严寒地区低剂量水泥稳定碎石施工工法.doc
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1、严寒地区低剂量水泥稳定碎石施工工法1.前言当前,半刚性水泥稳定碎石基层在各等级公路中的应用较为广泛,随着我国经济的快速发展,公路成为重载交通运输的主要运输形式,公路的质量主要取决于路基与路面结构层的质量。我国自开始修建半刚性基层沥青路面以来,经过大量的科学研究和工程实践,半刚性基层材料具有明显的优点和广阔的使用前景。然而随着这种结构的大量应用,发现由于基层和底基层的收缩裂缝反射,将沥青路面表层拉裂,特别是水泥稳定碎石层的裂缝反射,对沥青路面的破坏已经成为公路施工行业关注的重点。问题的存在与当前半刚性基层材料设计方法和评价标准落后于当前技术发展水平息息相关,其中主要因素有:集料级配要求过宽、室内
2、成型方式与现场碾压方式不匹配、质量控制指标单一、压实度标准偏低等。针对上述问题,研究通过采用振动成型施工工艺,从而达到降低水泥稳定碎石基层混合料水泥剂量和含水量,通过大量试验结果显示,水泥用量降低1.5%-2.5%,强度提高1.5-2.0倍,同时通过振动碾压施工,基层强度、稳定性、抗裂性能均表现较好,从而提高路面使用寿命,减少后期养护维修次数,达到节省投资费用的目的。本工法也在此基础上顺利形成,并应用于工程实践,实践证明该工法具有技术先进性,能适应交通运输发展的需求,并有一定的社会、经济效益,为今后的路面结构层施工提供借鉴,具有在全国公路工程建设中具有广泛的推广及应用价值。2.特点2.1采用优
3、化的骨架密实型级配,粗集料用量加大,细集料用量减少,形成骨架密实结构,基层板结性好,整体强度高,可有效增加粗集料之间的嵌挤从而提高抗剪强度,且不降低其抗温缩能力。2.2根据试验表明,在混合料级配相同的情况下,采用振动成型法的最佳含水量和水泥用量均比重型击实成型法低,可有效降低材料的自身收缩作用,减少裂缝。2.3振动成型法的压实原理与现场施工振动压路机的压实原理相接近,它是集压实与振动于一体,使集料内的颗粒产生相对位移和流动并压实,集料的嵌挤更为密实,空隙率更低,密实度相对重型击实法更高。2.4振动成型试件抗压强度远大于静压成型试件抗压强度。水泥剂量降低高达1.5%-2.5%的同时,强度可提高1
4、.5-2.0倍,在满足设计要求同时,降低了工程造价。2.5通过提高压实机械效率和优化压实工艺与骨架密实型级配相匹配,增加了混合料的单位体积质量,提高了基层的回弹模量。3.适用范围本工法适用于所有路面结构层中骨架密实型水泥稳定碎石基层、底基层施工。4.工艺原理4.1采用骨架密实型级配,粗集料相互嵌齐稳定,通过高强振动压实,可以获得较大的密度,提高了抗裂性能,同时具有较高的内摩阻力、较好的耐疲劳性能;4.2压实控制标准和强度检验试件成型方式采用振动压实机成型,提高了密度和强度,降低了水泥剂量和最佳含水量,试验最大限度地模拟基层具体施工条件,使室内成果与基层实际应用效果具有可比性;4.3采用20t以
5、上的振动压路机成型,充分发挥主流压实设备的压实效率,提高基层压实度。4.4在满足设计强度的基础上减少水泥用量,同时限制细料和粉料用量,根据施工时气候条件限制含水量,从而减少水泥稳定碎石基层收缩开裂,进一步提高基层、路面的使用性能和使用寿命。5.工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.1.1施工工艺流程图如下(图一):图5.1-1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工机械配备齐全的施工机械和配件,做好开工前的保养、机械调试工作,并保证在施工期间不发生有碍施工进度和质量的故障。路面基层施工,采用集中厂拌、摊铺机摊铺、分层碾压施工,必须配备足够的拌和、运输、摊铺、压实机械。5.2.2确定骨架密实型集
