[分享]一次性搞懂水稳碎石基层施工技术及施工期易发问题!

发表于2019-07-22    2141人浏览    2人跟帖    复制链接  只看楼主

水稳碎石全称即为“水泥稳定碎石”,水泥稳定碎石具有良好的板体性,它的水稳性和抗冻性比石灰稳定土要好,但是又会经常因为水分的变化而引起干缩裂缝。还是老规矩,我们今天会从半刚性基层特性及强度原理,配合比设计,施工与管理来说明他的施工技术,之后还会通过一些图文来展示它在施工期间容易遇到的问题!

半刚性基层特性及其强度原理

一、半刚性基层及其特性

1.定义:无机结合料加固(稳定)地方材料

2.分类:

(1)石灰稳定类

(2)水泥稳定类

(3)石灰一工业废渣稳定类

3.特点:

(1)较大的刚性,抗变形能力差;

(2)弯拉强度控制设计;

(3)环境温度与湿度对强度形成有很大影响;

(4)强度与刚度均随龄期增长。

4.优缺点:

(1)优点:

强度与刚度较大;

水稳性与抗冻性较好;

对地方材料的质量要求较低。

(2)缺点:

收缩系数较大,抗变形能力较低;

透水性差,表面易积水;

破裂后不能愈合;

对荷载大小的敏感性较大。

二、半刚性基层强度原理

1.强度形成原理

(1)石灰稳定类

离子交换→粘土凝聚(初期)

Ca(OH)2结晶与碳化→碳酸钙(后期)

火山灰反应→含水硅、铝酸钙(中后期)

(2)水泥稳定类

水泥水化硬化→水泥石(全过程)

水泥水解产物(Ca(OH)2)的作用

(3)二灰稳定类

火山灰反应

在粉煤灰表面进行(缓慢)

2.强度形成过程

反应→新生物凝胶→结晶;

这一过程是不断、连续地进行着;

在一定时期内,原材料、新生物质凝胶及晶体,几乎是同时存在的;

随着时间的延续,结晶体逐渐增多,强度与刚性不断增大;

半刚性材料逐渐由松散状态经过凝胶状态向结晶状态转化;结合料对于强度的贡献率逐渐在增大。

3.在强度形成过程中半刚性材料的力学性能

·强度与刚度以及稳定性逐渐增大

·极限拉应变逐渐减小

·抗冲刷能力逐渐提高

·收缩系数逐渐增大

·应变控制→应力控制

·抗剪强度逐渐失效

·对荷载大小的敏感性逐渐增大

三、半刚性基层的结构类型

1.无机结合料加固细粒土——密实型

粘性大的土——石灰加固,

粘性较小的土——水泥或二灰加固;

强度主要由结合料及其与土之间的相互作用的新生物形成;强度形成受环境因素影响大;

无侧限抗压强度大,收缩系数大,抗裂性差,

抗冲刷能力低;

可就地取材,但结合料用量大;

适合作底基层或垫层。

2.无机结合料稳定粗集料

(1)悬浮密实型

·粗集料少于70%;

·密实、无侧限抗压强度及抗拉强度高,刚度大;

·收缩系数较大,抗裂性较差;

·透水性差,抗冲刷能力差;

·施工较容易,不产生离析,级配容易调配;

·适合作底基层。

(2)骨架密实型

·粗集料多于70~80%;

·无侧限抗压强度及抗拉强度略低,但嵌挤能力强,整体强度高;

·收缩系数较小,抗裂性较好;

·透水性差,抗冲刷能力较强;

·施工中易发生离析;

·适合作基层或底基层。

(3)骨架空隙型

·以粗集料为主体(>90%)为开级配碎石;

·渗透系数应大于300m/d;

·水泥剂量相对要多些,其7d饱水无侧限抗压强度大于3~4Mpa;

·强度高,收缩系数小,耐冲刷;

·适用于作排水基层,其厚度通常为8~15cm。

四、半刚性基层防裂措施

1.降低刚度,提高抗裂能力

(1)控制结合料剂量及混合料中细料含量及其塑性指数;

(2)掺加增靱添加剂(聚合物,乳化沥青等);

(3)掺加加筋纤维;

(4)掺加膨胀剂,引气剂等。

2.结构措施

(1)应力吸收层——改性沥青封层,土工合成材料等。

(2)级配碎石过渡层;

(3)混合式基层(半刚性基层下放);

(4)加厚沥青面层。

五、对半刚性基层沥青路面的再认识

1.裂缝难以解决;

2.排水性能不好;

3.强度、模量会不断衰减;

4.抗车辙能力并不比柔性基层好;

