振动成型工法在公路施工中的运用分析.pdf

97现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 2 卷第 7 期2023 年 4 月Vol.2 No.7Apr.2023振动成型工法在公路施工中的运用分析谢开银（天柱县交通运输局，贵州天柱 556699）摘 要：为提高公路施工质量，降低公路建设成本，减少非必要返工，针对公路施工问题进行研究，阐述振动成型工法应用目的，总结主要工艺流程，说明振动成型工法的技术要点，分别探讨振动成型施工中路基和路面施工、后期养护作业方法，重点说明混合料配制搅拌作业、压实作业与养护方法。关键词：公路施工；振动成型；施工技术；承载力中图分类号：U415.6;U445.4 文献标志码：AAnalysis on the Application of Vibration Forming Method in Highway ConstructionXie Kaiyin(Tianzhu County Transportation Bureau,Tianzhu,Guizhou 556699)Abstract:In order to improve the quality of highway construction,reduce the cost of highway construction and unnecessary rework,research is conducted on the problems of highway construction.The application purpose of the vibration forming method is explained,the main process flow is summarized,the technical points of the vibration forming method are explained,and the methods of roadbed and pavement construction and post maintenance in the vibration forming construction are discussed,with a focus on the mixture preparation and mixing operation,compaction operation,and maintenance method.Keywords:highway construction;vibration forming;construction technology;bearing capacity作者简介：谢开银（1989），男，天柱县交通运输局工程师，研究方向为公路桥梁工程。公路施工中振动成型工法具有较高的应用价值，主要是科学配置骨料，利用粗集料、骨架之间的嵌入作用，施加振动和高压，从而保证材料具有较高密度，增强工程抗裂性能。采用此种方法可减少小粒径集料和水泥用量，有利于成本控制，而且环保性能较好，符合绿色施工要求。公路工程中采用振动成型工法施工，可提高半刚性基层强度，降低开裂风险。1 振动成型工法的主要应用目的1.1 降低施工成本应用振动成型工法可降低成本，减少建材对自然环境的负面影响。为达到设计强度，采用常规施工方法时水泥需求量较大，增加建设成本。实施振动成型工法后，水泥用量降低1.0%1.5%。1.2 提高工程质量应用振动成型工法可增强工程强度，延长服役周期，降低后期维护成本。公路工程投入使用后，常见道路开裂等问题，此类公路病害诱因复杂。通过调整集料配比可降低开裂风险。实施振动成型施工时，集料构成中 4.75mm以下粒度的集料用量显著降低，粉料用量也显著减少，骨架密实型集料抗开裂性能较好。与常规施工法相比，振动成型工法成熟，应用效果较好，可有效压实道路基层，增强半刚性基层密实度，使基层保持良好稳定性，提高公路建设质量。此种工法中所用混合料具有较高的单位质量，基层具有较高回弹模量，因此提高了公路承载力。2 振动压实工法施工流程在振动压实法作业中，在施工前应明确施工要求，包括集料级配等级、压实标准等信息。