6、料级配范围骨架密实型水泥稳定类基层集料最大粒径不大于31.5mm,级配范围宜符合表1要求。 表5.2-1骨架密实型水泥稳定碎石级配设计范围筛孔(cm)31.5199.54.752.360.60.075建议级配(%)10077482722122建议级配范围(%)1006886385822321628815035.2.3 原材料选择5.2.3.1集料:要经过料源调查,宜选用坚硬、表面粗糙且有较好棱角性的材料,在质量符合要求的前提下,尽可能就地取材。5.2.3.2水泥:选用PC或PSA 32.5级 散装水泥。5.2.3.3水:凡饮用水均可拌制和养护水泥稳定碎石基层。如对水质有疑问,应委托有资质的单位
7、化验。5.2.3.4混合料组成设计水泥稳定碎石材料的组成设计包括:根据规定的材料指标要求,通过试验选取合适的集料和水泥;确定合理的集料配合比例、水泥剂量、混合料的最佳含水量和最大干密度。合理的水泥稳定碎石组成必须满足强度要求,具有较小的温缩和干缩系数(现场裂缝较少),施工工作性良好(粗集料离析较小)。设计符合级配设计范围要求的集料级配曲线,确定集料组成比例。取工地实际使用的碎石,分别进行水洗筛分,按颗粒组成进行计算,确定各种碎石的组成比例。要求组成混合料的级配应符合(表1)的规定,且4.75mm、2.36mm、0.075mm的通过量应接近级配范围的中值,从而保证混合料骨架的嵌挤效果。取工地使用
8、的水泥,按不同水泥剂量分组试验。一般水泥剂量按2.5%4.5%范围,分别取45种比例(以碎石质量为100)制备混合料(每组无侧限抗压强度试件个数为:偏差系数10%时6个;偏差系数10%15%时9个;偏差系数15%20%时13个)。采用振动压实试验法确定各组混合料的最佳含水量和最大干密度。为减少基层裂缝,应做到三个限制:a.在满足设计强度的基础上限制水泥用量;b.在减少含泥量的同时,限制细料、粉料用量;c.根据施工时气候条件限制含水量,含水量不宜超过最佳含水量的l%。根据确定的最佳含水量,拌制水泥稳定碎石混合料,按要求压实度采用振动压实成型试验方法制备试件。试件在规定的温度下保湿养生6d,浸水
9、24h后,进行无侧限抗压强度试验。水泥稳定碎石试件的标准养护条件是:将制好的试件脱模称重后,应立即用塑料薄膜包覆,放入养护室内养生,养护温度为202,相对湿度在95%以上。养生期的最后一天(第七天)将薄膜去掉,观察试件边角有无磨损或缺块,再次称重后将试件立即浸泡202水中,应使水面在试件顶上约 2.5cm。将已浸水一昼夜的试件从水中取出,用软的旧布吸去试件表面的可见自由水,并称试件的质量。养生期间如有明显的边角磨损或缺块,试件应予作废。养生期间,试件水份损失应不超过10g,超过此规定的试件,应予作废。水泥稳定碎石7天浸水无侧限抗压强度代表值Rd0应不小于设计值,设计值由施工设计图纸确定。试件室
10、内试验结果抗压强度的代表值按下式计算:式中:Rd0抗压强度代表值,MPa;该组试件抗压强度的平均值,MPa; 保证率系数,高速公路、一级公路应取保证率95%,此时=1.645;二级及二级以下公路应取保证率为90%,此时=1.282; 该组试验结果的变异系数(以小数计)。取符合强度要求的最佳配合比作为水泥稳定碎石的生产配合比,用振动击实成型法求得最佳含水量和最大干密度,经审批后,用来指导施工。5.2.5 备料5.2.5.1根据混合料配合比设计比例确定各档集料的进料比例。5.2.5.2如自加工集料,应根据天然级配的组成情况,对照设计比例,进行再加工或补充购买。5.2.5.3水泥等稳定材料,凝结时间
11、应根据施工需要在合同中约定,较高的水泥温度会影响混合料凝结时间,如有必要,需进行约定。5.2.5.4洒水车和土工布等养生材料数量要满足施工需要。5.2.6试铺(试验段施工)5.2.6.1正式开工之前,应进行试铺。试铺段应选择在经验收合格的下承层上进行,其长度为300m600m左右为宜,每一种方案试验100m200m。5.2.6.2水泥稳定碎石混合料采用集中拌和(厂拌),由两台摊铺机梯队摊铺作业,一次碾压密实。试铺路段的拌和、摊铺、碾压各道工序按现行公路路面基层施工技术细则(JTJ/T F20-2015)进行。5.2.6.3试铺段总结的主要内容如下:验证用于施工混合料的配合比,确定混合料配合比的
