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1、 基于振动压实法宽幅大厚度基于振动压实法宽幅大厚度 水泥稳定碎石摊铺技术研究水泥稳定碎石摊铺技术研究郭志强郭志强2014 年年 3 月月目录目录1. 背景背景.3 1.1 国内外研究现状国内外研究现状3 1.1.1 半刚性基层及抗裂技术研究现状半刚性基层及抗裂技术研究现状.4 1.1.2 大厚度摊铺技术大厚度摊铺技术.6 1.1.3 施工设备发展现状施工设备发展现状.7 1.1.4 厚层施工技术实体工程应用厚层施工技术实体工程应用.8 1.2 研究内容及技术线路研究内容及技术线路8 1.2.1 研究内容研究内容.8 1.2.2 技术路线技术路线.9 2. 抗裂型水泥稳定级配碎石技术性能研究抗裂
2、型水泥稳定级配碎石技术性能研究.11 2.1 水泥稳定级配碎石原材料性能及技术要求水泥稳定级配碎石原材料性能及技术要求11 2.1.1 水泥水泥.11 2.1.2 集料集料.12 2.2 抗裂型水泥稳定级配碎石配合比设计优化应用研究抗裂型水泥稳定级配碎石配合比设计优化应用研究12 2.2.1 配合比设计方法及其介绍配合比设计方法及其介绍.13 2.2.2 抗裂型水泥稳定级配碎石配合比设计优化应用研究抗裂型水泥稳定级配碎石配合比设计优化应用研究.16 2.2.2.1 抗裂型水泥稳定级配碎石配合比设计优化应用抗裂型水泥稳定级配碎石配合比设计优化应用17 2.2.2.2 混合料性能分析混合料性能分析
3、21 2.3 抗裂型水泥稳定碎石混合料配合比结果分析抗裂型水泥稳定碎石混合料配合比结果分析24 3.分层压实厚度对水泥稳定级配碎石基层耐久性的影响分层压实厚度对水泥稳定级配碎石基层耐久性的影响.25 3.1 水泥稳定碎石基层应力应变特性分析水泥稳定碎石基层应力应变特性分析25 3.1.1 施工方法施工方法.25 3.1.2 内部受力分析内部受力分析.25 3.2 水泥稳定级配碎石疲劳性试验水泥稳定级配碎石疲劳性试验28 3.3 水泥稳定级配碎石基层施工现状分析水泥稳定级配碎石基层施工现状分析30 3.4 小结小结31 4.大厚度水泥稳定级配碎石基层施工技术研究大厚度水泥稳定级配碎石基层施工技术
4、研究.32 4.1 摊铺、压实与机械设备的确定摊铺、压实与机械设备的确定33 4.1.1 拌和设备拌和设备.33 4.1.2 摊铺设备摊铺设备.34 4.1.3 压实设备压实设备.36 4.2 碾压工艺研究碾压工艺研究38 4.3 养生工艺研究养生工艺研究43 4.3.1 养生工艺的分类比较养生工艺的分类比较.43 4.4 压实度控制研究压实度控制研究46 4.4.1 现场检测现场检测.47 4.4.2 结果分析结果分析47 4.5 现场质量控制方法现场质量控制方法48 4.5.1 后场质量控制后场质量控制.49 4.5. 2 前场质量控制前场质量控制50 4.6 水泥稳定级配碎石施工防离析技
5、术研究水泥稳定级配碎石施工防离析技术研究52 4.6.1 水泥稳定级配碎石施工中离析现状水泥稳定级配碎石施工中离析现状.524.6.2 水泥稳定级配碎石施工离析原因分析水泥稳定级配碎石施工离析原因分析.53 4.6.3 水泥稳定级配碎石施工离析解决方法分析水泥稳定级配碎石施工离析解决方法分析.55 4.7 小结小结57 5.水泥稳定级配碎石基层质量控制与验收评价方法研究水泥稳定级配碎石基层质量控制与验收评价方法研究.59 5.1 压实度检测压实度检测59 5.1.1 压实法检测方法压实法检测方法.59 5.1.2 大厚度水泥稳定级配碎石基层压实度检测大厚度水泥稳定级配碎石基层压实度检测.60
