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摘 要:针对某公路工程试验段实际情况,在介绍其水泥稳定碎石材料要求、材料用量、施工的基础上,对其试验检测进行深入分析,最后得出基层抗压强度、抗弯拉强度、排水性能均达到要求的结论。
关键词:水泥稳定碎石基层;基层试验检测
中图分类号:U416.03 文献标识码:A 文章编号:1004-7344(2018)17-0147-02
水泥稳定碎石在目前的公路工程中得到广泛应用,不仅性能良好,而且施工方便,质量易于控制,尤其是能提高路面结构排水性能,但在正式施工前,需要通过试验检测确定各项条件能否达到要求。
1 试验段概况
某公路工程试验段采用沥青混凝土路面,基层为水泥稳定碎石,总长为100m。基层对公路排水有重要作用,如果基层排水良好,则从路面向下渗透的水可以进入基层,由于基层为多孔隙结构,所以水能横向汇集至集水管,最后由排水管进入窨井,防止水对公路基础造成损害。
试验段的基本结构为:
(1)公路中央分隔带以东设置长度为100m的基层,采用水泥稳定碎石,路基在原设计基础上抬高8cm,将原设计厚度为15cm的砂层直接取消,将原设计厚度为40cm的三渣层减薄至32cm,于三渣层的顶部铺筑厚度为15cm的基层,作为排水层;该基层和路基与三渣层的侧面交界部位,增铺土工布,用于防止细粒土对透水层造成堵塞;
(2)所用集水管与出水管,其管径按10cm控制,接口处均使用弯管进行相接。其中,出水管根据集水井具体位置进行布置,横坡取2%;在对集水管进行布置时,需要向南侧倾斜0.25%,上段增设通风管,和窨井直接相连,向上侧倾斜5%。出水口处集水井的井壁上段布置一定数量的挂钩,用于安放集水桶,为渗水水量的实时量测提供便利。路面与侧平台以外设置排水设施。进入到路面结构以内的水,流入基层后,横向汇集至集水管,再由出水管进入集水井,最后进入窨井[1]。
2 水泥稳定碎石材料要求与用量
2.1 材料设计
该试验段施工所用水泥稳定碎石的配比为:水泥:粗集料:水=160:1440:70。施工中所用水泥、粗集料与水都应达到设计与规范的要求,在进场前和使用前都要进行抽检,确认合格后方可使用,不可使用质量低劣的材料。
2.2 供料组配
由料厂直接供应的碎石可分成二档,其中,第一档碎石的粒径在15~25mm范围内,第二档碎石的粒径在5~15mm范围内。为保证使用厂供料通过组配得到的碎石满足设计要求,将第一、二档的碎石占比分别确定为40%和60%[2]。
3 试验段施工
3.1 開挖集水沟
根据工程设计要求在公路两侧进行集水沟开挖施工,开挖完成后放置集水管,使用土工布包裹紧密,同时预留约70cm的土工布。包紧后填筑水泥稳定碎石,填好后利用振捣器进行振捣,再覆盖一层土工布,最后用侧平石盖压。
3.2 摊铺及碾压
在三渣基面用水准仪准确放出控制桩,用于确定松铺厚度,控制桩之间的距离按4m控制。对基层与接缝部位进行适当洒水之后,由翻斗车将混合料运输到现场,然后由人工使用铁铲对混合料进行摊铺,同时在靠近模板的部位利用扣铲法实施铲铺。完成摊铺施工后,对其进行刮平,根据松铺厚度对刮平处理后的混合料高度进行控制,在不足处进行补平,突出处铲去。整平后用压路机连续碾压2遍,碾压至密实为止[3]。
3.3 接缝处理
在接缝部位使用槽钢进行支撑,同时洒水进行养护。到下次施工时,取下支撑槽钢,对接缝进行修平,除去松散碎石并适当洒水,最后摊铺成型。在进行碾压的过程中,压路机的后轮应对接缝连接进行2遍碾压,按粗平,再用振捣器精平[4]。
3.4 养 护
基层碾压完成后立即覆盖一层塑料膜,并在塑料膜表面覆盖草袋,当气温较高时,按4h的频率进行持续洒水。
4 试验段检测与结果分析
4.1 力学强度及孔隙率的试验检测
(1)试件灌注
在基层施工过程中,在搅拌机当中直接取出成品料进行灌模,以制得试件。在制得试件以后需要注意,应对其外观质量进行检查,不能有破碎,否则将影响最终的检测结果,造成较大的误差或破坏。
