二灰土施工技术浅析

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  摘要:本文结合现场二灰土施工实践,对二灰土底基层的施工工艺、施工中质量控制要点进行了详细的介绍,以供读者参考。
  关键词:二灰土;施工;技术
  1、工程概况
  某某公路工程是国道主干线的重要组成部分,全长11.32KM,设计时速120Km/h,路基宽度40m。快车道结构形式为:20cm厚二灰土底基层+38cm厚水泥稳定碎石基层+7cm厚AC-25I型沥青混凝土下面层+4cm厚SMA13型改性沥青玛蹄脂上面层。其中二灰土底基层要求7天无侧限抗压强度≥0.6Mpa。由于工程所在地区属海积平原区,沿线土质变化较大,且大多数为高液限粘土,因此二灰土施工难度较大。
  2、二灰土的概念
  二灰土是用粉煤灰、石灰、土加入适量的水(达到最佳含水量),按照一定的比例,经过拌和的混合料,经过铺筑、整平、压实并养生成型的结构层,在高速公路路面结构中通常作为底基层使用,其强度应满足技术规范的要求。
  3、施工组织及工艺流程
  3.1施工准备
  3.1.1技术准备
  (1)原材料的检验
  土:对采用的土场土源,进行标准试验,测定土样的液限、塑限、塑性指數等技术指标,以便决定采取相应的技术措施。本工程取土场土质分为以下三种类型:
  A、塑性指数大于20高液限的土,则需改性后使用。可在土场掺入2%~5%的生石灰并进行一次翻拌,然后闷料4~7天,使得土的塑性指数降低、容易破碎后再使用。
  B、塑性指数为12~20中液限的土,可直接使用。
  C、塑性指数小于12低液限的土,若其试配强度不足,则可掺入1%~2%的425#缓凝水泥后再进行试配,一般可达到强度要求。
  石灰:采用石灰粉碎机粉碎的生石灰,使用前进行Cao、Mgo含量的测定试验,达到III级石灰方可使用。生石灰进场后要经过充分消解、过筛再使用,存放时间不宜过长。
  粉煤灰:要求Al2O3、SiO2和Fe2O3的总含量大于70%、烧失量不超过20%,比表面积宜大于2500cm2/g。
  水:饮用水均可使用
  (2)混合料配合比设计
  根据规范要求对不同土质以不同比例的石灰、粉煤灰、土进行试配,求其各自的最佳含水量和最大干密度。然后在同一压实度、同一龄期的条件下,确定抗压强度符合要求,且最经济的一组比例作为施工配合比。以1#、2#土场为例进行说明,其试验结果见表一和表二。
  1#土场(掺2%石灰砂化,塑性指数由32降低到20.7)
  表一
  配合比 最大干密度 最佳含水量 偏差系数 平均值 代表值
  10:20:70 1.55 19.5 4.6 0.92 0.85
  10:30:60 1.49 21.2 7.1 0.78 0.68
  10:25:65 1.52 21.8 2.4 0.84 0.81
  2#土场(塑性指数8.6,外掺2%425#缓凝水泥)
  表二
  配合比 最大干密度 最佳含水量 偏差系数 平均值 代表值
  10:20:70 1.60 19.6 7 1.55 1.37
  10:25:65 1.57 20.0 6.3 1.36 1.22
  经综合考虑后决定采用石灰:粉煤灰:土=10:20:70的配合比。2#土场的土在施工中外掺2%的32.5缓凝水泥。
  (3)试验路的铺筑
  为了验证施工方案和完善施工工艺,验证目标配合比是否可以用做施工配合比,确定一些施工参数以指导大面积施工,在正式施工前应进行试验路的铺筑,通过试验路试铺主要决定以下几个内容:
  ①验证混合料配合比
  现场取样制作9个试件 单位:MPa
  1 2 3 4 5 6 7 8 9 平均值 标准偏差 特征值
  1.06 1.16 1.02 1.10 1.02 0.92 1.02 1.14 1.24 1.076 0.095 0.92
  试验结果大于0.6Mpa,各指标满足设计要求,说明目标配合比可以用作施工配合比。
  ②配合比现场控制方法
  用2#土场土源,以目标配合比(石灰:粉煤灰:土=10:20:60)作为施工配合比。其最大干密度为1.59g/cm3,最佳含水量为18.6%,上料采用总量和厚度两指标共同控制,二灰土的总量根据施工段落长度来决定,用方格控制,保证布料的基本均匀,再以厚度指标用平地机以灰点法摊铺准确。从试铺结果看,这种方法是可行的。
  ③路拌机拌和方法,拌和深度和拌和遍数