6、5.2 质量控制与验收质量控制与验收61 5.2.1 取样和检验取样和检验.61 5.2.2 检查验收检查验收.63 6.工程应用工程应用.65 6.1 工程情况介绍工程情况介绍65 6.2 施工准备情况施工准备情况66 6.2.1 原材料性能检验原材料性能检验.66 6.2.2 混合料级配设计混合料级配设计.67 6.2.3 施工现场准备施工现场准备.73 6.3 施工工艺施工工艺75 6.3.1 拌和拌和.75 6.3.2 运输运输.75 6.3.3 摊铺摊铺.75 6.3.4 碾压碾压.76 6.3.4 养生养生.76 6.4 质量检测质量检测77 6.4.1 施工后表观状况施工后表观状
7、况.77 6.4.2 级配及水泥剂量检验级配及水泥剂量检验.77 6.5 小结小结80 7.技术经济综合分析技术经济综合分析.81 7.1 施工效率提高的分析施工效率提高的分析81 7.2 经济效益分析经济效益分析81 7.3 小结小结821. 背景背景1.1 国内外研究现状国内外研究现状半刚性基层并非是欧美等发达国家公路的主流结构形式，因此国外关于半刚性基层的研究也相对较少。半刚性基层强度高、承载力大、水稳性好、板体性强、建设成本低，非常适合中国国情，因此在国内半刚性基层应用较多，因此，半刚性基层材料在现阶段甚至相当长的一段时期内仍然会在我国道路基层材料中占主导地位，而且还有很大的发展空间。
8、近年来随着大功率摊铺和压实设备的研发和应用，半刚性基层开始向大厚度施工技术方面发展，与“半刚性基层大厚度施工技术”相关的主要技术领域有；半刚性基层抗裂技术研究；宽幅大厚度铺筑技术；大功率摊铺和压实机械设备研发和应用；工程应用方面。1.1.1 半刚性基层及抗裂技术研究现状半刚性基层及抗裂技术研究现状天津市市政工程研究院1进行了“半刚性基层抗裂技术研究”，从以下几方面开展了研究：用重型击实法确定水泥稳定碎石混合料最大干密度及最佳含水量，用静压法制作试件，根据强度满足要求、抗裂能力最佳的原则，优化了水泥稳定碎石混合料配合比。用振动法确定水泥稳定碎石混合料最大干密度及最佳含水量，用振动法制作试件，根据
9、强度满足要求、抗裂能力最佳的原则，优化水泥稳定碎石混合料配合比。铺筑试验工程，根据芯样无侧限抗压强度及实体工程裂缝率指标判断何种试件成型方式更能正确评价振动压实后现场混合料力学性能。提出水泥稳定碎石混合料干缩特性评价指标，提出水泥稳定碎石混合料基层施工工艺及现场质量控制措施。从微观角度研究水泥稳定碎石混合料强度形成机理及收缩机理。通过研究得出如下结论：以劈裂模量参数为基础，提出了采用干缩抗裂系数作为评价水泥稳定碎石混合料抗干缩能力的指标；0.075mm 通过率大小对水泥稳定碎石混合料路用性能有显著影响。表现在相同水泥剂量下，0.075mm 通过率大，水泥稳定碎石混合料最佳含水量、最大干密度增大
10、，长龄期（90d、180d）试件无侧限抗压强度提高，但抗干缩能力下降，水泥稳定碎石混合料配合比优化的结果为 0.075mm 通过率为 0；在水泥剂量对强度、混合料干缩抗裂系数的影响方面，振动压实和重型击实两种成型方式所得结论相同，即水泥剂量增加，混合料强度显著增加，但混合料干缩应变及干缩系数增大；此外，振动成型及振动法成型试件条件下，级配对水泥稳定碎石混合料路用性能有显著影响，级配优的混合料干缩应变及干缩系数均小；试件成型方式对水泥稳定碎石混合料路用性能有极显著影响；相同级配、相同水泥含量下，振动压实确定的最大干密度与标准击实确定的最大干密度关系为：振动击实=(1.0251.035)重型击实；
11、振动碾压施作的基层芯样无侧限抗压强度大于室内静压法制作的无侧限抗压强度，而更接近于振动法成型试件的无侧限抗压强度；从混合料无侧限抗压强度、抗裂能力、混合料密实均匀性、刚度及柔性考虑，振动法成型水泥稳定碎石混合料综合路用性能全面优于静压法成型水泥稳定碎石混合料。因此，为保证水泥稳定碎石基层达到强度满足要求、抗裂能力最佳的效果，水泥剂量选择 3.54.5%；与静压法相比，振动压实法设计的水泥稳定碎石更贴近工程实际，用振动成型方式所得各项指标进行控制，工程质量更优。长安大学张嘎吱、李美江等2 3也进行了抗裂性水泥稳定类材料配合比设计方法和振动压实方面的研究，得出以下结论：水泥稳定碎石混合料中 0.0
