淺談冷再生基層強度控制要點

范昌才

淺談冷再生基層強度控制要點

范昌才

(安徽省巢湖市路橋公司,安徽巢湖 238000)

冷再生基層強度指標是決定工程質量的一項重要指標;強度控制是保證冷再生基層強度指標順利實現的關鍵環節。工程設計與工程實施單位針對施工中出現的基層取芯強度不足的問題,通過分析影響冷再生基層強度各種因素,提出其強度控制要點,并在工程實施中予以落實,當冷再生基層取芯強度全部滿足設計要求,為冷再生基層技術得到更為廣泛的推廣和應用奠定了基礎。

冷再生;基層;強度;控制

0 引言

公路建設高速發展之后,必轉入公路路面養護高峰。采用傳統的路面養護技術需消耗大量自然資源,或產生大量難以處理的舊路銑刨廢料。冷再生基層技術可靠、工藝簡單,質量穩定,是處理公路養護方面可持續發展與環保問題的最佳措施之一[1]。

強度指標控制是冷再生基層質量的關鍵環節之一。現就某三級公路G108K1448+982～K1459+800間的兩段共計7.056km冷再生路面基層的強度控制作以總結交流,以確保冷再生基層施工質量。

該工程路段為三級公路,路面寬度6.5m,路基寬度7.0m;路面結構為:30cm二灰碎石補強基層+5cm瀝青混凝土;該路段經多年養護工程處理,面層厚度不穩定。

1 冷再生基層強度的控制范圍

《公路路面基層施工技術規范》J TJ 034—2000規定:二級和二級以下公路基層用水泥穩定土7d的浸水抗壓強度應在2.5MPa～3.0MPa之間;行駛重載車輛的公路應取高值,即三級公路強度規定最高值為3MPa。

冷再生基層施工,是將舊路面中的瀝青混凝土和原基層粉碎作為基層材料。可結合舊路面結構,計算冷再生混合料中的瀝青質含量。如基層含石量為75%的二灰碎石。冷再生銑刨深度為20cm時,瀝青面層厚度與銑刨散料中的瀝青含量分析如表1所列。

表1 冷再生20cm舊路的銑創散料中瀝青含量分析表

冷再生基層混合料的結合料為水泥,但從表l可以看出,銑刨舊路散料含一定數量的瀝青。其對混合料亦能起到一定的柔性穩定作用,且對結合料水泥的凝結有著減緩作用。通過試驗段證明,設計強度為3.4MPa的方案可行。施工中,為保證初期強度,又要防止成型后冷縮裂縫,建議混合料7d無側限抗壓強度控制在3.8MPa～4.3MPa。保證基層取芯強度滿足設計要求為宜,一般取芯強度在3.5 MPa～4.2MPa。

2 影響冷再生基層強度因素及其分析

影響冷再生基層強度因素較多,如路基病害、地下水等,但在施工過程中表現突出的主要有以下幾個方面:水泥劑量、含水量、拌和均勻程度、壓實程度、作業時間、施工工藝、初期養護、行車碾壓等方面。

2.1 影響水泥劑量的因素

水泥是冷再生基層的主要結合料,其劑量大小直接影響冷再生基層強度。影響水泥劑量的因素主要有以下五個方面。

2.1.1 水泥用量計算公式中的基數誤差

水泥用量是用冷再生基層最大干密度、壓實厚度計算而得。由于舊路碎石含量在不斷地變化,最大干密度亦隨含石量的變化而改變,施工中又不可能將每個斷面先測含石量。所以,用大范圍含石量的最大干密度計算而得的水泥用量對含石量低的混合料來說,由于散料比表面積增大,水泥膠砂強度就會降低;反之亦然。

2.1.2 布水泥的方格網面積不準確

施工前,以路面的半幅寬度計算兩袋水泥攤鋪長度。實際施工中,由于考慮縱縫搭接需加鋪一定寬度;在曲線段,由于彎道加寬值而改變路面寬度。施工人員不能嚴格按照實際寬度進行合理的調整而致方格網面積大小不一致。

2.1.3 水泥攤鋪不均勻

每塊方格網一袋水泥要攤鋪均勻,由于人工攤鋪水泥,總存在一定誤差,出現薄厚不勻。

2.1.4 袋裝水泥重量不足

單位面積內的水泥用量是按照每袋50kg進行計算的。由于水泥運輸、裝卸、貯存等各個環節均會消耗一定量的水泥,實際攤鋪水泥量不足計算數量。

2.1.5 銑刨深度不穩定

水泥用量是根據冷再生基層壓實厚度計算而得,銑刨深度決定冷再生基層壓實厚度。銑刨過深,水泥劑量由于定量布置,會因銑刨散料的增加而降低;反之亦然。

(1)橫坡改變引起冷再生銑刨深度變化:山區公路曲線連綿,橫坡左右變化,冷再生機的行駛和調節有一個適應過程,經常出現局部半刀打的過深,或半刀打的過淺的現象,從而影響水泥劑量的均勻程度。