  用拌和机拌和2遍,土颗粒最大尺寸即可满足小于15mm的要求,且经检查无夹层、灰带,混合料颜色基本一致,说明拌和2遍即可达到良好的拌和效果。在拌和中应设专人检测拌和深度,并将检测结果及时通知拌和机操作手,严防拌和过深或留有夹层。
  ④平地机整平,整型的控制方法以及松铺系数
  拌和完成后,用平地机粗平,测其压实度为85%,先以推算的松铺系数布置灰点控制纵、横坡。经验证该方法是可行的。松铺系数经实测为1.12。详细资料见表三。
  松铺系数验证计算表
  表三
  桩号 位置 虚铺厚 压实厚 松铺系数
  K6+170 3m 216 190 1.136
  7m 221 197 1.12
  10m 225 198 1.136
  K6+160 3m 245 219 1.12
  7m 245 221 1.11
  10m 212 184 1.15   K6+150 3m 215 189 1.137
  7m 245 219 1.12
  10m 220 196 1.12
  K6+140 3m 228 200 1.14
  7m 220 198 1.11
  10m 221 195 1.13
  K6+130 3m 225 198 1.136
  7m 230 205 1.12
  10m 232 206 1.126
  K6+120 3m 230 209 1.1
  7m 228 195 1.16
  10m 224 200 1.12
  平均值:1.12
  ⑤压路机的碾压组合、顺序、速度和遍数
  试验段中配备四台压路机,其中铁三轮压路机两台,振动压路机和胶轮压路机各一台。在精平结束后,由低向高用振动压路机稳压一遍,微振一遍,强振两遍共碾压四遍,在用铁三轮压三遍,即可达到规定压实度,然后视表面情况,使表面在潮湿状态下,用胶轮压路机封面,以达到减少起皮现象。碾压顺序为振动压路机、铁三轮压路机、胶轮压路机。具体组合见表四,压实度检测结果见表五。
  压路机碾压组合
  表四
  振动压路机 铁三轮压路机 胶轮压路机
  速度 1.5~2.0km/h 1.5~2.5km/h 1.5~2.5km/h
  遍数 4遍 3遍 至少一遍,视表面情况可适当增加遍数
  方式 静压、振动 静压 静压
  压实度检测结果
  表五
  K5+950 K5+990 K6+030 平均值
  95.5 96.0 95.8 96.4 96.2 95.9 96.0
  ⑥施工中随时测定含水量,根据最佳含水量决定采取翻晒或用洒水车加水的方法控制含水量。
  经过试验段的充分准备,取得各种必要的施工参数,可展开大面积施工。
  3.1.2机械准备
  为了使机械组合能够适应大面积施工的需要,结合实际情况投入了以下机械。
  3.1.3人员准备
  每个作业组应配备一名施工负责人,负责施工作业组的日常管理,生产的全盘安排、协调。现场工程师一名,负责现场的施工组织与质量管理。测量技术人员两名,负责施工过程中的测量工作。试验员一名,负责过程中的试验监测。灰场负责人一名,负责石灰的消解、过筛、收发料工作。路面工人10名。
  3.2工藝流程图(见附图)
  3.3施工方案
  1、总体方案
  石灰粉煤灰稳定土底基层采用路拌法施工。土、石灰、粉煤灰分别用大吨位自卸车运输到现场,分层摊铺,路拌机拌和,平地机整平,压路机碾压并养生成型。
  2、材料数量的控制方法
  根据混合料的最大干密度、压实度、施工路段的宽度、厚度、长度和混合料配合比,分别计算所需混合料干重和各种材料的干重。
  所需混合料干重=混合料最大干密度*施工压实体积*要求压实度
  单一材料干重=所需混合料干重*单一材料占总量比例
  分别控制如下
  (1)土:
  根据所用土含水量及所需土干重,求出所需土湿重,并以标定的单车土湿重为标准计算出车数上料。
  现场厚度控制:按照稳压后的压实度K土,求出稳压后的摊铺厚度h土,然后计算土的松铺标高加以控制。
  (2)石灰:
  按照施工所需石灰干重及当日石灰含水量求出其湿重,并以标定的单车重为标准计算出车数上料。
  现场厚度控制:按照稳压后压实度K石灰求出稳压后摊铺厚度h石灰,用此厚度来控制石灰的摊铺均匀度。
  (3)粉煤灰:
  根据施工所需粉煤灰干重及当日粉煤灰含水量求出其湿重,并以标定的单车重为标准计算出车数上料。
  现场厚度控制:按照稳压后压实度K粉煤灰求出稳压后摊铺厚度h粉煤灰,用此厚度来控制粉煤灰的摊铺均匀度。
  3、施工工艺
  (1)准备下承层:
