关于如何攻克低水泥含量厚度薄且重量较轻的水泥级配碎石施工技术

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxiang62
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   摘要:本文介绍非洲肯尼亚内罗毕-锡卡高速公路第一标段低水泥含量、厚度薄且重量较轻的水泥级配碎石施工技术难题。采用先进摊铺机摊铺,先用轻型双钢轮压路机静压,然后用较重双钢轮压路机碾压,最后用胶轮压路机及轻型双钢轮压路机收光面的施工工艺。
  关键词:低水泥含量、厚度薄且重量较轻的水泥级配碎石、压实度、表观度
  Abstract: the paper introduces Africa Kenya Nairobi-tin card expressway cement content, the first section of low thickness thin and light weight is the cement gradation gravel construction technical difficult problem. Using advanced the paving, first with light double steel wheel roller static pressure, and then with a heavy double steel wheel roller rolling, and eventually with roller and light double roller steel wheel roller charge of smooth face construction craft.
  Keywords: low cement content, thickness thin and light weight is the cement gradation rubble, compaction degree and apparent degrees
  
  
  中图分类号: U416.214 文献标识码:A 文章编号:
  1. 绪 论:水泥级配碎石,当今国内外作为高等级公路施工广泛应用,对高等级公路发展起到重要作用。在国内,由于水泥及碎石等原材料比较丰富且经济合理,一般设计为两层,每层厚度为20-25cm,第一层水泥含量为3%-5%,第二层水泥含量为5%,施工经验累积相对丰富;但在国外一些水、水泥及碎石等原材料相对贫乏的国家来说,一般设计也为两层,但每层厚度大大低于20cm,水泥含量也大大低于3%。如本文所述内罗毕-锡卡高速公路,其设计虽然也为两层,但每层厚度为12.5cm,水泥含量为2%。当地交通极度拥挤且天气干燥,经多次反复试验及施工,完成了低水泥含量、厚度薄且重量较轻的水泥级配碎石这一挑战性课题,现作如下详细阐述。
  2. 工程简介:本标段在首都内罗毕市内,近些年经济快速发展,车流量及荷载迅速增大,原双向单车道路十分拥挤无法继续快速运行。为此,肯尼亚政府把内罗毕-锡卡高速公路作为当今政府改善民生重要任务。本项目部承建高速公路设计总长12.4Km,原双向单车道改造成双向6或8车道。土方开挖19.7万m3,石方开挖3.2万m3,土方回填9.5万m3,石方回填6.5万m3,水稳土底基层6.6万m3,水泥级配碎石基层3.3万m3,沥青砼1万m3,砼7.5万m3。增加2座大型立交桥、5座普通立交桥及2座大型地下通道;合同价款肯尼亚先令80.33亿,折合美元约1.2956亿,折合人民币约8.81亿。
  3. 主要机械设备
  序号 机 械 设 备 数量 产地 型 号
  1 水泥混泥土搅拌楼 1 中国山东 HZ50E
  2 摊 铺 机 1 德国 INGERSOLL-RAND TITAN ABG7820
  3 双 钢 轮 压 路机 2 中国厦门 YZ12、YZ14
  4 胶 轮压路 机 2 中国徐州 XG6261P
  4.试验室准备工作
  原材料检测:水泥采用当地公司生产经检验合格水泥,每批次按规范要求进行检验,拌合水采用自来水,级配碎石等以上各种材料检验一定要符合《肯尼亚路桥施工技术规范》【1】要求。防止不合格混合料进场是质量控制的关键,每批次100%抽检,保证混合料质量。
