如何保證水泥穩(wěn)定多孔玄武巖碎石基層的壓實效果

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水泥穩(wěn)定碎石由于整體性好，承載能力大，抗凍能力強，早期強度高、投資少等特性，在我國高等級路面特別是高速公路建設(shè)中得到了普遍應(yīng)用。但由于原材料品種和物理性質(zhì)的不同，水泥穩(wěn)定碎石的施工又呈現(xiàn)出多樣性與復(fù)雜性。這就要求對于各種新材料應(yīng)善于觀察，在工程施工過程中應(yīng)善于分析研討、找出存在問題的原因，通過施工實踐不斷完善，總結(jié)經(jīng)驗，提高自身的工作能力。
    水泥穩(wěn)定碎石多采用石灰?guī)r碎石，而我淮鹽HY-HA21標段項目經(jīng)理部水泥穩(wěn)定基層粗細集料均采用多孔玄武巖機制碎石，在工程施工前期，就因為琢磨不透其材料性質(zhì)，致使壓實質(zhì)量不符合要求，兩度陷入困境。針對這一情況，我們組織現(xiàn)場主要施工技術(shù)骨干，先后3次對兄弟單位組織觀摩學(xué)習(xí)，同時積極組織開展技術(shù)研討會，通過努力于2005年7月1日，水泥穩(wěn)定碎石基層首件工程施工獲得全面成功。
　　現(xiàn)就我項目對水泥穩(wěn)定多孔玄武巖碎石基層首件工程施工過程中，采取多種方法解決難于壓實的問題，所采用的一些改進措施做一闡述，希望能對大家以后進行同類工程施工有所幫助。

1、工程概況

    我項目工程位于江蘇省淮安市楚州區(qū)，路線全長30.9KM，底基層為二灰穩(wěn)定土，面層為瀝青砼，基層為38㎝水泥穩(wěn)定碎石，分兩層施工，每層厚度按19㎝控制，粗細集料均采用多孔玄武巖碎石，水泥采用江蘇“狼山”P.O32.5散裝水泥。規(guī)范要求的壓實度不小于98%，設(shè)計要求水泥劑量5%，7天浸水無側(cè)限抗壓強度代表值大于3.5MPa，下基層設(shè)計寬度12.8m；試鋪段落位于主線K11+162-K11+462右幅，試鋪長度300m。采用兩臺攤鋪機半幅全寬梯隊式聯(lián)合作業(yè)。

2、首件施工遇到的問題

    我項目部于2005年6月25日組織了第一次試驗段的施工，由于壓實度不滿足要求，未能獲得成功；第二次與6月28日組織施工，同樣由于壓實效果不理想，未獲通過。

3、原因分析和采取的措施

    為了找出失敗的原因，我們組織全體技術(shù)骨干和相關(guān)管理人員以及全部機械操作人員，結(jié)合到附近兄弟標段學(xué)習(xí)到的經(jīng)驗，就如何確?；鶎拥膲簩嵭ЧM行了多次技術(shù)研討，提出了如下改進方法，并不斷認識，不斷完善，使我們順利完成試驗段的施工，最終徹底解決了存在的壓實問題。

