基层是柔性路面和半刚性路面的主要承重层
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基层是柔性路面和半刚性路面的主要承重层。对于沥青路面和水泥混凝土路面,影响其使用性能和寿命的最关键因素是基层的材料和质量。在任何公路路面工程基层施工过程中,施工质量控制流程从原材料选取、混合料配合比设计抓起,并进行混合料含水量、水泥剂量、强度和压实度等指标的现场检测,最后做好养生和交通管制工作。
一般认为,基层要有足够的强度、刚度、平整度,还应有足够的水稳性、冰冻稳定性和抗冲刷能力,同时,要求其收缩性小,并与面层结合良好。为此,需要做好以下几个方面工作。
1 原材料选取
1.1 材料种类及要求
水泥稳定碎石基层施工时,为使混凝土有足够的时间进行搅拌、运输、摊铺、振捣等工序,要求水泥的初凝时间不能过短;在振捣工作结束后,则要求能尽早凝结并硬化,故水泥的终凝时间不宜过早。水泥的终结时间一般要求6h~10h,其中,夏季施工时,气温很高,表面层的凝结硬化速度很快,水泥终凝时间应尽可能达到10h左右;春秋季施工时水分蒸发缓慢,终凝时间可缩短至6h左右。因此,宜选用初凝时间3h以上和终凝时间较长(宜在6h以上)的水泥,不可使用快硬、早强以及已受潮变质的水泥。同时水泥标号不应太高,宜为32.5。
一般情况,不宜轻易更改、掺混原材料,特别是粗、细集料。若选取多处料源将增加拌合场地面积,增大配合比工作量,并加大现场施工、检测费用。因此,要找准开采量大、质量高的矿口,以破碎出稳定的高质量的粗细集料。
1.2 集料
料源的稳定是混合料获得良好级配的基本保证。相对于沥青面层的料源来讲,基层的料源由于规模相对偏小,机械化程度不高,因面造成石料加工质量普遍不够稳定。存在着最大粒径超标现象以及石屑加工偏粗的问题,这两方面都对基层的施工质量造成很大的影响。集料最大粒径越大,则摊铺的平整度越难以达到,且容易出现分层离析现象,摊铺机也易损
坏。石屑粒径偏粗,不利于级配的调整,故施工中要严把材料进场关。
粗集料单个颗粒最大粒径不应超过相应标准(底基层<37.5mm,基层<31.5mm),集料中不宜含有塑性指数的土,且其压碎值不大于30%。为保证粗集料质量及其产量,有条件宜用反击式破碎机生产,同时,对所用碎石应事先预筛分成3~4个大小不同的粒级,然后再与水泥一起用集中厂拌机械拌和。只有这样才能保证碎石具有应有的级配,才能保证水泥粒料的强度不产生大的变化。
粗集料质量与所用片石质量息息相关,应做到:①清表干净;②片石不夹带泥巴;③若使用鹅卵石,石子尺寸不能太小,以保证破碎出来的集料有2~3个面;④雨天停止生产。
细集料宜用干净的中砂(河砂)、石屑,或单一或掺配使用。海砂因有机质和硫酸盐含量高应禁用。
2 配合比设计
配合比设计取样一定要有代表性,原材料或其比例更改,应重新设计配合比。
2.1 混合料矿料合成级配
通过单料级集料筛分合成混合料矿料,该矿料颗粒组成应满足《公路路面基层施工技术规范》JTJ034_2000的要求,同时要求其颗粒级配良好(不均匀系数Ku>10,曲率系数K c=1~3)。
我省地处南方,雨水多,应严格控制集料中0.5mm以下细料土的塑性指数小于4~5,同时控制小于0.075mm颗粒不超过5%,以减少水泥稳定粒料的收缩性和提高其抗冲刷性和水稳性。
2.2 水泥剂量的确定
按《公路路基路面基层施工技术规范》JTJ034-2000要求,水泥稳定碎石基层7d无侧限抗压强度应达到3~5MPa。按此要求进行强度试验,配制不同水泥剂量的水泥稳定碎石混合料,分别进行击实试验与无侧限抗压强度试验。因水泥稳定碎石的强度随着水泥剂量的增大而增强,水泥剂量过低,则强度不易满足要求,水泥剂量过高,则摊铺压实后的基层容易产生裂缝。实践证明,水泥剂量超过6%以后,混合料的收缩系数增大,基层的裂缝增多,缝宽也增大,故必须确定适宜的水泥剂量。
按下列步骤确定水泥剂量:
(1)确定各种混合料的最佳含水量和最大干(压实)密度,做3个不同水泥剂量混合料的击实试验,即最小剂量、中间剂量、最大剂量。其它两个剂量混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。
(2)按规定压实度分别计算不同水泥剂量的试件应有的干密度。
(3)按最佳含水量和计算得的干密度制备试件,进行强度试验时,作为平行试验的最少试件数量不小于《公路路基路面基层施工技术规范》JTJ034-2000中表3.3.3-1(见表1)的规定。如试验结果的偏差系数大于表中规定的值,则应重做试验,并找出原因,加以解决。如不能降低偏差系数,则应增加试件数量。
(4)将试件在规定温度(根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057-9 4中的要求,整个养生期间的温度,在北方地区20±2°C,南方地区25±2°C)下,保湿养生6d,浸水24h后按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)进行无侧限抗压强度试验。
(5)根据试验结果计算平均值和偏差系数。
(6)根据《公路路基路面基层施工技术规范》JTJ
034-2000中高速公路和一级公路基层抗压强度标准(高速公路基层抗压强度标准为3~5 MPa。设计累计标准轴次小于12×106的公路可采用低限值;主要行驶重载车辆的公路应采用高限值。某一具体公路应采用一个值,而不用某一范围。),选定合适的水泥剂量,此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度应符合公式(1)的要求:
平均抗压强度≥Rd/(1-ZαCV) (1)
式中,Rd——设计抗压强度;
CV——试验结果的偏差系数(以小数计);
Zα——标准正态分布表中随保证率(或置信度α)而变的系数,高速公路和一级公路应取保证率95%,即Zα=1.645。
(7)工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量多0.5%~1.0%。采用集中厂拌法施工时,可只增加0.5%;采用路拌法施工时,宜增加1.0%
(8)水泥剂量同时应满足《路基路面基层施工技术规范》JTJ034-2000中表3.3.3-2的规定关于最小剂量。详见表2。
2.3 确定最大干密度、最佳含水量
通过击实试验确定与水泥剂量对应的混合料ρmax和ω0,用以指导施工和现场压实度检测。若该水泥剂量对应的击实试验已做,可直接引用相应资料。
2.4 延迟时间的确定
水泥与集料遇水产生凝结硬化作用,混合料逐渐胶结在一起,压实时必有一部分压实功用来破坏这种胶结作用。当压实功不变时,必然影响其压实及早期形成的强度。因此必须进行延迟试验,以确定延迟时间对干密度和强度的影响。
因《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)未体现延迟时间试验的试验方法,建议按如下步骤进行:
(1)按确定的水泥剂量以及矿料配比将粗、细集料、水泥分别和预定的5种不同质量的水掺合,并拌和均匀,放入密闭容器或塑料袋中,然后将其置于已达到规定温度的养护室;
(2)从水泥与水混合时算起1h(延迟时间),将混合料取出,进行击实试验(5个点),得到延迟1h的ρdmax和ω0;