级配碎石施工技术与应用分析

2022-09-11

新乡至长垣高速公路是河南省规划济源至东明高速公路的重要段落, 也是河南省高速公路网的重要组成部分, 按照原设计要求, 底基层为水泥石灰综合稳定土, 由于该项目位于黄河泛流冲积平原, 地表多为细砂土和粉砂性土, 局部掺杂亚粘土。施工初期正值7、8月份, 气温较高, 砂性土保水性差, 水分蒸发快, 加上取土场土质不均匀, 配合比例不稳定, 施工单位普遍反映强度难以保证, 后经设计部门变更为级配碎石。级配碎石是以粗、中、小碎石集料和石屑各占一定比例的混合料, 按照一定的级配组成碾压成型的一种结构材料。就力学性质和稳定性而言, 级配碎石是级配集料中最好的材料, 也是无结合料材料中最好的材料;按照公路路面基层施工技术规范规定, 级配碎石可用于各级公路的基层和底基层, 也可用做较薄沥青面层与半刚性基层之间的中间层。这在国外应用较为广泛, 在国内特别是河南省范围内高速公路项目中, 极少用级配碎石铺筑路面底基层, 虽有个别低等级公路采用, 但未形成成熟的施工经验。这对大部分高速公路建设者来说, 都是一个陌生的课题。在此, 笔者结合施工实践, 对级配碎石底基层的施工技术与应用控制进行简要介绍、分析。

1 级配碎石材料控制与施工配合比选定

作为一种无结合料的材料, 其强度的高低首先取决于材料自身的性质, 根据施工实践, 级配碎石材料要求如下:合理的颗粒组成 (见表1) 、针片状颗粒的含量不超过20%、压碎值不大于30%、碎石中不得含有粘土块、植物等有害杂物。另外一个重要指标就是必须严格控制细粒集料液限和塑性指数, 因为它对级配粒料的水稳性有很大影响, 液限和塑性指数愈大, 集料的水稳性愈不好。我们做了一个相同级配下不同塑性指数的级配粒料与试件的CBR试验, 试验结果表明:级配碎石中加入少量的塑性细土, 不仅降低了级配碎石的承载能力, 而且还要降低级配碎石的刚性和抗变形能力, 使得级配碎石在相同荷载作用下产生较大的形变。因此, 除严格控制级配碎石的颗粒组成外, 还应控制塑性土含量 (表1) 。

合理的材料配合比也是影响级配碎石质量的重要因素, 决定级配碎石结构层力学性质的参数主要与集料的摩阻作用、嵌挤锁结作用。合理的级配组成是粗集料形成骨架, 细集料嵌锁其中, 利用材料自身的摩阻力, 形成整体的结构强度。经过多次的筛选、优化, 最终确定的级配碎石底基层配合比为: (10～20) mm碎石: (5～10) mm碎石:石屑=30%∶34%∶36%, 最大干密度2.37g/cm3, 最佳含水量4.8%。

2 对主要机械设备的要求

(1) 水泥稳定碎石拌和机:每小时产量不低于500t, 电脑自动控制。

(2) 摊铺机:采用幅宽能调整的两台摊铺机。

(3) 压实机具:配2台18t以上的振动压路机, 1台双钢轮压路机, 1台26t胶轮压路机。

(4) 自卸车:数量以满足连续施工需要。

3 级配碎石底基层施工工艺与质量控制

3.1 施工工艺流程

准备下承层→施工放样→培路肩→配料拌和摊铺→碾压→检测→验收。

(1) 准备下承层与施工放样施工前要对上路床进行检验, 表面必须平整、密实, 具有规定的路拱, 对表层松散的地方必须处理。恢复中线, 在直线段每20m设一桩, 曲线段每10m设一桩, 并在两侧路肩内边设控制桩。并分别布设松铺标高和压实后的控制标高。

(2) 混合料的拌和、摊铺与碾压。级配碎石混合料必须采用厂拌法拌制, 正式拌制之前, 先调试所用的拌和设备, 使混合料的颗粒组成和含水量都符合设计要求, 根据气温和摊铺路段的长短, 适宜调整拌和用水量, 使施工含水量高出最佳含水量1%～2%。摊铺混合料应采用沥青混凝土摊铺机或其他专用摊铺机施工。对于粗细集料离析的地方, 应及时用人工换料消除。摊铺过程尽量避免纵向接缝, 以确保平整度符合要求。碾压过程和其他水泥稳定粒料结构层类似, 遵循先轻后重, 先慢后快的原则, 重叠碾压至无明显轮迹为止, 直线段由两侧向中心碾压, 超高段由内侧向外侧碾压, 碾压过程应采用静碾或微振, 最后两次碾压的轮迹差不应超过5mm。碾压成型前后, 均禁止压路机及其他机械设备在该路段调头或急刹车。

3.2 施工质量检测

在施工过程中应经常检查压实度和厚度, 压实度检测方法以相对沉降法结合灌砂法为宜, 控制指标为96%, 在实际检测过程中, 有时经常出现压实度超百的现象, 这就需要检查所取混合料的级配是否符合原设计标准, 混合料是否均匀一致。测量标高与挖坑检验相结合, 确保级配碎石底基层厚度符合设计要求。级配碎石底基层质量检测的项目还包括弯沉值、平整度、纵断高程、宽度、横坡, 检测频率和要求按公路工程质量检验评定标准执行。