3.1 充分認識多孔玄武巖碎石的材料特性，并根據(jù)其特性進行配合比設(shè)計的優(yōu)化

    多孔玄武巖是一種表面多孔的火山沉積類巖石，具有質(zhì)地堅硬，色澤暗淡，孔徑（孔徑多在0~3mm之間）大小、孔形沒有規(guī)則，孔數(shù)不等，含水量不便于肉眼觀測，表面粗糙，棱角不分明等特點。
    我項目基層用集料均采用江蘇盱眙鵬勝采石廠生產(chǎn)的多孔玄武巖碎石，粗集料分為兩種：1#料（粒徑15-31.5㎜）和2#料（粒徑5-15㎜）；細集料兩種：3料（粒徑3-5㎜）和4#料（粒徑0-3㎜）。
    由于多孔玄武巖碎石的多孔性，表現(xiàn)出集料越粗，單個石料表面和內(nèi)部孔隙所占有的體積比就越大，表現(xiàn)在石料毛體積密度上就越小。這樣，在相同篩孔剩余質(zhì)量條件下，較大的粗集料所應(yīng)占有的體積的比較大的，反之亦然。在另一方面，粗集料顆粒形狀又多界于礫石和普通碎石之間，沒有普通碎石所具有的嵌擠特性。從這兩點考慮， 1#料與部分2#料就需要相對較多數(shù)量的細集料和水泥來裹覆和填充粗集料之間的空隙和部分粗集料表面的開口孔隙。綜合以上原因，以正常的級配比例去進行配比設(shè)計顯然是不合理的。
    同時由于多孔性結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性和不穩(wěn)定性，又表現(xiàn)出多孔玄武巖碎石含水量的不便于檢測的特性，因為有相當數(shù)量的水分滲入碎石內(nèi)部，或大量潛藏于開口空隙中，或以毛細水的形式藏在孔隙中，如果烘干時間過短，很容易造成含水量偏少的假象。雖然檢測了含水量，但沒有起到指導(dǎo)施工的作用。也正是由于多孔玄武巖的這一特性，表現(xiàn)出的多孔玄武巖碎石混合料的應(yīng)比其它類型的水泥穩(wěn)定碎石混合料有較高的最佳含水量。
    鑒于以上兩點分析，我們將1#料適當加大， 2#料與3#料減少，同時增加4#料，通過這樣的比例從理論上講應(yīng)該是比較便于壓實的。集料配比由原1#料：2#料：3#料：4#料=36：28：13：23調(diào)整為38：22：11：29。同時作了多次擊實試驗，以便于最大干密度和最佳含水量能準確代表混合料特性，真正有效的指導(dǎo)現(xiàn)場施工生產(chǎn)，最終確定的最大干密度由原來的2.27調(diào)整到2.28，水泥保持5%不變，最佳含水量由7.5%調(diào)整到9.2%。

3.2　通過數(shù)據(jù)比較調(diào)整碾壓機具組合

    大家多知道，確保任何結(jié)構(gòu)形式路面結(jié)構(gòu)壓實效果的另一決定因素就是擊實功的大小，擊實功主要又兩方面的原因決定，第一：壓實設(shè)備的自重和有效激振力；第二：壓實機械在同一區(qū)域的碾壓遍數(shù)。
    然而，多孔玄武巖碎石由于其材質(zhì)的特殊性，缺乏像石灰?guī)r碎石棱角性的嵌擠特性，因此，極難壓實。
    在第一次試鋪過程中，我們配置了4臺壓路機（1臺英格索蘭DD110雙鋼輪振動壓路機，1臺徐工XSM220單鋼輪振動壓路機，1臺洛陽LT220B振動壓路機和1臺XP261膠輪壓路機），選定了三種碾壓組合方式。（見下表1）。每一種碾壓組合段落長度均為100M，分3個作業(yè)段。并對施工過程中每一作業(yè)段混合料開始拌和到碾壓結(jié)束的時間和實測壓實度進行統(tǒng)計（見表2）：

表1

 

組合形式

碾壓次序

壓路機型號

數(shù)量（臺）

碾壓遍數(shù)

碾壓速度

（km/h）

碾壓段落長度（m）

1

初壓

SD-12雙鋼輪

1

靜壓1遍

1.5-1.7

100

復(fù)壓

XSM220振動、LT220B振動

各1

先由LT220B低頻振動1遍，再高頻振動，各2遍

1.8-2.0

終壓

XP261膠輪

1

靜壓1遍

2-2.2

2

初壓

SD-12雙鋼輪

1

靜壓前進振動后退1遍

1.5-1.7

100

復(fù)壓

XSM220振動、LT220B振動

2

高頻振動，各2遍

1.8-2.0

終壓

XP260膠輪

1

靜壓1遍

2-2.2

3

初壓

LT220B振動

1

靜壓1遍

1.5-1.7

100

復(fù)壓

XSM220振動、LT220B振動

各1

先由XSM220低頻振動1遍，再高頻振動，各1遍

1.8-2.0

終壓

SD-12雙鋼輪、XP260膠輪

各1

靜壓各1遍

2-2.2

 

表2

 