(2)機械故障:由于機械動力系統、或者動力傳遞系統、行走系統出現故障,會產生轉子轉速、行進速度不穩定現象。

(3)操作不當:冷再生機銑刨范圍均應布上水泥,如果冷再生機超出水泥布置范圍,將由于銑刨面積增大而降低水泥劑量。

2.2 含水量

含水量直接影響冷再生基層的壓實度和基層強度。含水量大壓實中易產生翻漿,且由于水分占有空間而降低基層強度;含水量低,不易壓實,會由于孔隙率增大而減弱基層強度。

2.3 拌和均勻程度不穩定

冷再生基層試驗段取芯試驗發現,冷再生基層上層18cm內強度較高,18cm～21cm的強度較低,最下層的2cm～3cm近乎為松散層。經過分析,出現這種現象的根本原因是轉子轉速低引起。或者是行走速度過快引起的。

(1)冷再生機轉子轉速:轉子轉速過低,下層散科不易打出底層,會出現無強度松散層。產生原因有:遇到難以破碎的混凝土修補基層;動力不足;刀頭磨鈍;水車阻力加大等。

(2)冷再生機行進速度:行進速度過快,單位面積內被刀頭擊打次數減少,同樣出現拌合不勻現象。

(3)舊路路面結構變化:舊路路面結構發生變化(如挖補坑槽采用水泥混凝士修補基層,其強度和二灰碎石強度存在差異),以致冷再生機行速和轉子轉速均受到影響。

2.4 基層壓實度

集料密實程度(即壓實度)決定集料間的距離大小,對強度影響甚大。壓實度愈高強度就愈強;但是如果超壓,會使碎石破碎而降低強度。所以,冷再生基層壓實要控制在一定范圍之內,在確保壓實度的同時,不能超壓。

2.5 作業時間

施工機械、或者施工人員不匹配,往往出現冷再生機銑刨的散料無法在有效的時間內完成全部作業,當超過允許時間后(有效時間根據水泥質量通過強度試驗確定,本工程施工有效時間為4h),水泥將失去部分作用而影響基層強度。

2.6 灑水養生

冷再生基層初期養護非常重要,其強度的形成取決于初期的灑水養護,如果出現干燥現象,將使冷再生基層強度受到損失。

2.7 初養期間行車管制

冷再生基層初養期間遭到行車碾壓,會由于基層強度未形成而遭到損害,我們通過對同一斷面行車碾壓與否進行強度檢測試驗,發現遭行車碾壓位置的強度與未被碾壓的強度相差1.2 MPa。

3 強度控制

強度控制[2]應僅針對混合料7d浸水無側限抗壓強度,還要通過對混合料的強度控制、施工工藝質量控制、初期養護質量等的控制,確保冷再生基層強度的目的。

3.1 確定水泥劑量

冷再生基層水泥劑量是決定基層強度的前提條件。根據設計強度3.4MPa,將銑刨舊路的散料進行篩分(經篩分符合技術規范級配要求)后,按不同含石量、水泥劑量拌合均勻,做7d無側限抗壓強度試驗,取平均強度在318MPa～413MPa的水泥劑量。

3.2 水泥劑量控制

(1)通過及時篩分冷再生機銑刨的散料,預測前邊施工路段的含石量,和其對應的最大干密度,從而計算單位面積內的水泥用量多少。

(2)根據計算的單位面積的水泥用量,反算每袋水泥攤鋪面積,進而根據銑刨寬度計算方格網的縱向長度。并嚴格按照計算長寬尺寸劃線,打方格網。

(3)為保證攤鋪水泥均勻,采用漏推板進行水泥攤鋪刮平,確保攤鋪面內水泥均勻。

(4)發現爛袋或袋裝水泥量不足,應及時集中起來,待采用磅秤補足50kg后再布設使用。

(5)隨時進行冷再生機銑刨深度檢查,發現問題,立即指揮駕駛員進行糾正。

3.3 冷再生機工作質量控制

(1)冷再生機轉子轉速應保持190n/min～200n/min。

(2)行進速度保持:曲線4m/min,直線6m/min。

(3)選對刀頭:針對不同的舊路材料,選用合適的銑刨刀頭,確保正常轉速,促使散料拌合均勻。

(4)及時更換刀頭:刀頭磨鈍會增加轉子轉動阻力,減低轉子轉速。建議每工作日進行一次刀頭檢修、更換。如果冷再生較深,則應根據需要提前進行刀頭更換。

(5)專人指揮冷再生機:冷再生機機艙較高,行駛視線不良,必須安排專人進行行駛方向指揮,確保冷再生機銑刨范圍內水泥量充足。

3.4 含水量控制

冷再生機銑刨加水量與舊路含水量、施工氣溫及銑刨深度等因素有關,其以每m2銑刨面加水量為控制依據。每m2加水量計算公式如下:

