杨晓飞
(中建路桥集团有限公司,河北石家庄 050000)
路面垫层是处在基层(底基层)和路基中间的一层结构,负责在扩散荷载应力的同时,对路基自身水温状况予以改善,提高面层及基层整体强度,避免受到土基水温状况改变带来的不良影响。目前,可用于垫层的材料有很多,如石灰土或石灰渣、砂石、手摆片石等,尤其是级配碎石,在当前的公路工程中应用逐渐增多。为使垫层施工达到预期质量,充分发挥出自身的作用与效果,需要根据公路工程实际情况,制定合理可行的垫层施工技术,然后在实际施工中加以严格执行,明确各项施工技术要点。
某高速公路工程起讫桩号为PK24+000—PK48+213.612,总长约24.2km,包括26处圆管涵、27处框架涵、4处通道涵、5个跨线桥、4个高架桥和2个互通立交。该工程垫层材料为机制天然碎石,需在满足路面结构强度的同时,有一定透水性。根据以往施工经验和相关检测结果可知,使用高质量材料,辅以适当的比例级配,并严格按照相关工艺要求进行施工,是保证垫层质量的关键所在。下文以该公路工程为例,对其级配碎石垫层施工技术进行分析。
为制得质量满足要求的级配碎石,在生产拌和时必须严格遵循下列各项要求:
(1)对碎石的质量予以严格控制,包括强度、压碎值与粒径在0.5mm以内颗粒塑性指数,这些参数指标必须处在相关规范要求的范围内,同时集料应保持洁净,没有杂物。
(2)对各级碎石的实际掺配比例进行严格控制,良好的级配是使碎石层有较高嵌锁力,并得到要求的密实度与强度的基本要求,同时还要根据工程实际情况具有一定透水性。应结合现场要求确定适宜的掺配比例,然后才能正式投入实际生产过程当中。
(3)对生产拌和时的用水量进行严格控制。在施工现场对混合料进行生产拌和时,对含水量一般按照7.2%~7.6%的范围进行控制。如果施工现场和拌和站之间的距离很远,则在运输过程中混合料中的水将有一定程度的散失,并在施工中也会产生蒸发,因此实际含水量不能比试验确定的最佳含水率小,通常要高出0.5~1.0%,当气候干燥或现场条件复杂时,还应酌情增加,以确保混合料在碾压时的实际含水量和最佳含水量相符,保证碾压质量,避免由于含水量方面的问题导致碾压不密实或不充分[1]。
垫层施工严格按照以下工艺流程进行:施工准备→确定试验段→清理并检测下承层→经检查确认满足摊铺施工要求后,方可开始摊铺,若不满足,则应再次对下承层进行清理与检测→摊铺完成后对垫层湿度情况进行检测,检测结果满足碾压要求后,方可开始碾压,若不满足要求,则应进行处理,并再次检测,直至满足要求→碾压完成后进行检测验收。
在正式施工开始前,应先进行试验段的选取,通过试验段施工确定所有施工参数,为正式段施工提供技术指导和参考。试验的具体内容包括:
(1)确定混合料摊铺与碾压施工的作业组及其机械设备类型、数量与组合方式等。
(2)对压实性能予以针对性测试,测试内容包括静力承载板与贝克曼梁弯沉,经测试确认达到要求后,即可开始正式施工[2]。
在备料之前,应先将下承层表面存在的垃圾杂物清理干净,并对其放样数据进行检查,包括平整度、宽度及顶面实际标高,将检查确认满足要求后,才能进行混合料摊铺,以免摊铺后的混合料由于下承层不平整产生松散。同时,在摊铺开始前还要对下承层湿度进行严格检测,如果湿度较小,则应进行适当的洒水,相反,当湿度较大时,应在水分稍微蒸发以后再进行后续施工[3]。