段落

1

2

3

4

5

6

時段

開始時間

結(jié)束時間

開始時間

結(jié)束時間

開始時間

結(jié)束時間

開始時間

結(jié)束時間

開始時間

結(jié)束時間

開始時間

結(jié)束時間

7：00

10：00

7：42

11：26

8：33

12：20

9：35

13：35

10：20

14：33

11：38

15：44

時間（min）

180

224

227

240

253

246

壓實度

（%）

97.8    97.5

96.8    97.2 

94.8    95.9

97.1    95.8

94.3    97.1

96.6   97.2

 

    從表中可以看出，碾壓時間普遍過長，雖然沒有超過原來的初凝時間要求，但與現(xiàn)場測定的水泥初凝時間相比，除第一段滿足要求外，其余五個段落均超過了初凝時間3小時12分的規(guī)定值。而且，也不難看出，第一段的壓實效果較其它段落的好，較接近要求的98%的壓實度。顯而易見振動壓路機數(shù)量偏少，與攤鋪及其它碾壓設(shè)備施工速度不相匹配，是造成碾壓不及時的主要原因。
    針對以上原因，配置與碾壓遍數(shù)數(shù)量相等的復(fù)壓用振動壓路機，是解決碾壓不及時的主要落腳點。為了滿足水泥在有效的凝結(jié)時間里完成壓實，我們另外又配置了1臺徐工YZ18JC振動壓路機。
    為證實這一想法，我們參考壓路機和攤鋪機的行進速度、拌和站的生產(chǎn)速度以及運輸車輛的行使速度等，分兩種機械組合形式對混合料拌和到碾壓結(jié)束所用的理論時間進行了計算。調(diào)整后的機械組合形式和壓路機、攤鋪機和運輸車輛的的行進速度見表3、表4：                                                         

表3

 

設(shè)備型號

計算行進速度

用途

C25振動壓路機

40m/min

初壓

XSM220振動壓路機

30 m/min

復(fù)壓

LT220B振動壓路機

30 m/min

YZ18JC振動壓路機

33 m/min

XP261膠輪壓路機

50 m/min

終壓

攤鋪機

1.1m/min

攤鋪

20T自卸車

5Km/h

運輸

 

 

表4

 

組合形式

碾壓次序

壓路機型號

數(shù)量（臺）

碾壓遍數(shù)

錯輪

碾壓段落長度（m）

1

初壓

C25振動壓路機

1

靜壓前進振動后退1遍

1/2

80

復(fù)壓

XSM220振動、LT220B振動

YZ18JC振動

各1

先由YZ18JC低頻振動1遍，再由3臺壓路機

高頻振動，各1遍

1/2

終壓

XP261膠輪

1

靜壓1遍

1/3

2

初壓

C25振動壓路機

1

靜壓前進振動后退1遍

1/2

80

復(fù)壓

XSM220振動、LT220B振動

YZ18JC振動

各1

高頻振動，各1遍

1/2

終壓

XP261膠輪

1

靜壓1遍

1/3

 

    按照單幅12.8m的寬度，碾壓一遍，單幅來回碾壓12次（平均輪寬為2.2m）。計算從料和開始到結(jié)束的時間為：

T=A+B+C

    T ：從拌和開始到40m段落碾壓結(jié)束的時間；
    A：運料開始到攤鋪開始時間（約計20min）；
    B ：攤鋪開始到攤鋪40m結(jié)束的時間（攤鋪機行進速度為1.2/min，40m約需33min）；
    C ：初壓開始到終壓結(jié)束的時間；

其中：

C =a+b+c

    a=（8*50m）/40m/min≈10min（50m是以40m 基礎(chǔ)上加壓路機轉(zhuǎn)向的長度，“8”指C25振動壓路機在靜壓開始到可以避讓其它壓路機的最小來回碾壓次數(shù)的和）；
    b：第一臺振動壓路機開始復(fù)壓到復(fù)壓結(jié)束的時間；
    c：復(fù)壓結(jié)束到終壓結(jié)束的時間。
    根據(jù)以上計算公式和機械行駛速度，經(jīng)計算，四個作業(yè)段從混合料拌和到碾壓終了的時間分別為：135min、152min、159min和163min。完全可以滿足初凝時間4小時46分的要求，并有1個小時以上的富余度。

