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大厚度摊铺与双机分层摊铺水稳基层施工工艺比较分析

 chenwy17 2016-09-16

《公路路面基层施工技术规范》规定:基层分层施工时,下基层成型、碾压完毕后,至少需要养生7d后才可铺筑下一层。但工程实践表明,这种施工方法存在一定的问题和弊端,如整体性差、并机分层铺筑生产率低、平整度差以及拼缝离析严重等。

 

2015519日交通运输部颁布了《公路路面基层施工技术细则》,并于201581日起实施。该细则提出:以提高基层施工质量均匀性为核心,以修建耐久性路面基层为目标。同时还提出:具有足够的摊铺能力和压实功率时,可增加压实厚度,具体的摊铺厚度应根据试验结果确定。大厚度摊铺在施工时,应增加相应拌和能力。

 

新细则解除了基层摊铺厚度方面的约束,吸收了近年来出现并形成的新技术、新材料和新工艺,形成了一个指导公路路面基层施工的新技术规范。此细则的实施将推动单机一次性整体铺筑水稳基层施工工艺的全面推广。2015年,单机一次性整体铺筑水稳基层施工工艺在鹤大高速ZT06标成功实施。

 

国内现状

 

水泥稳定碎石半刚性基层作为最普遍的路面基层结构,主要承载路面传递的荷载,其整体厚度基本为30~40cm。国内路面结构设计中,一般设计为分两层摊铺施工,主要是由于传统摊铺设备性能不能满足大厚度摊铺压实的需要,形成了将基层分层、每层厚度不超过20cm的施工工艺。2003年云南砚平高速开始采用整体摊铺的施工工艺。随着抗离析大功率摊铺机、大吨位大激振力压实设备的研发应用,目前逐步形成了超过20cm层厚水稳基层整体摊铺碾压成型的新工艺。经过实践证明,一次性大厚度整体施工水泥稳定碎石基层的新工艺满足施工要求。2015519日交通运输部颁布了《公路路面基层施工技术细则》,201581日起实施。该细则明确了大厚度摊铺的具体要求,2014年鹤大高速ZT06标水泥稳定碎石基层采用一次性摊铺成型工艺,取得了一定成效。

 

技术性对比

 

鹤大高速ZT05标段水泥稳定碎石基层采用并机分层摊铺施工工艺,ZT06标段采用单机一次性整体摊铺碾压成型工艺,就两种施工工艺技术性能进行比对。

 

并机分层铺筑不能消除纵向接缝,单机一次性摊铺碾压成型则无接缝

 

接缝是路面工程的薄弱环节,处理不好,将直接影响路面质量。双层并铺产生的纵向接缝正好处于行车道重车的左轮位置,承载力大,接缝处水稳碎石混合料级配不均匀,强度低,长期运营后将会造成路面的反射裂缝。一次性整体摊铺碾压成型则不会引起此类问题。

 

(1)并机分层铺筑时,前机沿纵缝下沿会形成大料滚落带,形成滚落离析。后机摊铺时,或能掩盖,但最终形成强度不足,造成质量病害。若搭接不够,后机也造成滚落离析,二者重叠,形成明显离析带,压实度更达不到要求。

 

(2)后机与前机搭接处重复振捣和塞料,使搭接处初始密实度偏高,压路机碾压时形成一个硬支点,造成此处压不下去,标高偏高,两侧会形成两条无效碾压带,压实度不能满足要求。

 

(3)大厚度一次性摊铺宽度可达20m,单机整幅摊铺无纵缝。

 

并机分层铺筑横坡偏差较大,单机一次性摊铺偏差较小,可形成一字坡

 

理论上只要精确测量、摊铺机行走稳定、下承层压实度及横坡满足要求,并机分层铺筑横坡可以保证一致,横坡形成一字坡。但因为以下客观因素并机分层铺筑,横坡几乎不能完全保持一致,一般会形成人字坡或V字坡,会出现横坡与设计不符或相反的情况。

 