12、控制方法,检査混合料碎石级配、水泥剂量、7天无侧限抗压强度及含水量的増减控制方法;调试拌和机,确定拌和时间,保证混合料均匀性;分别称出拌缸中不同规格的碎石、水泥、水的重量,测量其计量的准确性;确定混合料摊铺方法和适用机具,包括:机械组合、压实机械规格、摊铺速度、碾压速度、梯队作业时摊铺机间隔距离。压实机械的选择和组合,压实的顺序,速度和遍数,至少应选择两种确保能达到压实标准的碾压方案,例如可釆用如下碾压程序:初压复压(弱振动)复压(强振动)终压,初压速度(1.5-1.7) Km/h;复压、终压速度(1.8-2.2) Km/h。确定铺筑的松铺厚度和松铺系数(约为1.251.30)。拌和、运输、摊
13、铺和碾压机械的协调和配合,严密组织拌和、运输、碾压等工序,缩短延迟时间。根据试验段获得的压实密度,结合室内最大干密度,确定现场压实度控制标准值。5.3现场施工5.3.1一般要求5.3.1.1无污染施工:清除作业面表面的浮土、积水等;施工段落应封闭交通;施工车辆进入施工区域前必须进行轮胎及车厢外侧的泥土等污染物的清洗,严禁污染及地方车辆上路,并将作业面表而洒水湿润。5.3.1.2开始摊铺的前一天要进行测量放样,按摊铺机宽度与传感器间距,一般在直线上间隔为10m,在平曲线上为5m做出标记,并打好厚度控制线支架,根据松铺系数算岀松铺厚度,决定控制线高度,挂好控制线。用于摊铺机摊铺厚度控制线钢丝的拉力
14、应不小于800N。5.3.1.3水泥稳定碎石基层的施工期宜在气温较高的季节施工,施工当日的日最低气温应保证在5以上,在有冰冻的地区,应在第一次冰冻期到来的15-30d之前完成施工。5.3.1.4夏季高温作业时,水泥温度不应高于50;避免在雨季进行施工,且不应在雨天进行施工,降雨时应停止施工,并及时采取覆盖措施。5.3.1.5为保证基层达到强度满足要求、抗裂能力最佳的效果,应尽量限制水泥、细集料、粉料用量;根据施工时气候条件限制含水量。合成集料级配中0.075mm以下颗粒含量应尽量控制在3.5%以下。5.3.1.6水泥稳定碎石基层应采用立模法施工;应采用钢轮振动压路机和轮胎压路机组合的方式进行碾
15、压,单层压实厚度宜为15-20cm,应在混合料处于或略大于最佳含水量时进行碾压,直到满足规定的压实度;5.3.1.7碾压完成后应覆盖保湿养生,下层水泥稳定碎石施工结束7天后即可进行上层水泥稳定碎石的施工,基层间施工间隔不宜长于30天。5.3.2准备合格的下承层每一层基层施工前,应检查下承层施工质量。下承层应满足相应的质量指标,对下承层顶面的高程、平整度、宽度、压实度等技术指标进行检测,表面平整、坚实,路拱满足设计要求,没有任何松散和软弱地点。松散、离析严重的路段,应进行返工处理。经验收合格后,清除其表面的杂物,并用洒水车洒水一遍,保证下承层的湿润。5.3.3施工放样根据中桩和边线位置,用石灰线
16、划摊铺边缘线,按摊铺机宽度和传感器间距,在两侧按10米一个断面在中线和边线位置定好钢钎桩位置,钢钎应打在离铺设宽度以外30CM处。摊铺前测量钢钎位置下承层顶面标高,由该点的控制标高计算定架高度,然后挂上事先紧好的钢丝绳,钢丝绳直径6mm,钢丝绳的拉力不小于800KN。5.3.4混合料的拌和5.3.4.1开始拌和前,拌和场的备料应能满足3-5天的摊铺用料。5.3.4.2每天开始搅拌前,应检査场内各处集料的含水量,计算当天的施工配合比,拌和含水量要略大于最佳含水量1%左右,使混合料运到现场碾压时的含水量不小于最佳含水量。5.3.4.3在充分估计施工富余强度时要从缩小施工偏差入手,不得以提高水泥用量
17、的方式提高路面基层强度。5.3.4.4每天开始搅拌之后,按规定取混合料试样检査级配和水泥剂量。随时在线检査配比、含水量是否变化。5.3.4.5天气炎热或运距较远时,拌和时应适当增加含水量,对稳定中、粗粒材料,混合料的含水率可高于最佳含水量1-2各百分点。早晚与中午的含水量要有区别,要按温度变化及时调整。5.3.4.6拌和机出料不允许采取自由跌落式的落地成堆、装载机装料运输的办法。一定要配备带活门漏斗的料仓,成品混合料先装入料仓内,由漏斗出料装车运输,装车时车辆应前后移动,分三次装料,先装车厢前部,再装车厢后部,再装车厢中间,避免混合料离析。5.3.4.7施工过程中应加强对拌和设备计量装置、检测