3.3　注重現(xiàn)場施工溫度對水泥凝結(jié)速度的影響，適當延長水泥的初凝時間

    正常水泥初、終凝時間是以水泥在控溫20℃±1℃條件下測得的。而試驗段施工時的現(xiàn)場的溫度為33-38℃，地表實際溫度測得為42-48℃，遠遠大于了試驗溫度。從理論上講，水泥的凝結(jié)時間與溫度是成正比關(guān)系的，即溫度越高，凝結(jié)越快。如果以試驗室所測的水泥初凝時間來指揮現(xiàn)場施工顯然存在不合理性。
    經(jīng)現(xiàn)場測試，測定的初凝時間為3小時12分（原檢測初凝時間為4小時18分）。為了有效預(yù)防在施工過程中不因為碾壓速度過慢或其它原因，而造成碾壓不及時，我們還與水泥廠家進行了聯(lián)系，要求適當延長水泥的初凝時間，將水泥的凝結(jié)時間由現(xiàn)場測得的3小時12分，延長到4小時46分。

3.4　根據(jù)現(xiàn)場施工氣溫，適當增加混合料的含水量

    經(jīng)過第一次試驗段的施工證明，含水量過低，小于最佳含水量1個百分點時，由于有拌和、運輸、攤鋪過程中的水分蒸發(fā)，混合料難以成型，壓實度很不容易達到，且取樣效果與板結(jié)性較差，其強度也不理想；如果含水量過大，在氣溫30-34℃的情況下，超過最佳含水量2.5個百分點時，碾壓粘輪，并將部分混合料帶起，當超過3.5個百分點時，碾壓有明顯的輪跡，且有局部彈簧現(xiàn)象出現(xiàn)，成型3d后可以看出有明顯的干縮裂縫（當氣溫在35-38℃的條件下，其施工含水量的增加值應(yīng)比30-34℃的條件略增加0.5個百分點，與其施工效果基本相同）。
    鑒于這種考慮，我們將混合料的含水量進行兩地檢測，即拌和好的混合料的檢測、施工現(xiàn)場碾壓前的檢測，并以現(xiàn)場檢測結(jié)果為主，同時由工區(qū)現(xiàn)場負責(zé)人將現(xiàn)場的檢測結(jié)果隨時向拌和站試驗檢測人員反映，損失多少補多少，這樣混合料的含水量得到了有效的控制。
    我們項目在施工時的控制情況基本如下（現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)）：
溫度10-20℃：增加0-1個百分點；溫度20-30℃：增加0.5-1.0個百分點；溫度30-34℃：增加1.5-2.0個百分點；溫度35-40℃：增加2-2.5個百分點。

3.5　控制集料的有效配置比例

    根據(jù)施工配比出料是保證水泥穩(wěn)定基層施工的首要條件，然而，在碎石上料時很容易造成不同的集料混雜，這樣導(dǎo)致集料比例不符合要求，為此我們在上料倉之間設(shè)置了擋料板，并由拌和站試驗檢測人員嚴格多頻率的進行配比檢測。

3.6　明確崗位職責(zé)，發(fā)現(xiàn)問題追究當事人責(zé)任

    在第一次試驗段施工時，由于現(xiàn)場管理較亂，出現(xiàn)管理盲點，同時又有多人交叉管理的現(xiàn)象，這在一定程度上也是造成試驗段失敗的原因。為此，我們編制了嚴格的試驗段各工序負責(zé)人員的崗位職責(zé)，提出明確要求，嚴格按照優(yōu)化的施工技術(shù)方案組織施工現(xiàn)場的管理，對于不按照試驗段施工管理辦法執(zhí)行的對其主要當事人予以一定的經(jīng)濟懲罰，嚴肅了紀律，落實了責(zé)任。
    經(jīng)過以上改進，我項目部于2005年7月1日組織了第三次試驗段的施工，獲得全面成功，壓實度合格率100%。