(1)铝合金梁支撑点不能提前测量,施工时测量受运料车、摊铺机及人员的影响,容易造成误差;(2)架设铝合金梁时,测点小钢尺或直尺容易产生测量误差;(3)铝合金梁挠度和变形,会形成沿纵缝标高误差;(4)后机传感器在摊铺层上滑行,传感效果不如在钢丝上的传感效果,容易产生偏差;(5)一次性整体摊铺不需在中间架设铝合金梁,熨平板是刚性整体,横坡不会形成V字坡或人字坡。

 

离析分析

 

传统摊铺机械受功率、输料槽的宽度和高度限制,施工时使混合料不能满埋料槽输料,产生横向离析;施工过程中角笼端部存在粒料滚落,产生底层大料多、上层大料不足的现象,造成并机结合处纵向离析。而大功率抗离析摊铺机摊铺宽度可达20m,单机整幅摊铺可以彻底消除纵向接缝。加大了螺旋料槽宽度,畅通物料输送通道,改善横向和纵向离析。通过超级满埋螺旋、二次搅拌,改善了料车装卸料、摊铺机收斗等工序造成的离析,大小料均匀输送,改善片状、V字形离析。均匀输料和布料,有效克服横向、竖向、纵向离析。螺旋反向叶片数量可变,角度可调,提高了抗塞料能力。

 

平整度检测

 

为研究水泥稳定碎石基层表面平整度,选取并机分层铺筑K621 400~K620 600段与单机一次性整体铺筑K640 400~K640 600段采用3m直尺进行平整度检测,每段检测2处,每处10尺。根据检测结果,进行数据汇总分析。

 

可以分析得出,并机分层铺筑与单机整体铺筑水稳基层平整度均小于12mm,均能满足规范要求,且中间接缝处的平整度数值较大。

 

分析进一步得出,并机分层摊铺基层顶面左、中、右平整度分布较为离散,而单机一次性整体铺筑基层顶面左、中、右平整度分布较为均匀。分析原因为,并机分层摊铺基层中间部分平整度偏差较大,由摊铺机接缝不平整引起。

 

压实度检测

 

传统的并机分层摊铺经过多年验证,摊铺压实机械组合均能满足规范要求,而对单机一次性整厚度铺筑水稳基层施工工艺的压实度检测没有明确的规定。按照现行的规范《公路路面基层施工技术规范》的规定:“水泥稳定土的结构用12~15t三轮压路机碾压时,每层厚度不超过15cm,用18~20t三轮压路机碾压时,每层压实厚度不得大于20cm,对于水稳定中粒、粗粒土采用能量大的振动压路机碾压时,每层压实厚度,根据实验可以适当增加,压实厚度超过上述规定时应分层修筑”。随着压路机械功率不断增大,厚层水泥稳定碎石基层的不断推广,全面检测整个结构层整体压实质量的方法各不相同。本次选取鹤大ZT05标并机分层铺筑K621 400~K620 600段基层与ZT06标一次性整体摊铺K640 400~K640 600段进行灌砂法压实度检测。其中,一次性整体摊铺采用分层检测法,即先检测上部17cm、后检测下部17cm压实度。本次检测基层压实度。

 

分析可以得出,两种工艺压实度均大于96%,满足规范要求。由于并机分层铺筑段落,分层厚度为17cm,分层压实度较为均匀。一次性整体摊铺段落,上部17cm有个别超百,下部7cm基本比上部17cm压实度低3个百分点左右。分析原因为,36t压路机激振力达到104t,由上到下,压路机对集料的压实应力逐渐减弱,造成上部集料密实、压实度过高,下部集料压实度相比上部低的情况。

 

因此,一次性整体摊铺施工水泥稳定碎石基层,下部压实度基本比上部压实度低3个百分点。并机分层铺筑压实度由于分层的原因较为均匀。两种工艺施工水稳基层,压实度均能满足要求。

 

抗压强度

 

水泥稳定碎石半刚性基层的抗压强度为评价其结构强度与稳定性的力学指标,在季冻区特殊的地理环境中,这一指标显得尤其重要。

 

