水泥稳定土路拌法施工

来源：职称驿站所属分类：水力论文发布时间：2012-08-11 09:12:02浏览：次

　　【摘要】通过非洲博茨瓦纳弗朗西斯敦(Francistown)－拉姆奎巴纳(Ramokgwebaba)公路重建项目水泥稳定下基层的施工实践，详细阐述了水泥稳定土施工中的材料、控制、摊铺、拌和、碾压和平整等关键的施工步骤，以及质量控制。
　　【关键词】水泥稳定土；材料选择；施工方法；质量控制
　　1.项目介绍
　　随着非洲经济多年的快速发展，各国对公路这一重要的基础设施的发展也越来越重视。在非洲水泥稳定土（以下简称“水稳”）广泛用于各等级公路底基层、基层施工的一种半刚性路面结构型式。作为沥青混凝土或沥青表处（BitumenSurfaceTreatment）的承重层,因其具有较好的板结性和水稳性，力学强度可调性，并能有效提高路面整体承载能力以及良好的经济性等优点,广泛受到非洲国家公路设计部门的青睐。但是其材料选择、水泥剂量、摊铺拌和、碾压、平整、成活时间控制及工后养护在实际施工中难以控制，极易产生温缩裂缝、干缩裂缝，厚度、强度不能满足设计要求等缺陷，导致沥青面层龟裂破坏,造成大的损失。所以水稳层施工一直是公路施工中的技术要点和控制难点。本文结合非洲多条公路的现场施工实践,重点介绍弗朗西斯敦(Francistown)－拉姆奎巴纳(Ramokgwebaba)公路重建项目在水稳施工中的材料控制、摊铺拌和、碾压、平整过程控制及成活时间控制等环节的施工及质量控制。
　　该公路项目位于博茨瓦纳国家东北部，全长78.8公路，是国家级公路组成部分。项目起点在博茨瓦纳第二大城市弗朗西斯敦市北，终点在博茨瓦纳与津巴布韦交界的Ramokgwebana海关。项目0～4.5公里为双向四车道沥青混凝土城市道路，道路总宽度26.8米，中间设5米宽隔离带，路面结构下基层为250mm水泥稳定层，基层为150mm的级配碎石，路面采用40mm的细粒式沥青混凝土；4.5～78.8公里为两车道沥青双表处A1干线道路，宽度7.4m，两侧各有2m宽的路肩，道路总宽度11.4m，路面结构底基层为200mm水泥稳定土层，基层为150mm的级配碎石，路面采用20mm沥青双表处。
　　1．水泥稳定土底基层作用
　　水稳底基层为介于基层与土基之间的结构层,它的初期强度高，并且强度随龄期而增加很快结成板体，因而在土基水稳状况不良时,用以改善土基的工作状况,提高路面结构的水稳性和抗冻胀能力,并可传递和扩散由基层传来的荷载，以减少土基变形，保证路基在容许应力范围内工作。
　　2.材料选择
　　2.1土料
　　水泥稳定土对土的一般要求是易于破碎，满足一定的级配，便于碾压成型。级配良好的砂砾土可以提高水稳层的抗压强度,减少水泥用量,而且应尽量选用开式级配砂砾,减少细集料用量,增强基层结构的抗变形能力。水稳用料取于借土场，先由试验室到借土场集好的料堆取样根据当地规范做等级试验。试验要求颗粒的最大粒径小于83mm，细度模数大于1.5，液限（%）小于30，塑性指数小于10，最大干密实度达到95%时试块ＣＢＲ(CaliorniaBearingRatio,美国加利福尼亚承载比)值大于45by。
　　2.2水泥
　　水泥作为混合料的一种稳定剂，其质量对集料的质量是至关重要的。为使稳定土有足够的时间进行摊铺、拌和、碾压、平整以及保证其具有足够的强度，不应使用快凝水泥、早强水泥以及受潮变质水泥。施工时选用水泥为南非产PPC普通硅酸盐水泥，其初凝时间不少于3h,终凝时间不小于6h。水泥强度等级选用32.5MPa,水泥用量由试验确定,控制在4%～6%。
　　3．主要施工设备配置
　　主要机械设备配备表
　　编号类型型号数量用途
　　1 平地机 VolvoG930 1 摊铺，预拌，平整
　　2 路拌机 WrigtenRaco350 1 将底基料、水泥和水混合搅拌
　　3 钢轮碾 SR20M 2 碾压
　　4 轮胎碾 HAMMGRW18 1 减少水分蒸发，提浆，消除裂缝
　　5 洒水车东风SGZ5200GSS 2 施工用水以及洒水养护