根据施工要求选择原材料，基于材料要求控制材料配比，准备材料，搅拌和试验施工。压实作业后，检测压实强度，确保试验路段符合工程建设标准，然后可准备正式施工。在实际施工阶段，首先铺设标准下承层，进行施工放样，搅拌配制好的混合料，然后将搅拌后的混合料运输至施工路段，规范摊铺作业，利用设备压实，严格处理接缝区域，最后进行后期养护。在道路施工和养护期间，应针对施工路段进行交通管制，保证路段得到充分养护。98现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期3 振动压实施工作业方法3.1 路基工程施工3.1.1 材料和设备要求建材和施工设备要求如下：集料级配类型为骨架密实型，其中小粒度材料和粉料含量显著降低，粗集料丰富，粗集料之间形成稳定的作用力，在此基础上使用机械力施加高压，迫使骨料之间空隙缩小，密度提高，从而改善基层承载力、耐疲劳性能及抗裂性能。振动压实机是主要的施工设备，在施工中应进行试件成型检验，严格执行压实标准。通过压实骨料提高密度，增强整体强度。该工法作业中，材料中水和水泥含量降低，实施效果较好。在施工中通常要求振动压路机作业强度超过20 t。3.1.2 集料级配要求施工材料准备阶段，应明确集料级配等级，公路基层建设中通常采用骨架密实型水泥集料，通常粒径31.50mm。在该类材料级配设计中，集料粒径与级配应相互匹配。筛孔为31.5mm时，级配设计应为100.00%，建议级配为100.00%；筛孔为19.00mm时，级配设计应为68%86%，建议级配为77.00%；筛孔为9.5mm时，级配设计应为38%58%，建议级配为48.00%；筛孔为4.75mm时，级配设计应为22%32%，建议级配为27%；筛孔为2.36mm时，级配设计应为16%28%，建议级配为22%；筛孔为0.6mm时，级配设计应为8%15%，建议级配为12.00%；筛孔为0.075mm时，级配设计应为0%3%，建议级配为1.00%1。3.1.3 集料配制方法原材料主要为水泥与集料。水泥固结时间受到环境温度、干湿度等因素影响，在高温季节固结效率较高。在备料时应进行温控试验，分析施工时环境温度与水泥温度变化等因素，合理规划水泥搅拌、运输等作业方案。集料加工方面，作业设备应选择吸尘、整形性能较好的设备类型，保证备料时严格控制粉尘、颗粒含量，保证压实效果。分析集料级配曲线，合理设计集料占比。混合料干密度、含水量等参数取决于振动压实机设备。在检测时，设置不同水泥占比，将其制作为试件，进行抗压强度检测，以试验结果为依据控制水泥量。确定级配标准后，选择合适的混合料搅拌场地。搅拌场地应距离施工路段较近，还要尽可能靠近集料产地，从而有效降低运输成本，并且减少运输途中水泥材料固结的风险，同时减少其他因素影响。集料搅拌时，搅拌机作业不仅会产生扬尘，而且需要占用一定场地，产生较大噪声，影响区域环境。在选址时，应尽量远离居民区、学校等场所，从而减少对周围环境的干扰。按照设计配制集料，科学控制进料顺序和搅拌时间。在施工时应明确水泥类型与特性，并且在合同中详细说明相关要求。水泥温度容易影响材料固结效率，应针对具体工况灵活完善合同。在施工作业期间，应配备土工布、洒水设备等防止扬尘，进行绿色施工，该类设备数量应与实际工程量相符。3.1.4 铺筑试验正式铺筑作业前应进行试验检测，通过试验确定压实密度、压实作业次数、松铺系数、含水量、摊铺与压实作业方案、搅拌运输效率、人工需求量等。针对基层作业要求，检测下承层高程、宽度、平整度与压实度等指标，进行施工验收，并且清除表面杂物，适量洒水保湿。试验要求如表1、表2所示2。表1 试验验收标准项目平整度/mm宽度/mm厚度/mm高程/mm强度刚度指标12设计值平均-10，单个-25 5，-15设计要求设计要求外观要求平整边缘整齐均匀平整工程技术规范工程技术规范检查频率6 处 10尺/200m2 处/40m2 处/200m/车道20m 设 1 个断面2 组/d2 组/d检查方法3m 直尺测量，连续量 10 次，取最大间隙皮尺测量取3点/处，边缘、路中随意选取坑洞测量使用水平仪，在断面中取 35点测量7d 浸水抗压强度检测贝克曼梁法进行弯沉检测表2 试验验收标准项目压实度（%）横坡（%）水泥量（%）含水量（%）级配指标 960.30.52-外观要求工程技术规范-最佳含水量工程技术规范检查频率12 处/200m/层每 100m 设 6 个断面样品 2 个/2000m3随时检查2 次/2000m2检查方法灌砂法检测，车道、摊铺部位测1 次水平仪检测EDTA 滴定检测，校核水泥总量烘干法检查水洗筛分3.1.5 摊铺压实作业（1）施工定点。