(2)基层取芯
基层施工养护28d以后进行取芯。由于孔隙率会影响到芯样与试件,所以将试件及芯样的实际孔隙率通过折算改变至20%后,试件实际抗压强度将增大:芯样孔隙率为20.34%,抗压强度与20%孔隙率抗压强度分别为8.91MPa、9.08MPa;1#试件孔隙率为19.73%,抗压强度与20%孔隙率抗压强度分别为9.96MPa、9.82MPa,误差为+7.5%;2#试件孔隙率为12.66%,抗压强度与20%孔隙率抗压强度分别为15.55MPa、9.85MPa,误差为+7.8%。
(3)抗压强度对比
三渣层试件在养护28d后,其抗压强度在3~4MPa范围内,即使半年后抗压强度也只有8~9MPa。可见,将三渣层替换为水泥稳定碎石,当厚度相同时,抗压强度可以达到设计要求。
(4)检验
相关规范指出:
σ折=1.868σ■■(1)
根据式(1)进行检验与分析,将芯样的劈裂强度变换为抗折强度以后,和试件大致相符;抗折强度受孔隙大小的影响较小:芯样孔隙率为18.43%,抗折强度为2.74MPa,1#试件孔隙率为17.88%,抗折强度为2.80MPa,2#试件孔隙率为12.85%,抗折强度为2.87MPa。由此可见,将三渣层替换为水泥稳定碎石,当厚度相同时,抗弯拉强度也可以达到设计要求。
4.2 排水性能的计算与分析
(1)基层设计 基层根据地表水渗入的设计量实施设计。根据达西定律对纵向上每延米基层具有的泄水能力进行计算:
Qi=KbiA=Kbibh(2)
式(2)中,Kb表示基层渗透系数,单位:m/d;i表示水力坡度;ih表示基层横坡;A表示过水断面总面积,单位:m2;h表示基层厚度,单位:m[5]。
对于基层泄水能力,它是基层混合料宽度、渗透系数与厚度的数学函数。路表水进入路面的总量,可采用以下公式计算:
Qi=IaBK(3)
式(3)中,Ia表示单位面积路面水渗入率,单位:m3/d/m2;B表示路面宽度,单位:m;K表示渗透安全系数。
(2)对路表水实际渗入量及渗透安全系数进行计算:试验段单向车道1#段路面宽度为16m,基层上、下两侧的边缘都超出路面0.15m,则总宽为16.15m,按照现有的文獻与规范,其路表水的渗入率取0.15m3/d/m2,据此可得该段路表水实际渗入量为0.15×16.15×K;该段基层的渗透系数取1.20cm/s,基层总厚15cm,将基层中被堵塞部分深度确定为2cm,则有效厚度实际上为13cm,横坡取2%。据此可得出基层泄水量,为2.70×10-2m3/d/m,渗透安全系数为1.114。采用相同的方法,2#段基层厚度为17cm,路面宽度为28.8m,横坡2%,渗透系数取2.618cm/s,据此可算出路表水渗入率、基层泄水量和渗透安全系数,分别为0.15m3/d/m2、6.787m3/d/m、1.563;3#段基层厚度为17cm,路面宽度为23.5m,横坡2%,渗透系数取2.391cm/s,据此可算出路表水渗入率、基层泄水量和渗透安全系数,分别为0.15m3/d/m2、6.200m3/d/m、1.748。可见,三段渗透安全系数都在1以上,说明试验段排水性能良好可满足设计要求。
5 结束语
综上所述,本工程试验段水泥稳定碎石抗压强度、抗弯拉强度、排水性能都能达到设计要求,说明所用基层材料、结构、施工方法均合理可行,具有良好的参考借鉴价值。
参考文献
[1]黄 艳.浅析公路的水泥稳定碎石层试验检测技术要点[J].低碳世界,2016(19):226~227.
[2]丁 涛.公路水泥稳定碎石层试验检测工作分析[J].四川水泥,2016(06):30.
[3]武晓燕.高速公路水泥稳定碎石基层施工质量控制与检测[J].山西建筑,2015,41(12):167~168.
[4]刘维民,范海军,唐侦湛,祝玉波.怀通高速公路骨架抗裂型水泥稳定碎石基层材料性能试验研究[J].公路工程,2013,38(06):28~32.
[5]马丽丽.浅谈道路水泥稳定碎石基层的试验检测与控制[J].科学之友,2014(03):52~53.