　　6 平板车东风EQ1141G7D2 2 运送水泥
　　7 自卸车三菱FV26-310 6 运送gravel（G5或G6料）
　　路拌方法中最重要的施工设备是路拌机，它的性能和良好运行直接影响到做水稳的成败。该项目用的是德国WIRTGEN公司HammSoilStabilizerRaco350路拌机，该路拌机功率大，能对加水部位进行选择，并能对加水量和拌和深度进行较精确的控制。其工作主要参数为：整备质量15,270kg，工作重量21,350kg，最大功率370kw，最大工作宽度2400mm，拌和深度0–450mm。
　　4.施工方法
　　水泥稳定土采用装载机装车，自卸汽车运输，平地机摊铺，人工摊铺水泥，路拌机加水拌合，钢轮碾、轮胎碾联合碾压成型和平地机整型的方法进行施工。
　　水泥稳定土底基层施工工艺流程
　　4.1施工准备
　　在水泥稳定土底基层施工前对放线高程进行检查，将毁坏的高程桩补好。底基层之前的精选路基层必须经过全面验收合格，表面平整、坚实，具有规定的路拱，没有松散的材料。其宽度要根据水稳底基层的宽度并且左右再各加宽30cm。
　　4.2土料准备和运送
　　借土场堆放有各种级别的料，要根据试验结果和实际对料堆的观察选取合格的土料。因为水稳土料天然含水量极低，有条件最好是在借土场进行闷水，提高其含水量。在水泥稳定土底基层施工前的两三天由自卸车运送到施工路面中间部位堆放。要避免集料长时间堆放，造成水分大量蒸发，或雨季遭大雨浸泡而使含水量过大，甚至造成弹簧现象导致水稳难以压实。
　　4.3土料摊铺、平整和碾压
　　１）首先将土料用平地机从中间向两侧摊铺，摊铺的过程中用平地机进行翻拌，并将纯土块、超尺寸颗粒及其他杂物人工拣除。翻拌的同时用水车不断在土料上洒水。这样加水翻拌是为了提高土料的含水量和提高土料颗粒的均匀性。摊铺宽度要比设计宽度左右两边各超出30cm，这样能有效防止底基层在路拌和碾压时两边压空的问题，多出的料可用于后续边坡回填。
　　２）平地机对摊铺好的土料按高程平整，平整后的虚铺土料厚度为220-230mm（设计压实厚度为200mm），及顶面要高出设计2-3cm，并按规定形成路拱。
　　３）平整后用压路机轻度静碾1～2遍，使集料层具有平整光滑的表面，同时具有一定的密实度，以便摊铺水泥。
　　4.4人工摊铺水泥
　　按照配合比计算水泥掺量，并根据每两袋水泥为一个单元在土料表面画出方格。水泥用平板车或者拖车送到施工作业面上，直接人工卸在所画的格子里，并检查有无遗漏和多余。然后打开水泥袋将水泥倒在底基层上，人工用刮板将水泥摊开，使每两袋水泥均匀摊铺在每个格子里。
　　4.5路拌机拌和
　　当水泥摊铺完成后，路拌机开始拌和，拌和的同时加水。在路拌机的前面安排专人画导航线，以保证路拌机按直线行走。在路拌机拌和时，两幅之间需重合30～35cm，而且要关掉重合部位路拌机相应的水阀。这样可以防止局部漏拌和重合处重复加水现象。在拌和过程中，要及时检查路拌机的拌和深度，并指挥操作手进行调整；还要及时用快速含水测定仪检查混合料的含水量，并指导操作手调整加水量。拌和深度宜大于设计10mm；含水量宜略大于最佳含水量，根据天气情况较最佳含水量大0.5%～1.5%。通过路拌机拌和后的混合料要达到色泽一致，没有灰条或灰团，没有粗细颗粒集中，且含水合适并均匀。
　　4.6碾压
　　１）路拌机在拌和的同时，震动压路机紧跟在后面进行碾压。第一遍（来回）采用弱振，速度控制在1.5～1.7km/h；后面的三遍（根据试验确定遍数）采用强震，速度控制在2.0～2.5km/h；最后一遍弱震与第一遍相同。轮胎压路机跟在震动压路机后面不断碾压，加配重到２０吨，速度不宜超过5km/h。
　　２）碾压时，压路机重叠1/４轮宽，后轮超过两段的接缝处；前一幅碾压完后进入下一幅碾压，这样循环直到全幅碾压完毕。碾压过程中，水泥稳定土的表面始终保持湿润，如水分蒸发过快，及时补洒少量的水。
　　３）水稳中含有水泥胶凝材料，因而要求整个碾压过程要尽快完成，并且一次达到压实度要求。每一幅碾压完后用核子密度仪进行压实度自测，如没有达到设计压实度要及时补压。