12、75mm 以下的细集料含量越多，混合料抵抗收缩能力越差；相同级配的水泥稳定碎石混合料存在相应于最小温缩系数的最佳水泥剂量；水泥稳定类材料整体级配越细，干燥收缩越大，级配接近于悬浮结构，干缩性越大，其干缩破坏主要发生在早期；为减小干燥收缩，必须严格控制水泥剂量；级配良好的易于振动压实的水泥稳定碎石混合料，静面压力、激振力等振动参数对达到标准振实状态所需的振动时间影响很大；振动压实成型方式极大的提高了试件的抗压强度，而混合料最大干密度提高相对较小。综上所述，半刚性基层抗裂技术在国内的研究较多，在河南、河北等地方也得到了大面积推广应用，铺筑效果良好，材料路用性能显著提高，但如何将抗裂技术与大厚度摊铺
13、方式进行有机结合以增加水稳基层整体性、提高抗开裂性能，怎样明确压实功与材料密度增长之间的关系及其密度控制方法都还未见相关报道，为此，本文将对这些问题进行深入研究。1.1.2 大厚度摊铺技术大厚度摊铺技术公路路面基层施工技术规范指出：采用 1820t 三轮压路机和振动压路机碾压时，煤层的压实厚度不应超过 20cm，碾压厚度超过规定时，应分层摊铺。为此我们将摊铺厚度超过 20cm 的就称之为大厚度。长安大学黄文中等4进行了“水泥稳定碎石基层压实标准和大厚度压实技术”方面的研究。研究首先以小型手推振动压路机进行碾压的压实方法进行了试验，在分析了水泥稳定级配碎石施工过程分为两层进行摊铺、碾压不足之处后
14、，在结合现有压实标准研究的基础上，通过对振动压实机理分析，对现有压实设备的调查，结合足尺试验结果，研究得出如下结论：影响水泥稳定级配碎石压实效果的主要因素有：振动参数（振动频率、振幅和振动质量）、材料组成（级配、含水量、外加剂）、碾压厚度；压实标准的确定要与施工状况相匹配，室内重型击实与振动压路机的压实机理不同，不能反映现场情况，振动成型法能更好地模拟现场振动压路机的压实过程；室内足尺试验结果表明：水泥稳定碎石在压实功不变状况下，一次成型压实厚度越大，干密度越小，干密度的均匀性越差；在含水量不变的情况下，压实遍数增多，干密度也会随之增长，但是达到一定遍数以后，干密度趋于稳定不再增长；压缩量增大
15、的趋势与干密度一样，当碾压遍数超过一定程度后变小，但变小的值不大，并趋于一个固定值。实质上该试验压实后的水稳最大厚度仅为 20cm，不能较为全面的反应大厚度压实技术的状况。随着工程机械制造工业的快速发展，摊铺机从以前摊铺宽度 3.6m 到现在的 16m，最大摊铺厚度从 10cm 到现在的 60cm；振动压路机的工作质量从 10t发展到 32t，这些都为水泥稳定级配碎石基层大厚度施工提供了基本条件。长安大学李少华等5进行了“半刚性基层大厚度宽幅摊铺施工技术研究”，研究就大厚度宽幅摊铺中的易离析问题做了较为深入的分析，提出了较多的技术措施，并就大厚度摊铺的技术效益进行了分析比较；引入“车道内数据重
16、复性标准偏差 Sr”、“车道间数据重复性标准偏差 SR”、“车道内数据一致性统计量 K”、“车道间数据一致性统计量 h”四个统计量从横向和纵向上分析和评价宽幅摊铺机的压实功的均匀性，检测结果显示采用宽幅摊铺的基层横向、纵向施工质量比较接近，基层混合料比较均匀。目前半刚性基层大厚度施工技术应用存在局限性，仍有需要完善的技术点，如缺少相应的施工技术控制手段（压实度检测方法、质量评价和验收依据）；松铺系数控制较难；压路机吨位大，模板固定困难等。1.1.3 施工设备发展现状施工设备发展现状设备方面,由于国外路面结构与我国路面结构有较大的差异，因此国外大厚度的摊铺机并不多见。在大厚度摊铺设备方面，国内宽幅大厚度的摊铺机以长安大学筑路机械研究所与陕西中大机械集团联合研发生产的 DT 系列多功能摊铺为代表，目前生产应用的 DT1600 型多功能摊铺机的最大摊铺宽度为 16m，最大摊铺厚度为 50cm，对于大厚度半刚性基层的摊铺效果较好。长沙理工大学、陕西中大机械集团和景婺黄(常)高速公路建设项目办6在“大厚度、大宽幅抗离析摊铺