  最佳配合比设计:用当地的水泥及碎石,经试验室多次反复按2%水泥剂量分组做试验,最终成功配制:采用水泥含量2%作为施工标准,最佳含水量为9.5%,标准砂密度为1305 kg/m3,水泥级配碎石最大干密度2143 kg/m3(国内普通水泥级配碎石规范级配【2】最大干密度2310 kg/m3),属于重量较轻水泥级配碎石,施工要求比较高,难度比较大。
  5.施工控制
  5.1 路基验收:压实度等指标经监理检查必须达到规定要求,标高根据《肯尼亚路桥施工技术规范》为:(0,-5cm),但项目部控制更严要求为(0,-1.5 cm)。检查路基是否有弹簧等不良现象:由于大部份路基回填土厚度为55 cm,若因基底为软基、管道回填等处理技术不到位,极易引起路面裂缝等不良现象出现;为此,先用肉眼观察,有弹簧等不良现象应立即处理;不易察觉的,须用20吨压路机或重车在路基上行走,若有弹簧等不良现象,必须重新处理。在国内,无论是土质路基还是石方路基,交验时都必须有弯沉检测【3】这一项目,有利于加强路基质量控制。由于肯尼亚路基交验时没有弯沉检测这项控制程序,为此,上面讲到的这项自检工序务必要严格把关。检验合格后,清除路基表面浮土、杂物等。
  5.2在开始摊铺前一天,进行路基中边桩放样及地面标高测量。摊铺开始前,若路基较干燥,路基表面要洒水湿润。
  5.3经测定松铺系数平均值为1.31,比国内的一般约1.25要大一些。
  5.4準确控制含水量:是水泥级配碎石施工成败的关键要素之一,混合料含水量对水泥级配碎石的质量影响主要包括强度、压实度、平整度等。
  (1)、含水量对压实度影响:击实试验表明,含水量对压实度有较大影响。当含水量不同时,相同混合料在不同的压实功作用下,会产生不同压实度,当含水量达到最佳时,此时压实度最大。可见,施工时控制好含水量是保证压实度达到设计标准的关键要素之一。
  (2)、含水量对强度及平整度影响:含水量较小,混合料不但难以成型,而且因水泥的物理、化学反应不全面而造成结构层强度难以形成,还造成表面粗糙,平整度太差;含水量太大,混合料碾压容易弹簧,表面太湿,容易起皮,平整度会很差。
  (3)准且控制含水量的措施:由于受到城市早晚交通极度拥挤及当地长雨季(3-4-5月)或短雨季(10-11-12月)的影响,下雨期间空气湿润,雨过后空气迅速变得干燥,水分蒸发过快,混合料的最佳含水量不稳定且很难控制。为此,我们在施工过程中,试验室配备一名专职试验人员,随时检测混合料的含水量:
  A、根据最佳配合比确定的最佳含水量,结合当日温度干燥度及运距确定混合料含水量;
  B、晴天早上7-9点交通极度拥挤,混合料含水量要高于最佳含水量2%;9-17点这个时段交通正常但空气干燥,混合料含水量要高于最佳含水量3.5%;下午17-20点交通极度拥挤且空气干燥,混合料含水量要高于最佳含水量3%;晚上20点之后交通正常且空气湿度稳定,因混合料较轻,孔隙率较大,混合料含水量要高于最佳含水量2%。
  C、阴天早上7-9点交通极度拥挤,混合料含水量要高于最佳含水量1.5%;下午17-20点交通极度拥挤,混合料含水量要高于最佳含水量2%;9-17点及晚上20点之后,交通正常空气湿度稳定,考虑到混合料较轻,孔隙率较大,混合料含水量要高于最佳含水量1%。
  D、下雨期间空气潮湿,混合料的最佳含水量不稳定且很难控制,尽量不安排施工。
  以上措施,有利于补偿摊铺碾压过程中水分损失,及时通知拌合楼操作手用水量增减。
  5.5质量管理小组(QC小组)的有效运行,是施工质量控制的重要环节。本项目部质量管理小组由试验室、测量、工程部、总工、项目经理等重要人员组成,起重要作用。
  6、施工技术方案
  6.1拌和与运输
  A、本项目水泥级配碎石分两层,水泥含量均为2%,每层设计厚度12.5cm,约3.3万m3。采用山东建设HZ50E型普通水泥混凝土拌和楼,所有料斗、水箱、罐仓都装配高精度电子动态计算器,并经肯尼亚标准局标定。每盘拌25秒,每小时产量约110吨。拌和时严格控制配合比,熟料要求均匀一致,无夹生、离析、干料等不良现象。
  注意:用水泥混凝土拌和楼拌和,且级配碎石从机场附近生产基地(距离市内约30Km)按配合比拌和后,再运输到市内水泥级配碎石生产基地。为此,级配碎石事先严格按试验室提供配合比搅拌均匀,这道工序非常重要,是水泥级配碎石施工成败关键要素之二。