　　４）钢轮压路机在碾压底基层时,钢轮的接触线在混合料的大颗粒之间就形成了“过桥”现象而留下的空隙,就会产生不均匀的压实。轮胎压路机除有垂直压实力外,还有水平压实力,不但沿行驶方向有压实力的作用,而且沿机械的横向也有压实力的作用。由于压实力能沿各个方向移动材料粒子,所以可得到最大的密实度。这些力的作用加上橡胶轮胎的弹性所产生的一种“搓揉作用”,结果就产生了极好的表面压实效果，很好解决了钢轮压路机存在的压实不均匀的问题。轮胎压路机还能有效减少水分蒸发和细缝的出现。
　　4.7平整整形
　　混合料碾压并达到压实度后用平地机平整整形。在直线段，平地机由两侧向路中心进行刮平；在曲线段，平地机由内侧向外侧进行刮平；需要时，再反复刮一二遍。平整时表面的低洼处不要用混合料找平，需按照要求的坡度和路拱进行整平。特别注意接缝处的整平，使接缝顺畅平整。整个过程严格按照设计高程和“宁刮勿补”的原则处理。平整完后表面洒少量的水并用轮胎压路机最后碾压一遍（收面）。如果平整后表面比较松散，可以在轮胎压路机收面前用钢轮压路机加一遍弱震。
　　4.8洒水养护，覆盖
　　水泥稳定土经过拌和、压实整形成型后应立即养护，养护时间不少于７天。采用洒水车通过间歇洒水以保持表面始终处于湿润状态，直到水稳层验收通过并达到一定强度。一般在水稳层做好后的第三天有较高的强度，这时运送级配碎石材料进行覆盖式养护。覆盖厚度５～７cm为宜，并洒足量的水养护，使其整个级配碎石材料始终处于潮湿状态，以防止裂缝的发生。
　　5.质量控制
　　5.1水泥掺量控制
　　水泥稳定砂砾土的混合料的特点是：强度较高，水稳性、抗冻性比较好，但易干缩和冷缩，产生较多裂缝。其中水泥掺量对水稳质量影响比较大，试验证明水泥掺量从5%增加到6%和7%,干缩系数增加20%和30%,裂缝也大量增加。应该在保证设计强度的情况尽量控制水泥掺量,实际最大水泥掺量不能超过6%,一般水泥掺量应控制在4%～6%之间,如强度偏差大或达不到,可以通过调整级配和水泥标号品种来达到要求。所以,必须严格控制水泥掺量,做到经济合理,精益求精,以确保水稳的质量。
　　5.2混合料含水量控制
　　路拌机拌和好的混合料含水量一定要略大于最佳含水量，这是因为在碾压过程中会有一定的水分蒸发。但是，含水量过大会在碾压时出现“软基”、“波浪”等现象,也增大了混合料的干缩性,使结构层容易产生干缩裂缝；含水量偏小会使混合料和易性变差，表面松散,不易碾压成型,并影响混合料可能达到的密度和强度。所以严格控制混合料含水量是保证施工质量的关键环节。
　　5.3施工过程时间控制
　　水泥稳定土底基层的施工采用的是机械化流水作业,各工序紧密衔接,组织要有序,任何一个环节出问题都会影响到整个水稳成活时间。尽量缩短混合料从拌合到完成碾压之间的时间,保证在混合料终凝时间前一次达标成型,否则混合料难以碾压密实,强度降低,容易引起干燥开裂。因此，施工现场必须精心组织，保证施工设备的良好状态和效率，增加施工人员的紧迫感和责任感，做到快拌和、快碾压、快平整。整个施工时间宜控制在５～７h之内，如果必须再延长施工时间时,可以联系水泥厂适当加一些缓凝剂延长水泥的终凝时间。
　　6.结语
　　在非洲，目前水泥稳定土施工普遍采用的是平地机拌和方法，包括欧洲和美洲的工程承包商也使用这一方法。虽然这种路拌机拌和法施工工艺在非洲比较成熟，但是在保证施工质量的条件下每天只能做200m左右。而水泥稳定土路拌机路拌方法与平地机路拌法相比可以较好的对整个施工过程进行质量控制，能有效节省用水，减少缺陷的产生，并能缩短施工时间；而在同样的施工路宽和厚度下采用该方法施工，在保证质量的条件下每天能做300m～５00m，有效的提高产量，从而加快了工程进度。路拌机拌和法还能较好的用于沙漠和半沙漠的砂土施工，但需要将碾压方式改变一下即可。在非洲经济快速发展的今天，该方法的运用可以节约资源、控制质量、提高产量、明显加快水泥稳定土的施工速度，具有显著的经济效益和社会效益。