为防止摊铺施工时间太长使水分大量蒸发,一般每个作业区的长度需控制在200m以内,同时应配备专门的洒水设备,确保混合料实际含水率始终满足要求。本次施工主要采用两台摊铺机以半幅全宽成阶梯状的方式进行,相邻两个摊铺段之间保持20cm宽的搭接,两台摊铺机之间的距离则按照6m严格控制。对于前方摊铺机,在其两侧分别配置浮动基准梁进行找平,而后方摊铺机则在其中一侧设置滑靴,将其放到前面摊铺完成形成的基准面表面,以确保接面保持平顺,在另一侧设置浮动基准梁。摊铺机自带夯锤采用5.5级的振实级别,摊铺机的运行速度一般按照2m/min控制。当摊铺厚度在30cm以内时,可一次性摊铺完成;当摊铺厚度超过30cm时,则要分成两层进行摊铺。注意不可形成多个薄层或填补坑洼,否则将导致成型后的垫层无法达到要求,或根本无法成型。完成摊铺后,在碾压开始前,混合料高度应比设计要求标高高出2~3cm。在条件允许的情况下,应尽可能在半幅路基范围内一次性完成摊铺,以彻底避免纵向接缝的产生,如果无法避免纵向接缝,则要保持垂直相接,禁止斜接。在混合料摊铺过程中,需在摊铺机的后方安排专人进行跟踪检查,以及时发现和清除产生离析的部分,并尽快填补新拌混合料[4]。
垫层混合料碾压开始前,应对摊铺完成的垫层混合料实际湿度情况进行检测,如果含水率较低,则要用洒水车进行适当的洒水,确保混合料的实际含水率能够得到最佳值,进而使碾压完成后的混合料获得良好的密实度。而当实际含水率偏大时,通常采用翻晒的方法处理。采用压路机按照从两侧路肩到路中心的方向进行碾压,路面的两侧应在要求的碾压遍数基础上额外多碾压1~2遍。在实际的碾压施工中,压路机的后轮要有轮宽一半的重叠,压路机后轮将整个路面压完后,视为完成了1遍碾压,以此不断重复,直到混合料实际密度达到要求。对于碾压速度,相关规范和设计都会提出明确的要求,一般前两遍碾压建议采用1.5~1.7km/h的速度,之后则可以将速度加快到2.0~2.5km/h。在压路机反复交替碾压的过程中,前一次和后一次压路机停留的地方,应保持不少于10m的间隔距离,同时要远离起始线至少3m。另外,在垫层混合料碾压开始前,应先进行适当的洒水[5]。在碾压施工中,不仅要采用振动压路机,还应配备轮胎压路机。其中,振动压路机自重应达到20t以上,而轮胎压路机自重应达到16t以上。垫层混合料的实际压实度应在98.5%以上,需要用两种压路机进行联合作业,以保证最终的压实效果。该工程垫层混合料压实工艺为:先采用振动压路机将其振动器关闭后进行1遍静压;然后采用轮胎压路机进行碾压,碾压遍数为1遍;再采用开启振动的振动压路机连续振压3~5遍;完成振压后,将振动压路机的振动器关闭,静压1~2遍;最后用轮胎压路机进行静压,静压遍数根据现场实际情况确定,以达到良好收面效果为准,通常不会超过2遍。
将垫层混合料碾压结束后,应尽快进行下列项目的检测:
(1)密实度检测:一般每完成1 000m进行一次检测,具体的检测次数根据现场情况结合要求确定,通常不能少于20次,当检测结果中有不少于95%的结果满足标准要求,则可认定密实度检测结果合格。
(2)厚度检测:一般每完成1 000m进行一次检测,通常以10m的间隔距离设置三个测点,分别位于行车层的两侧与中心线,与理论厚度相对应的允许误差为95%的测点厚度大于理论厚度减去3cm。
(3)宽度检测:面层宽度通常按照30m的间隔距离进行测量。相对于面层的理论边缘,面层宽度误差不能超过±5cm;而相对于面层的总宽度,误差不能超过10cm。
(4)测平度:一般每完成1 000m进行一次检测,理论标高检测点允许误差为95%的监测点在理论标高±1cm之间。
(5)表面平整度检测:采用定时对坑洼进行检测的方法,确定表面是否平整与均匀。一般使用3m直尺进行测定,通常要求横断面不超过3cm,而纵断面不超过2cm。
(6)压实度检测:要求压实度达到98.5%及以上。
(7)承载力检测:EV2不低于80MPa,EV2与EV1之比应小于2,且弯沉值不能超过150/100m。
综上所述,垫层作为公路路面结构的重要组成部分,具有承上启下的作用,能为后续其他结构层次的施工奠定良好基础。目前,案例公路工程级配碎石垫层施工已经完成,且经检测确认,包括密实度、厚度、宽度、平整度、压实度和承载力在内的各项指标都能达到设计与规范的要求,证实了上述施工技术方法的合理性与有效性,可供此类级配碎石垫层公路工程参考借鉴。