施工放样阶段，以边线、中桩等区域为依据，标记摊铺作业边缘线。根据传感器有效工作范围与摊铺机作业宽度，定点设置钢钎桩。钢钎桩间距通9999应用科技谢开银：振动成型工法在公路施工中的运用分析常设置为10m，中线与边线区域均须设置。钢钎桩与铺设边缘应间隔30 cm。先行测量桩底基层顶面标高，以此为基础计算定架高度，挂设6mm直径、拉力800kN钢丝绳，然后可开始摊铺作业。在摊铺作业时，应使用可移动导梁调整中间摊铺厚度，保证材料摊铺均匀。（2）材料搅拌。根据施工进度合理选择混合料搅拌时间。选择专业搅拌设备规范搅拌混合料，保证材料搅拌均匀，自动化控制搅拌时间，监测喂料机流量和混合料颗粒率、水泥配比，保证材料构成符合要求。用水方面，应保证水质符合材料搅拌要求。建设专用蓄水池，电控系统控制进水量。正式搅拌前，需要确认集料含水量，保证级配符合要求。下达配合比通知单，搅拌环节工人结合天气情况等因素控制含水量，含水量应稍高于最佳含水量，保证摊铺时混合料具有良好湿度。在料仓内装入2/3混合料，出料运输装载3次分装，装料顺序是从车厢前部向后部，最后进行中间填充。通过此种操作，可预防混合料发生离析。使用大型自卸车装运输材料，运输全程覆盖车厢，缓解水分流失。（3）摊铺混合料。摊铺作业环节，采用梯队摊铺方法，2台摊铺机协同作业，分别设置自动找平装置，摊铺工法为走钢丝法。先对下承层洒水，保持该区域湿润，洒水频率主要取决于环境温度，高温季节应监控湿度以便随时补水。熨平板下垫设方木，摊铺机低速启动，动态监测钢丝绳、混合料间距，同时移动传感器，做好作业参数监测。逐步摊铺，直至到达摊铺厚度要求。安装摊铺机时适量降低布料器前挡板位置，可在一定程度上减少混合料离析情况。在施工时，螺旋布料器应埋入混合料2/3。摊铺作业中，调整摊铺机至最优工作状态，同步调整料位传感器，在此过程中螺旋布料器、链板送料器二者相同转速运行，螺旋布料器中心料量较多，螺旋布料器相对较少，使混合料在熨平板挡板前目标范围内均匀铺开。摊铺速度通常为1.21.5m/min。摊铺作业阶段，摊铺速度应与混合料运输、搅拌速度相协调，各环节配合作业，保证连贯施工，避免出现材料供应不足的情况。此外，运输材料时，运输车辆应避免干扰摊铺机。摊铺机作业中通常会散落一定混合料，应及时加以清理，保证摊铺作业匀速进行。材料摊铺后未压实阶段，避免人员或者设备等压迫摊铺路段，以免影响压实效果。在实际施工中，可能发生混合料分布不均的情况，当出现局部粗料超标时，应进行人工清除和补充细集料，保证摊铺材料均匀。（4）机械压实作业。摊铺完成后，进入压实作业阶段。压实作业是影响成型的关键因素，必须加强质量控制。在压实作业中，压路机轮迹应覆盖前次压痕50.00%，从而保证全面覆盖，提高压力。同时，碾压顺序为朝向摊铺机，从边缘向中间碾压，前期进行轻度碾压，逐渐提高压力。在实际作业时，先压实下部材料，然后逐渐压实上层。设备操作速度应缓慢、平稳，避免急停急行。需要换挡时，应保证平稳换挡。初次压实倒车后原路返回换挡区域，错开未压实区域，进行齿状碾压。压路机作业保持匀速碾压，分为三次碾压，分别为：初压，采用振动压路机，碾压速度1.51.7km/h；复压，采用振动压路机，碾压速度1.82.2km/h；终压，采用胶轮压路机，碾压速度1.82.2km/h。碾压路段长度为5080m。作业参数要求如表3所示3。表3 压路机压实作业参数阶段设备数量/台作业速度/km/h碾压方式碾压次数/次初压振动压路机11.51.7静压1复压振动压路机21.82.2强振5终压胶轮压路机11.82.2静压1针对不同批次使用分界标识加以区分。在作业期间全部人员规范穿戴安全帽、安全背心，规范执行操作，保证施工安全。人员在旁协调，随时弥补机械作业不足。碾压过程中人工质控，随时人工找平异常部位，再进行碾压处理。