水稳混合料需在水泥终凝前完成圆柱状试件制作。

 

按照水稳粒料中最大骨料粒径选用试件规格,利用土工试件成型机制作,试件两侧分别按规定锤击数击实。试件成型后,需进行外观和尺寸检查。检查合格后在水中养护6d,干置1d,在土工压力机上进行无侧限抗压强度试验。为了研究并机分层摊铺与单机一次性整体摊铺水稳基层现场实体的抗压性能,本次选取鹤大ZT05标并机分层铺筑基层与ZT06标一次性整体摊铺段7d14d28d芯样,在实验室进行无侧限抗压强度试验。整体摊铺段钻芯取样3个,芯样进行切割分为上部与下部,分别检测抗压强度;分层铺筑段基层分别取上层和下层各3个芯样进行检测。对试验结果进行了汇总。

 

分析得出,两种施工工艺的抗压强度均满足规范要求。一次性整体摊铺段芯样平均强度上部高于下部10%左右。并机分层铺筑的抗压强度平均值上层比下层高3%左右。一次性整体摊铺上部强度高于分层铺筑上层强度4%,下部强度低于分层铺筑的下层强度4%左右。分析原因为,并机分层铺筑基层上层与下层压实过程中,水稳集料的压实应力相差不大,压实效果均匀。一次性整体摊铺基层施工,厚度较大,大激振力压路机碾压过程中,上部集料所受压力过大,压实度存在超百现象,强度高于分层铺筑的上层强度;应力传递至底层时,损失大,下部水化程度低,造成下部强度低于分层铺筑下层强度。

 

芯样表观

 

本次选取鹤大ZT05标并机分层铺筑基层与ZT06标一次性整体摊铺段7d14d28d芯样,上下层各1个,主要分析一次性整体摊铺基层底部密实情况。

 

通过现场钻芯取样,ZT06标段一次性整体摊铺基层与底基层整体50cm一起取出,基层与底基层黏结牢固,接缝处无明显痕迹,无空洞松散现象,芯样整体表面圆滑、密实无空洞,无缺棱掉角现象。ZT05标段并机分层铺筑路段只取出基层芯样34cm,表面密实无空洞,底部无缺棱掉角现象。

 

基层表面外观质量

 

一次性整体摊铺基层顶面无明显规律性横向离析及纵向离析带,表面均匀、平整密实,无浮石、弹簧现象,粗细颗粒分布均匀。采用并机分层铺筑水稳基层施工工艺路段基层表面,并机接缝处及基层边缘部分段落有明显规律性离析现象。一次性整体摊铺相比并机分层铺筑基层表观质量好。

 

功效及经济性分析

 

传统的并机分层摊铺需要将原本整体的基层至少分2层施工,同时需2套摊铺设备及2组施工人员,人力投入大、能源消耗大、成本投入大。单机一次性整体摊铺,仅需1套摊铺设备及1组配套施工人员,工艺简便。

 

从施工工序方面分析,单机一次性整体摊铺比传统的施工工艺在模板支护,摊铺、碾压、养护等工序方面均减少一半。在里程相同的条件下,单机一次性整体摊铺所需时间仅为并机分层铺筑所需时间的40%~50%;设备和施工人员大大减少,减少设备租赁费、人工费及物资消耗费等相关费用,提高了施工效率,经济效益明显。

 

结语

 

水泥稳定碎石基层是我国主要的基层结构形式,整体厚度一般为30~40cm,施工工艺较多。本文结合鹤大ZT05标并机分层铺筑基层与ZT06标一次性整体摊铺段工艺实例分析,证明两种施工工艺均能满足规范要求的各项指标。整体摊铺段水稳基层施工工艺的离析现象大幅度降低,消除了并机接缝对平整度及横坡的影响,缩短了工期,节约了成本,实体质量更好,作为路面结构的主要持力层,其整体性更好。因此,一次性整体摊铺水泥稳定碎石基层施工工艺,正是以提高基层施工质量均匀性为核心,以修建耐久性路面基层为目标的新工艺,应该被大面积推广应用。


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