18、仪器等设备的检查、维护。5.3.5混合料的运输5.3.5.1运输车辆采用大型自卸车,运输车辆10辆,在每天开工前,要检验其完好情况,装料前应将车厢清洗干净,在运输过程中需蓬布覆盖,以防水分蒸发过快。5.3.5.2运输车的运量比拌和能力和摊铺速度略有富余,施工过程中摊铺机前方应有若干运料车等候卸料。5.3.5.3应尽快将拌成的混合料运送到铺筑现场,进入工作面之前对车辆轮胎进行清洁,确保工作面上的整洁。5.3.5.4连续摊铺过程中,运料车在摊铺机前10-30CM处停住,不得撞击摊铺机,卸料过程中运料车应挂空挡,靠摊铺机推动前进。5.3.5.5卸料时,先顶起车厢一半,卸完半车料后,再将车厢全部顶起,
19、防止车厢料一次滑落至摊铺机料斗,待全部料卸完后,车辆挂前进档缓慢驶离摊铺机,并对车厢内进行检查,如有少量残余混合料,将混合料倒在指定地点,废弃不用。5.3.5.6车辆绕行过程中,经过路口较多,车辆按照指定线路行驶,在道口处设立交通标志,并由专人指挥交通,指挥人员必须穿着反光背心。5.3.5.7当车内混合料不能在水泥初凝时间内运到工地并进行摊铺压实,必须予以废弃。5.3.6混合料的摊铺5.3.6.1混合料摊铺应保证足够的厚度,碾压成型后每层的摊铺厚度宜不小于160mm,最大厚度宜不大于200mm。5.3.6.2摊铺前应将下承层洒水湿润,如果气温较高须及时的均匀补充洒水。对于基层下层表面,应喷洒水
20、泥净浆,按水泥质量计,宜不少于(1.01.5) 。水泥净浆稠度以洒布均匀为度,洒布长度以不大于摊铺机前30m40m为宜。5.3.6.3调整好传感器臂与控制线的关系:严格控制基层厚度和高程,保证路拱横坡度满足设计要求;同时摊铺过程中应随时检查松铺厚度和初始压实度。5.3.6.4摊铺机起步:摊铺机熨平板下垫松铺厚度的方木先缓慢起步,并用三米铝合金直尺不断检测混合料表面与钢丝绳之间间隙,调整传感器,逐渐达到设定摊铺速度和设计的摊铺厚度。5.3.6.5摊铺过程中摊铺机要调置最佳状态,调好螺旋布料器两端的料位传感器,并使链板送料器的速度和螺旋布料器的转速相一致,螺旋布料器的料量应有三分之二埋入混合料中,
21、以保证熨平板挡板前混合料在全宽范围内均匀分布,以减少摊铺过程中的离析。5.3.6.6基层混合料采用两台及两台以上摊铺机摊铺时,摊铺机前后相隔510米呈梯队式同步摊铺,应保证其速度一致、摊铺厚度一致、 松铺系数一致、路拱坡度一致、摊铺平整度一致、振动频率一致等,两幅之间应有5cm10cm左右的搭接宽度,两机摊铺接缝平整。5.3.6.7摊铺机宜连续摊铺,行进速度要均匀,中途不得变速,其速度要与拌和机能力相适应,最大限度地保持匀速前进,摊铺不停顿、不间断。如拌和机生产能力较小,应采用最低速度摊铺,禁止摊铺机停机待料。摊铺机的摊铺速度一般宜在lm/min左右。5.3.6.8摊铺机在安装、操作时应采取防
22、止混合料离析措施,如降低布料器前挡板的离地高度。在摊铺机后面设专人消除粗、细集料离析现象,特别应该铲除局部粗集料“窝”,并用新拌混合料填补。5.3.6.9在施工过程中,遵循拌和能力、运输能力与摊铺机能力相匹配原则,协调各机械的施工功率,杜绝机等料现象出现,运输车辆不能硬碰摊铺机,同时及时清除摊铺机履带下洒落的混合料,保证摊铺机平稳前进,摊铺的混合料未压实前,施工人员不得进入踩踏。5.3.7混合料的碾压5.3.7.1每台摊铺机后面,应紧跟三轮或双钢轮压路机,振动压路机和轮胎压路机进行碾压,一次碾压长度一般为50m80m。碾压段落必须层次分明,设置明显的分界标志。5.3.7.2碾压应遵循试铺路段确
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