在碾压作业中，可能发生混合料黏附压路机情况，此时使用12钢丝绳，取压路机钢轮斜角拉线，清除黏附集料。终压环节中，需要喷水碾压，喷水量应结合路面湿度和环境湿度。在碾压边缘区域时，更换小型振动压路机，补压边缘区域，碾压一次后沿原轨迹返回，同样采用喷水碾压方法。完成后，人工处理基层边坡，保证边坡密实无松脱，然后修剪边线，完善压实工序。上述工序后，第一时间施工验收，重点检查压实度、工程标高、宽度与横坡建设质量。3.2 路面施工和质量、安全管理3.2.1 路面施工在处理接缝区域时，横缝与道路中心线垂直，并且接缝断面为竖向。沿接缝断面纵向悬3米尺，直尺与铺筑100现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期层交接部位为接缝区域，沿线标记直线，人工切齐铲除多余部分。清除残渣，少量洒水，继续摊铺该区域，然后振动压路机横向压实该区域，从下向上逐层稳压作业。压路机自接缝处起步，逐渐向前推进作业，纵向前进碾压。施工2h后停机并且移除摊铺机，建设施工缝4。3.2.2 施工质量控制定期监测级配与水泥配比，两次检测之间间隔不超过1h。采集混合料输送带中样品，进行混合料级配、水泥配比检测，保证符合设计要求。压实度监测方面，检测间隔要求同上，碾压施工后及时检验压实度，分析压实度情况，必要时增加碾压次数。完成压实度检测后，保证高质量回填坑并且分层压实。现场取芯检测方面，每个施工阶段龄期为6 d，随机钻取砼芯，每组取3个试件，加工为150L150 mm，同时检验平面度。试件保水1 d后，实施7 d无侧限抗压强度检测，记录检验结果，对比试验室试件强度和设计强度，从而监控施工质量。3.2.3 施工安全监控筑路机械操作人员必须持证上岗，具有相应特殊工种操作资质。施工现场保证电气安全系统完善，明确安全监管责任，执行严格安全规程。在选择线路、设备时严格依据国家标准，监控安全载流量。电气设备金属外壳要求接地、接零保护完善，临时电源、移动电具设置漏电保护装置。动态监控电气绝缘、接电零电阻以及漏电保护情况，专人进行上述安全管理。规范使用安全警告牌，进出场地时车辆疏导规范，人员进出场地规范戴好安全帽。保证照明系统完善，夜间照明良好。关注气象变化，及时做好低温、强降雨防护。在极端天气避免施工，并且在施工路段做好安全防护装置，避免来往车辆误入施工路段。环保安全方面，合理选择拌合站区域，在拌合材料区避免污染水源，积极控制粉尘污染、噪声污染。及时洒水防尘，通过遮盖、洒水等措施润湿部分易扬尘材料，运输时覆盖帆布减少环境污染。3.3 后期养护作业作业期间和养护阶段，应规范封闭路段，保证施工安全。完成压实作业后无缝衔接养护阶段。使用土工布覆盖保护施工路段，养护时间要求大于1w。在养护期间路段应始终保持潮湿。完成养护工作后，清除覆盖物，并且对路段进行最后清理，再投入使用。养护期间路段仅允许洒水车养护作业，其他车辆禁止进入该路段。特殊情况下无法完全封闭路段时，应加强车辆管控，禁止重型车辆进入路段，并且对其他通行车辆进行路段限速，车速要求30km/h5。4 结语综上所述，在公路工程中应用振动成型工法，可提高道路抗压强度和抗裂性能，提高公路承载力，促进公路长期稳定运输。在应用该工法时，应合理选择振动压路机设备，规范执行振动成型操作，提高压实效率，保证压实到位。在该类施工中，应严格执行工艺要求，科学配置骨料，进行安全操作，实施全周期质控管理。参考文献1 黄祯敏,王斯倩,彭波.基于分级振动方法的骨架密实型水泥稳定级 配碎石混合料性能研究J.内蒙古公路与运输,2022,(6):22-27.2 任刚,韩战涛,李佳佳,等.水泥稳定碎石垂直振动压实特性及路用性 能研究J.河南科学,2022,40(3):384-389.3 解斌,林莉丽,蔡建伟,等.山区普通国道干线骨架型水泥稳定基层配 合比设计J.建筑技术开发,2021,48(15):117-119.4 戴安婵,肖智安,张琴光.低剂量骨架密实型抗裂水稳基层在高速公 路中应用分析J.公路交通科技(应用技术版),2020,16(11):97-99.5 刘军.基于水泥稳定碎石的路面基层振动成型法设计J.湖南交通 科技,2017,43(3):101-105.