5.对重载交通敏感性大。

6.铺筑过程易提前开裂

7.维修困难养生时间长,破坏后无愈合能力,新老基层无法联结。

8.与沥青层之间难以成为整体透层沥青难以渗透

9.施工中表面处理困难无法铣刨或找补,浮灰难清除

配合比设计

水泥稳定级配碎石为代表的半刚性基层沥青路面存在的问题:

1、按照现行的路面结构层厚度计算方法对半刚性基层进行弯拉应力验算几乎都能通过,但是仍不能避免半刚性基层的疲劳破坏;

2、在路面结构组合设计方面,对层间结合状态重视不够,不能保证层间处于连续状态;

3、路面出现反射裂缝在所难免,由于未及时有效地处理,成为发生唧浆、坑槽及与裂缝有关的其它病害的根源;

4、材料设计方法、指标存在缺陷,至使材料性能不能满足使用要求。而荷载——结构组合——厚度——材料性能——构造要求脱节,是半刚性基层沥青路面病害频发的最主要的原因之一。

水泥稳定级配碎石材料设计方法之不足

1、对于粗集料比例大的粗粒土类材料:①重型击实试验方法不适用;②静压法成型试件更不适用;

2、级配范围过宽(非指天然地材),无进行级配优化的指导性原则;

3、用强度单指标控制材料设计,必然会忽视性能要求,如抗裂、抗冲刷、疲劳特性等;

4、工程实践表明,现行方法优化出的水泥碎石性能差,表现为细集料(尤其是0.6mm以下的细料)比例大、水泥剂量大、密度偏小、收缩变形大。

需要解决的问题

1、建立新的确定最大干密度、最佳含水量的方法——振动压实法。要点:室内试验的功能与目前施工机械能达到的功能相匹配;

2、用振动压实法成型试件。以此为基础,系统研究影响材料技术性能的诸因素,进而确定新的级配范围、最佳的结合料剂量范围等;

3、力求实现强度(模量)满足要求,收缩最小、抗裂、抗冲刷、抗疲劳破坏的设计目标;

4、提出相应的材料性能参数;

5、提出与材料特性相匹配的施工技术;

6、通过工程实践,证明本方法的实用性和先进性。

传统做法的水稳混合料为悬浮密实型,铺面表面非常光滑密实,裂缝很多

抗裂水稳基层是发展的趋势

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成型方法

鉴于当前大功率的施工碾压设备的应用,最大干密度仅按标准击实方法进行确定已经不能与现场压实状况相匹配,而是通过试铺,根据现场的碾压实测结果进行反算

根据施工实践经验,实际确定的最大干密度约为标准击实的1.02~1.04倍

振动法成型的最大干密度数值与实际经验相符合

两种成型方式试验对比

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级配

⑴4.75mm通过率降低,粗集料比例增加,可形成骨架密实结构

⑵19mm~4.75mm集料所占比例较大,粗集料级配合理,可减少离析

⑶0.6mm以下粉料含量相对较低,能大幅度提高半刚性材料的抗裂能力

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△骨架密实级配

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△级配不良芯样

关于级配的结论:规范的水稳碎石混合料级配范围过宽,设计的级配往往性能并不是最佳,因此提出以下级配优化建议:4.75mm的通过量宜低于35%,0.075mm的通过量宜控制在级配范围的中值之下,不得超过5%

强度要求

7天浸水无侧限抗压强度代表值在3.5Mpa~4.5Mpa,综合考虑强度与抗裂性能,在满足设计强度的基础上限制水泥用量,提高抗裂性能

其他抗裂材料相关要求:

普通硅酸盐缓凝水泥 :

低标号的水泥有利于降低水泥水化反应热量,减少因此产生的收缩变形,提高水泥稳定碎石的抗裂性能

击式破碎集料:

提高集料规格

现场施工与管理要求

原材料的控制

水稳碎石质量控制的关键之一在于原材料的质量控制,水稳碎石原材料往往不如沥青层的重视

控制点:

集料规格好,质量稳定

来源单一、波动小

标准堆放,场地建设与管理

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较差:

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较好:

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集料含泥量大、针片状多:

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堆料混乱情况:

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生产拌和:

水稳连续式拌和机的生产稳定性

稳定各档级配组成

水泥剂量

含水量

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△生产拌合楼

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△拌合机缸

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△控制台

加强级配检测

在原材料规格发生波动或者现场施工的铺面表观目测有明显偏差的时候,及时对配合比进行微调

前后场协调

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△过细

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△过粗

窜仓特别需要重视的问题:

4#料的窜仓会造成混合料粉尘含量过高,对路面整体的抗裂性能带来不利影响

不匹配造成的串料:

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水泥剂量

施工中往往偏高

实行动态控制,加强水泥剂量检测频率

实行每日总量控制

还需要注意检查水泥罐仓向拌和机输送水泥用量的准确性

含水量

含水量控制包括碾压时含水量和拌和出料时含水量质量标准

碾压时含水量应略高于最佳含水量1%之内,而拌和出料的含水量受到气温、运距和风速的影响,变化幅度较大

生产过程中应注意根据集料含水量的变化调节拌和时的进水量

试验室运行情况

加强试验操作水平

主要试验应该由固定试验员操作

特别是影响水稳混合料质量的水泥剂量滴定试验,混合料水洗筛分试验,无侧限强度成型试验等。

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△仪器

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△试验管理

试验的规范性要进一步加强

取样、分样要有代表性,减少试验误差

数值计算,单位要符合国家规范要求

试验台账与试验纪录资料应具有完整性(无缺漏)、真实性(可追溯)和及时性

现场施工情况:

(1)水稳基层与其下卧灰土底基层需要洁净和湿润的界面。因此清扫力度要加强,水稳下卧层要达到无松散、无浮土方能进行铺筑

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(2)遵循稳压→轻振动碾压→重振动碾压→胶轮稳压的程序,压至无轮迹为止。

碾压时候含水量应在略大于最佳含水量1%之内,组织好碾压次序、衔接紧密,及时碾压完毕。

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检测中发现碾压一些含水量不合适引起的问题

含水量偏大的弹簧情况或者含水量偏小

集料压碎且压实不足情况

还发现碾压组织得不够严密,施工效率低(碾压时间长),效果差(压实度偏低)

路边缘压实度不足

碾压后局部离析比较严重等情况

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在施工管理上要重视每一道施工工序,每一个影响施工质量的环节

加强前场与后场联系,及时反馈试验检测结果并采取相应技术措施

养生:

水稳碎石基层的养生对于最终产品质量有重大的影响

往往容易忽视其中一些环节

养生要及时:

每一段碾压完成以后应立即进行质量检查,并开始养生,不得延误

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检查中发现养生过程中洒水不及时、不到边,有的地方土工布缺损或者掀起,都需要注意改善

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养生时间不仅达到7天就够了,还要在14天,甚至更长时间保持正常养护,以满足强度的持续增长的需要

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冬季养护:

塑料薄膜与土工布双重养护

注意保湿、保温

少量补水,甚至无需洒水,防止冰冻

防止污染:

交叉施工

填土便道

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离析控制:

要提高对水稳碎石基层离析的重视程度

离析的地方就是基层的薄弱之处,不仅强度难以达到要求,对最终的质量评定具有相当大的影响

粗集料窝的地方还是水渗入基层,引起基层松散、坑洞等水损坏的薄弱环节

集料堆放:

离析控制的第一环节

沥青拌和厂的集料堆放离析防止措施同样适合水稳拌和站

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△堆放离析

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装载车装料须分三次卸料

运输过程覆盖完整篷布,防止水分蒸发,造成车内混合料内、外湿度不均匀而产生水分差异的湿度离析

一次性将料卸到摊铺机中,尽量减少停顿

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尽量减少摊铺机收放料斗,防止卡车末端离析

不要把每车卸的料都铺完,粗集料容易运料车的两边,卸料时直接滚到摊铺机料斗的两侧,把粗集料留在摊铺机中,与下一车的细料重新拌和,可以减少离析

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摊铺机后面应设专人消除离析现象

严重情况应该铲除局部粗集料“窝”,并用新拌混合料填补

一般情况及时洒布细集料

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离析处也是取芯(现行评判标准)的薄弱之处

往往取不出芯样

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水稳施工期易发问题图文展示

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拌合站生产控制

–拌合站计量标定不准确,缺乏动态控制

–水泥剂量控制不稳定(堵塞、起拱、受潮)

–无水流量计,含水控制不稳定–装载机装料不规范,引起离析

–废料乱堆放、混入新料中利用

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△料堆较高、隔墙不够高,串料混堆

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施工前工序

路基洒水润湿、碾压较好

双拼段泥土清理不彻底

土模:路肩培土压不实

水泥浆洒布不均匀、时机欠妥

摊铺

停机待料、行走速度时快时慢

两摊铺机间距过大

收斗频繁、幅度大

出现离析

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碾压

总体要求均匀、密实

边部压实应加强关注

养生覆盖

覆盖应及时、洒水养生期必须到位

土工布搭接容易不严密、边部裸露

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