  B、采用6-10辆20吨红岩牌自卸车运输,保证有足够运输能力使前台不至于停工待料。后台装料时根据拌和楼操作手的提示,按前、中、后三次作业的方法进行,不得装太满外溢,并加盖篷布以防水分蒸发或被雨淋湿。现场距拌和楼约0.5-5公里,运输道路为沥青混合料路面,一般情况约5-20分钟运至摊铺现场。
  C、快速运输水泥级配碎石混合料是水泥级配碎石施工成败的关键要素之三:
  由于受到城市早晚交通拥挤影响,时常花费20-90分钟才能运至摊铺现场,容易发生干料现象(一旦发生干料现象必须废弃,不能使用),为有利于施工,采取以下措施:
  (1)、尽量保证30分钟之内把水泥级配碎石混合料运至摊铺现场,提高施工质量。
  (2)、每周日及每天晚上交通比较畅通,适宜施工,应尽量安排水泥级配碎石施工。
  6.2摊铺整型:混合料到场后,设专人指挥车辆集中调头,直线倒入摊铺现场,保护好下承层,施工人员严格控制车辆进入已完成施工领域。为确保摊铺机正常连续摊铺,保持机前有3-4辆待摊铺车辆。卸料时运输车辆挂空挡,注意不撞击摊铺机,不把料卸在摊铺机外面。由摊铺机迎上推运卸料,边前进边卸料,卸料速度和摊铺速度相协调,其速度控制在约2m/min,保持匀速连续摊铺。摊铺中螺旋布料器应均衡地向两侧供料,螺旋布料器的料置以略高于螺旋布料器2/3,使熨平板挡板前混合料在全宽范围内保持一致,避免摊铺层出现离析现象。按试验阶段确定的松铺系数1.31调整好摊铺厚度,两侧高程采用走钢丝绳控制,设专人及时检查摊铺厚度平整度。摊铺机后设专人消除粗细集料离析现象,特别是局部粗集料成窝的要铲除,并用新拌和料填补。发现局部离析、拖痕及其它问题应立即处理。中途不得随意变速,尽量不停机,保证碾压后平整度满足规范要求。
  为确保边缘部分压实度,第一层边缘用铁铲拍实,第二层先做好路缘石(底座宽50cm,内侧边垂直高20cm),靠近路缘石边缘可直接用压路机压实。
  6.3压路机机型组合是水泥级配碎石施工成败非常重要的一道关键要素
  由于肯尼亚级配碎石重量较轻、孔隙率较大,加上厚度薄,宜采用重量较轻YZ12型作为静压及收光面;YZ14型双钢轮压路机作为碾压; 20吨XG6261P型胶轮压路机作为补充碾压,有利于提高压实度及改善路面的表观度。
  6.4碾压是水泥级配碎石施工成败的最后一道关键要素
  根据《肯尼亚路桥施工技术规范》:各检查点压实度平均值不小于98%,最低值不低于96%,每施工段落压实度检查点必须100%合格。若发现有压实度不合格的检查点应及时返工处理,直至合格为止。严格遵守以下工序进行施工碾压:
  (1) 一次摊铺宽度5-8米(若路面宽度超过8米,宜用两台摊铺机并排施工,有利于纵向接缝处理及保证提高路面表观度),在摊铺足够碾压作业面(宜15-20m)后即可开始碾压,注意同相邻摊铺块之间预留30-50cm,待相邻摊铺块摊铺完后一起碾压,混合料碾压顺序为:
  A. 先采用YZ12型双钢轮压路机静压一遍,碾压速度1.5-2km/h,后轮重叠1/3轮宽。
  B. 再用YZ14型双钢轮压路机振动碾压6-7遍,碾压速度控2-2.5km/h,后轮重叠1/3轮宽。水泥级配碎石厚度若超过14 cm,宜采用振动碾压7遍。
  C. 然后用20吨XG6261P型胶轮压路机碾压2-3遍,碾压速度1.5-2km/h,后轮重叠1/3轮宽。在碾压过程中若发现表面干燥,可启动胶轮压路机自配洒水系统进行表面适当补水,有利于提高压实度,有利于改善路面表观度。
  D. 为了进一步提高表观度,最后用YZ12型双钢轮压路机静压收光面1-2遍,静压速度1-1.5km/h,后轮重叠1/3轮宽。
  E. 对于压路机压不到的边角,采用本田GX120小夯实机打夯8-10遍。
   注意:碾压时不得漏压、随意调头、急打方向等不正确的施工方法;双钢轮压路机不论振动碾压还是静压,不得启动压路机自配洒水系统进行表面补水;水泥级配碎石施工结束应做到表面平整密实、无浮石、无弹簧、无明显压路机轮迹。
  (2)碾压过程中,水泥级配碎石表面应始终保持潮湿;严禁压路机在已完成或未碾压层上“掉头”和急刹车;施工中,从加水拌和到碾压终了的延迟时间不得超过水泥终凝时间。
  6.5接缝处理