式中,g為lm2加水重量(kg);w0為最佳含水量(%);w為舊路散料含水量(%);dmax為該段含石量對應的最大干密度(kg/m3);h為冷再生基層厚度(m);Kt為施工氣溫調整系數(1.0～.02)。

(1)冷再生機的拌合加水量控制:冷再生機加水以lm2加水量為準由電腦控制。銑刨轉子艙內共設8個開關控制16個噴頭,銑刨重疊部分可以關掉供水開關停止噴水。(因轉子轉速極高,散料被打拋撒近乎在一個豎直面,其他噴頭的加水對銑刨重疊而關掉供水開關部位影響不大。)

(2)壓實、整型作業中的含水量控制:冷再生機銑刨結束,應立即進行穩壓、初壓,特別注意整型環節,不能時間過長。整型完畢,立即進行復壓、終壓;終壓發現表面干燥時,可適當灑水保濕。

3.5 壓實技術控制

冷再生基層壓實采用振動羊腳碾與振動鋼輪配合,盡量選用重量大、能量高的壓路機,以減少碾壓次數。振動羊腳碾選用20t以下,先壓下層。整型后,選用20t以上振動鋼輪補壓上層,以免表層過壓破碎。

(1)穩壓:振動羊腳碾穩壓兩遍,行駛路線直進端出,不許急轉向、掉頭,行進速度控制在2km/h內。

(2)初壓:振動羊腳碾振動碾壓四遍,行駛路線直進端出,不許急轉向、掉頭,行進速度,第一、二遍1.5 km/h;第三、四遍2km/h;振動頻率28Hz,振幅118mm;碾壓結束,立即進行平地機整型。

(3)復壓:振動鋼輪壓路機穩壓兩遍,振動碾壓四遍,行駛路線直進端出,不許急轉向、掉頭,行進速度,第一、二遍1.5 km/h;第二、四遍2km/h;振動頻率30Hz,振幅1.5mm。

(4)終壓:復壓碾壓結束,立即用膠輪壓路機(20t以上)進行終壓。終壓5遍,速度由慢到快,一般控制在2km/ h～5 km/h之間。

3.6 作業時間控制

根據水泥的初凝時間、終凝時間嚴格控制施工作業時間,選用早強水泥時,一般要求3h內完成全部作業,不能超過4h;選用普通緩凝水泥時一般要在4h內完成全部作業,不能超過6h。本工程選用岐山“天柱牌”32.5級普通硅酸鹽水泥;施工延時時間的無側限抗壓強度試驗報告見表3。

3.7 灑水養生

初期養護以提高水泥膠砂強度為主要目的,必須經常性保持基層表面處于潮濕狀態,不得出現局部缺水干燥現象,以確保基層整體強度穩定增長。

表3 5%水泥劑量無側限抗壓強度延時試驗報告

3.8 交通管制

除搞好網絡、電視、廣播宣傳外,還必須增設交通管制人員、設施,并設置一些必要的圍擋設備,阻擋重型車輛進入養護期內的冷再生基層范圍。

4 工程效果

通過2年的冷再生基層施工,取得了比較成熟的施工方法和管理經驗,從2年的驗收成果看出,施工質量可靠。冷再生基層驗收成果見表4。

表4 冷再生基層驗收成果表

5 結語

以下強度控制的每個環節出現偏差均影響冷再生基層質量,特別是山區三級公路平面線形技術指標偏低,交通流量較大,加上我們公路行業服務意識的加強,很難控制行車、特別是超長重車不碾壓冷再生基層,所以要特別注意。交通管制是強度控制最后、最主要、也是最難的環節。

[1] J TJ034—2000.公路路而基層施工技術規范[S].

[2] J TGF41—2008.公路瀝青路而冉生技術規范[S].

責任編輯:文 月

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范昌才(19652),男,安徽巢湖人,安徽省巢湖市路橋公司工程師。研究方向:路橋工程技術。