收稿日期:2018-5-10
作者简介:童宇萍(1983-),女,助理工程师,大专,主要从事公路工程道路施工,原材料与现场质量检测和资料编制与整理等方面工作。
关键词:水泥稳定碎石基层;基层试验检测
中图分类号:U416.03 文献标识码:A 文章编号:1004-7344(2018)17-0147-02
水泥稳定碎石在目前的公路工程中得到广泛应用,不仅性能良好,而且施工方便,质量易于控制,尤其是能提高路面结构排水性能,但在正式施工前,需要通过试验检测确定各项条件能否达到要求。
1 试验段概况
某公路工程试验段采用沥青混凝土路面,基层为水泥稳定碎石,总长为100m。基层对公路排水有重要作用,如果基层排水良好,则从路面向下渗透的水可以进入基层,由于基层为多孔隙结构,所以水能横向汇集至集水管,最后由排水管进入窨井,防止水对公路基础造成损害。
试验段的基本结构为:
(1)公路中央分隔带以东设置长度为100m的基层,采用水泥稳定碎石,路基在原设计基础上抬高8cm,将原设计厚度为15cm的砂层直接取消,将原设计厚度为40cm的三渣层减薄至32cm,于三渣层的顶部铺筑厚度为15cm的基层,作为排水层;该基层和路基与三渣层的侧面交界部位,增铺土工布,用于防止细粒土对透水层造成堵塞;
(2)所用集水管与出水管,其管径按10cm控制,接口处均使用弯管进行相接。其中,出水管根据集水井具体位置进行布置,横坡取2%;在对集水管进行布置时,需要向南侧倾斜0.25%,上段增设通风管,和窨井直接相连,向上侧倾斜5%。出水口处集水井的井壁上段布置一定数量的挂钩,用于安放集水桶,为渗水水量的实时量测提供便利。路面与侧平台以外设置排水设施。进入到路面结构以内的水,流入基层后,横向汇集至集水管,再由出水管进入集水井,最后进入窨井[1]。
2 水泥稳定碎石材料要求与用量
2.1 材料设计
该试验段施工所用水泥稳定碎石的配比为:水泥:粗集料:水=160:1440:70。施工中所用水泥、粗集料与水都应达到设计与规范的要求,在进场前和使用前都要进行抽检,确认合格后方可使用,不可使用质量低劣的材料。
2.2 供料组配
由料厂直接供应的碎石可分成二档,其中,第一档碎石的粒径在15~25mm范围内,第二档碎石的粒径在5~15mm范围内。为保证使用厂供料通过组配得到的碎石满足设计要求,将第一、二档的碎石占比分别确定为40%和60%[2]。
3 试验段施工
3.1 開挖集水沟
根据工程设计要求在公路两侧进行集水沟开挖施工,开挖完成后放置集水管,使用土工布包裹紧密,同时预留约70cm的土工布。包紧后填筑水泥稳定碎石,填好后利用振捣器进行振捣,再覆盖一层土工布,最后用侧平石盖压。
3.2 摊铺及碾压
在三渣基面用水准仪准确放出控制桩,用于确定松铺厚度,控制桩之间的距离按4m控制。对基层与接缝部位进行适当洒水之后,由翻斗车将混合料运输到现场,然后由人工使用铁铲对混合料进行摊铺,同时在靠近模板的部位利用扣铲法实施铲铺。完成摊铺施工后,对其进行刮平,根据松铺厚度对刮平处理后的混合料高度进行控制,在不足处进行补平,突出处铲去。整平后用压路机连续碾压2遍,碾压至密实为止[3]。
3.3 接缝处理
在接缝部位使用槽钢进行支撑,同时洒水进行养护。到下次施工时,取下支撑槽钢,对接缝进行修平,除去松散碎石并适当洒水,最后摊铺成型。在进行碾压的过程中,压路机的后轮应对接缝连接进行2遍碾压,按粗平,再用振捣器精平[4]。
3.4 养 护
基层碾压完成后立即覆盖一层塑料膜,并在塑料膜表面覆盖草袋,当气温较高时,按4h的频率进行持续洒水。
4 试验段检测与结果分析
4.1 力学强度及孔隙率的试验检测
(1)试件灌注
在基层施工过程中,在搅拌机当中直接取出成品料进行灌模,以制得试件。在制得试件以后需要注意,应对其外观质量进行检查,不能有破碎,否则将影响最终的检测结果,造成较大的误差或破坏。
(2)基层取芯
