,2021(1):44+46.5 刘志方.沥青路面网裂病害成因及修补技术 J.交通世界,2020(29):82-83.6 程引南,王晓雄,龚国欢,等.山区公路沥青路面预防性养护决策智能化系统开发 C/中国公路学会养护与管理分会,中国公路学会养护与管理分会第十一届学术年会论文集,2021:6.7 付渊.基于路况快速检测技术的路面病害有效修补率指标应用研究 J.山西交通科技,2020(4):27-31.8 冯翠娟.沥青路面病害检测及修补技术 J.交通世界,2020(20):51-52.9 李向頔,蒋洪涛,黄考取,等.沥青路面两阶段养护决策算法设计与系统应用 C/中国公路学会养护与管理分会,中国公路学会养护与管理分会第十二届学术年会论文集,2022:6.10 张筱锋.高速公路沥青路面养护决策研究 J.河南建材,2020(3):48-49.11 杨庆贵.半刚性基层沥青路面病害原因及维修对策C/中国公路学会养护与管理分会,中国公路学会养护与管理分会第七届学术年会论文集,2017:3.12 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