4　后續(xù)大規(guī)模施工的改進措施

    在后續(xù)的大面積施工中，也發(fā)現(xiàn)有壓實度不滿足要求的情況發(fā)生，為此，我們也經(jīng)過了總結(jié)分析，并以QC小組活動的形式進行了多次專項問題活動，通過研討我們認為，搞好多孔玄武巖碎石基層的壓實效果，還應(yīng)注重和改進以下問題：

4.1 重視原材料的質(zhì)量管理

    多孔玄武巖碎石由于其多孔性，除了在材料質(zhì)地上表現(xiàn)出其可變性外，還在材料的孔數(shù)、孔徑大小上表現(xiàn)出其多變性，但孔數(shù)、孔徑大小我們由沒有辦法檢測，這樣，我們必須要加大檢測頻率，通過源頭取料檢測的辦法，努力控制集料粒徑的基本穩(wěn)定性和盡最大力量控制集料的含泥量。

4.2 根據(jù)現(xiàn)場施工的實際情況，調(diào)整或更換不合適的施工設(shè)備，改進碾壓組合形式

    在后續(xù)工程施工中，隨著熟練程度的提高，攤鋪速度明顯加快，在這種情況下，為了保證壓實效果，我們將原先的C25振動壓路機更換為DD110雙鋼輪振動壓路機，將YZ18JC振動壓路機更換為XSM220振動壓路機，同時增加了1臺瑞典產(chǎn)DANPAC CA602振動壓路機，以保證了拌和、攤鋪和碾壓設(shè)備的匹配。

    調(diào)整后的碾壓組合如下表5：

表5

碾壓次序

壓路機型號

數(shù)量（臺）

碾壓遍數(shù)

錯輪

初壓

DD110雙鋼輪振動壓路機

1

靜壓前進振動后退1遍

1/2

復(fù)壓

XSM218振動、LT220B振動

XSM220振動、CA602振動

各1

根據(jù)先后順序全部強振1遍，最后CA602振動快速弱振1遍

1/2

終壓

XP261膠輪

1

靜壓1遍

1/3

4.3　注重高程控制，確保碾壓厚度符合要求

    壓實效果的又一控制要點，便時攤鋪層厚度，攤鋪層過厚，越不便于壓實，攤鋪層較薄時便很好壓實（水泥穩(wěn)定基層不低于8㎝時）。我項目基層總厚度為38㎝，分兩層施工，是較為理想的壓實厚度，但為了保證兩層的壓實效果，應(yīng)對每一層的壓實厚度進行預(yù)先控制，為此，測量隊加大了對虛鋪系數(shù)的收集整理工作，并多次進行調(diào)整，同時以《水泥穩(wěn)定基層施工質(zhì)量控制卡》的形式形成測量隊控制鋼絲掛線標高、工區(qū)測量人員復(fù)核、工區(qū)攤鋪負責(zé)人嚴格控制攤鋪精度、試驗室壓實度檢測人員和取芯人員最終對成品厚度進行檢驗復(fù)核的五大控制、復(fù)核體系。以求達到最為標準的壓實厚度和壓實效果，不給后期施工留下隱患。

4.4　堅持碾壓速度與攤鋪、拌和速度相匹配的原則，合理調(diào)整一次碾壓段落長度

    雖然在試驗段施工過程中確定了以50米為一碾壓段落（從試驗段的施工來看是比較合理的），但隨著施工速度、碾壓組合、天氣條件、現(xiàn)場組織等因素的變化，一次碾壓的合理長度也應(yīng)進行適當?shù)恼{(diào)整。我項目部的調(diào)整原則如下：
    首先，堅持拌和、攤鋪與碾壓速度相匹配，即拌和、攤鋪速度越快，碾壓段落越長；拌和、攤鋪速度越慢，碾壓段落越短，但為了保證表面平整度不得低于30米；其次，氣溫較高、日照較強適當縮短，氣溫較低、日照較弱（或夜間施工）適當延長。
    通過以上施工技術(shù)的不斷改進與完善，我項目部水泥穩(wěn)定多孔玄武巖碎石的壓實效果經(jīng)江蘇省交通質(zhì)量檢測中心的3次現(xiàn)場檢驗檢測均能滿足《江蘇省瀝青路面施工作業(yè)指導(dǎo)意見（修訂版）》的技術(shù)質(zhì)量要求，評定合格。