  路面拓宽及改建为双向六车道或双向八车道,比较宽,纵向接缝和横向接缝都存在。纵向接缝比较长,处理起来比较困难,应尽量减少纵向接缝,一次摊铺宽度5-8米,搅拌站每小时生产60m3水泥级配碎石,初凝时间2小时计,有两种纵向接缝处理办法:
  第一,最好用两台摊铺机并排施工,有利于纵向接缝处理及提高路面整体质量和表观度;
  第二,只一台摊铺机,一条摊铺长度最好控制在100米之内,然后返回摊铺另一半,注意与相邻摊铺块之间预留30-50cm,表面用洒少量水等办法保持湿润,如遇到交通拥挤及天气特别干燥,最好把相邻摊铺块之间预留30-50cm铲除(接头处理成斜坡状),重新摊铺。
  横向接缝:将摊铺机附近及其下面未经压实混合料铲除,将已碾压密实且高程和平整度符合要求的末端挖成一横向垂直向下断面,摊铺机返回到压实层端部,用木垫板垫至虚铺高度,再摊铺新混合料,继续下一步施工。
  处理相邻摊铺面经常存在混合料离析现象:现场事先备用一定细料(可采用砂掺2%水泥),在离析地方均匀散布,然后碾压。接缝处,在初压完成后,由专人对碾压接头进行找平处理,并采用三米直尺逐尺每道进行检测,平整度大于8mm即进行找平处理(用挖除填充新混合料的方法),处理完毕检测合格后进行振动碾压,振动碾压完毕后进行平整度检测。如需填充处理时,需将已压实面刨松10cm后填充新混合料并碾压密实,不得进行薄层贴补。
  6、6养护及交通管制:养生是十分重要一个环节,养生期间湿度及龄期对水泥级配碎石强度影响相当大,每一段水泥级配碎石碾压完毕,压实度、标高检查合格后,先以土工布覆盖进入养生阶段,以保证水泥进行水化反应所需水分。养生时间不少于7天,养生主要采用洒水车每天早、中、晚洒水养护,注意避免在温度高时进行洒水养护;洒水时不揭开土工布,保证水泥级配碎石表面始终保持潮湿状态。覆盖土工布时,两块之间搭接不少于20cm,完全包裹结构层侧边。两端土工布完全覆盖水泥级配碎石并搭到路基上不少于20cm,固定土工布塑料袋内装填充物需为混合料废料,不用泥土,这样不易污染路面。养生期间做好交通管制,只允许洒水车辆通行,行车速度小于10Km/h,水车养生时不得在成型产品上调头及小半径转弯,注意避免碾压固定土工布塑料袋。养生期达到后及时安排下一道工序施工,使水泥级配碎石表面免糟破坏,确保水泥级配碎石养生后质量。
  6.7验收:水泥级配碎石施工完毕,先自检,达到规范要求后,项目部QC小组再复检,最后监理工程师检验验收。经长时间施工观察,本项目部水泥级配碎石所有压实度达到或超过98%,表观度好,得到项目部QC小组肯定,且获印度监理工程师及肯尼亚业主一致好评。
  7、结论
  一、由于水泥级配碎石属于半刚性结构,成型后如果存在问题不易处理,所以从原材料的质量、施工时间、拌和、运输、摊铺、碾压、养生等各道工序都要严格控制。才能在低水泥含量、厚度薄且重量较轻的水泥级配碎石施工中对各项技术指标进行更好控制。
  二、本文通过阐述关于如何攻克低水泥含量、厚度薄且重量较轻的水泥级配碎石施工技术,为国内外施工单位、监理单位、设计单位、政府部门采取相应对策及措施提供依据,节约大量水、水泥、碎石等原材料,有利于解决非洲国家因缺水、水泥、碎石等原材料而难以发展高等级公路的现象,对国内贫穷落后的西部欠发达省份是可以值得借鉴的。
  三、水泥级配碎石表观度,表面不宜过分光滑。
  四、尽量不宜采用山体5米以上的表层石料进行加工生产级配碎石,以减少风化石及减少粉料碎石,减少弹簧现象,有利于质量提高。
  8、致谢词
  本次成功攻克低水泥含量、厚度薄且重量较轻的水泥级配碎石施工技术,得到本项目部试验室、测量、工程部及项目领导关心与支持,还得到中水、中石油、中国路桥等在肯尼亚中资兄弟单位同仁大力支持,感謝印度监理工程师及肯尼亚业主关心!
  主要参考文献:
  [1]、Standard specification for road and bridge construction (Ministry of Kenya)
  [2]、邓学钧主编,《路基路面工程》(第三版)
  [3]、孙忠义 王建华编著,《公路工程试验工程师手册》(第三版)
  注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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