基层施工养护28d以后进行取芯。由于孔隙率会影响到芯样与试件,所以将试件及芯样的实际孔隙率通过折算改变至20%后,试件实际抗压强度将增大:芯样孔隙率为20.34%,抗压强度与20%孔隙率抗压强度分别为8.91MPa、9.08MPa;1#试件孔隙率为19.73%,抗压强度与20%孔隙率抗压强度分别为9.96MPa、9.82MPa,误差为+7.5%;2#试件孔隙率为12.66%,抗压强度与20%孔隙率抗压强度分别为15.55MPa、9.85MPa,误差为+7.8%。
(3)抗压强度对比
三渣层试件在养护28d后,其抗压强度在3~4MPa范围内,即使半年后抗压强度也只有8~9MPa。可见,将三渣层替换为水泥稳定碎石,当厚度相同时,抗压强度可以达到设计要求。
(4)检验
相关规范指出:
σ折=1.868σ■■(1)
根据式(1)进行检验与分析,将芯样的劈裂强度变换为抗折强度以后,和试件大致相符;抗折强度受孔隙大小的影响较小:芯样孔隙率为18.43%,抗折强度为2.74MPa,1#试件孔隙率为17.88%,抗折强度为2.80MPa,2#试件孔隙率为12.85%,抗折强度为2.87MPa。由此可见,将三渣层替换为水泥稳定碎石,当厚度相同时,抗弯拉强度也可以达到设计要求。
4.2 排水性能的计算与分析
(1)基层设计 基层根据地表水渗入的设计量实施设计。根据达西定律对纵向上每延米基层具有的泄水能力进行计算:
Qi=KbiA=Kbibh(2)
式(2)中,Kb表示基层渗透系数,单位:m/d;i表示水力坡度;ih表示基层横坡;A表示过水断面总面积,单位:m2;h表示基层厚度,单位:m[5]。
对于基层泄水能力,它是基层混合料宽度、渗透系数与厚度的数学函数。路表水进入路面的总量,可采用以下公式计算:
Qi=IaBK(3)
式(3)中,Ia表示单位面积路面水渗入率,单位:m3/d/m2;B表示路面宽度,单位:m;K表示渗透安全系数。
(2)对路表水实际渗入量及渗透安全系数进行计算:试验段单向车道1#段路面宽度为16m,基层上、下两侧的边缘都超出路面0.15m,则总宽为16.15m,按照现有的文獻与规范,其路表水的渗入率取0.15m3/d/m2,据此可得该段路表水实际渗入量为0.15×16.15×K;该段基层的渗透系数取1.20cm/s,基层总厚15cm,将基层中被堵塞部分深度确定为2cm,则有效厚度实际上为13cm,横坡取2%。据此可得出基层泄水量,为2.70×10-2m3/d/m,渗透安全系数为1.114。采用相同的方法,2#段基层厚度为17cm,路面宽度为28.8m,横坡2%,渗透系数取2.618cm/s,据此可算出路表水渗入率、基层泄水量和渗透安全系数,分别为0.15m3/d/m2、6.787m3/d/m、1.563;3#段基层厚度为17cm,路面宽度为23.5m,横坡2%,渗透系数取2.391cm/s,据此可算出路表水渗入率、基层泄水量和渗透安全系数,分别为0.15m3/d/m2、6.200m3/d/m、1.748。可见,三段渗透安全系数都在1以上,说明试验段排水性能良好可满足设计要求。
5 结束语
综上所述,本工程试验段水泥稳定碎石抗压强度、抗弯拉强度、排水性能都能达到设计要求,说明所用基层材料、结构、施工方法均合理可行,具有良好的参考借鉴价值。
参考文献
[1]黄 艳.浅析公路的水泥稳定碎石层试验检测技术要点[J].低碳世界,2016(19):226~227.
[2]丁 涛.公路水泥稳定碎石层试验检测工作分析[J].四川水泥,2016(06):30.
[3]武晓燕.高速公路水泥稳定碎石基层施工质量控制与检测[J].山西建筑,2015,41(12):167~168.
[4]刘维民,范海军,唐侦湛,祝玉波.怀通高速公路骨架抗裂型水泥稳定碎石基层材料性能试验研究[J].公路工程,2013,38(06):28~32.
[5]马丽丽.浅谈道路水泥稳定碎石基层的试验检测与控制[J].科学之友,2014(03):52~53.
收稿日期:2018-5-10
作者简介:童宇萍(1983-),女,助理工程师,大专,主要从事公路工程道路施工,原材料与现场质量检测和资料编制与整理等方面工作。