  对准备施工的路段进行检查验收,按照附表《路基质量检查验收标准》对路基进行全面检验。清除表面杂物,进行机械准备。
  (2)测量放样:
  首先用全站仪放出路基控制桩位,然后用经纬仪放出每10m中心桩,再用钢尺放出边桩,所有桩位均用木桩固定,加以保护。然后用白灰打出上料方格,并对所设的临时水准点进行闭合检查。
  (3)现场布土:
  根据施工路段所需土数量、车数,采取方格控制布土。每车面积=施工面积/车数,以此可得每格车数=每格面积/每车面积,以保准确上料,然后用推土机和平地机辅以人工整平,振动压路机稳压。用灌沙法测定其干密度,计算土的松铺厚度调整土方标高,采用灰点法控制横坡、纵坡,再进行整平、稳压,以控制布土的厚度。在此过程中测定土的含水量是否接近最佳含水量,以决定是否立即在其上面摊铺石灰和粉煤灰。
  (4)摊铺石灰:
  在施工前根据配合比计算施工路段所需石灰数量由自卸车运到现场,在预定倒料位卸料保证布灰均匀,由平地机辅以人工整平,再用振动压路机静压一遍。用灌沙法测定其干密度,(若灰剂量少,也可用平均厚度的方法。)计算松铺厚度,依此厚度用灰点法进行整平、稳压。以控制布灰的均匀度。
  (5)摊铺粉煤灰:(方法同摊铺石灰)
  在此过程中测定石灰、粉煤灰的含水量,进行混合料综合含水量的控制。
  (6)拌和:
  混合料的含水量,可根据天气情况用洒水车调整混合料含水量,使之略大于最佳含水量2-4个百分点,然后用路拌机拌和(根据试验路结果可知该土质需用CMI拌和机拌和两遍)。在拌和时设专人跟踪、检测拌和深度,保证不留夹层,同时对拌和底面进行跟踪检测严防拌和过深,影响混合料的配比和成型后的下部压实度,对下承层(路基)顶面,可略破1cm左右以利上下层粘结。拌和结束后,进行含水量、灰剂量检测,含水量控制应略大于最佳含水量1-2个百分点。同时取样制件做无侧限抗压强度试验。(如需外掺水泥,则在第一遍拌和后人工摊铺水泥,并保证均匀。)   (7)精平、整型:
  拌和均匀后,先用振动压路机稳压一遍,平地机粗平。以松铺系数(松铺系数由试验路中测得为1.15)计算标高,放样虚铺灰点,灰点放好后进行整平,第一遍整平后检测标高,若不满足规范对标高的要求,放样第二遍虚铺灰点,再次进行整平。然后进行标高检测,若合格则可开始碾压,否则再次精平。局部过低部分必须耙松补料、严禁薄层贴补。
  (8)碾压成型:
  精平结束后,遵循先轻后重,由低向高原则。压实过程中,每次重叠1/2轮宽,保持1.5-2.5km/h速度。先用振动压路机稳压一遍,再振压三遍。然后用铁三轮静压三遍,最后用胶轮封面。确定正式的碾压组合如下见表六。
  (9)养生:
  碾压结束后,根据二灰土表面干湿情况进行洒水养生,每天洒水次数随气候条件而定,始终保持表面潮湿,养生期为7天。
  (10)接头处理:同日施工的两个工作段接头,应采用搭接形式处理,前一段拌和整平后不碾压,留5-8m的预留段和下一段共同进行拌和压实,以确保纵向与横向的平整度。两个工作段施工间隔在一天以上时,应把先施工的接头挖齐,然后把拌和好的混合料摊铺到接缝处,作成平接缝。
  4、施工的控制要点
  (1)由于该地区土质大多具有高液限、高塑性、天然含水量较高的特点,所以布土的工作显得特别重要。把土摊铺后,用铧犁和圆盘耙配合使用,进行翻晒、破碎土颗粒,使土的含水量降低到最佳含水量附近,且土颗粒破碎到,粒径15mm以上含量在7%~9%左右为宜,以利二灰土强度的形成。
  (2)含水量的控制:在施工前应充分掌握石灰、粉煤灰、土的含水量,计算综合含水量,然后决定相应措施。若其含水量偏大,则继续翻晒土,降低含水量。若含水量偏小,则在适当时间用水车补水。使得综合含水量控制在略大于最佳含水量(%)2~4%附近,再进行下道工序——摊铺石灰。
  (3)灰剂量的控制:由于石灰是二灰土强度形成的重要材料,石灰剂量的多少直接影响二灰土的早期强度。所以要严格控制。A、应从源头把关,每批石灰进场应按规定进行检验,确保石灰等级。B、进行总量控制,按配合比计算好施工段的石灰总量,控制在±1%。C、摊铺时应力争石灰摊铺均匀,使各部位的石灰剂量都满足要求。
  (4)拌和中的控制:在拌和中应设专人检测拌和深度,并将检测结果及时告知拌和机操作手,严防拌和过深或留有夹层,确保配合比的准确。拌和后筛分检验土颗粒大于15mm含量是否满足要求,且要检查有无夹层、灰带,混合料颜色应基本一致。使得压实度和强度都得到可靠保证。
  5、常见问题及措施
  (1)按标准施工但制件的强度却不满足设计强度要求:分析其原因,主要是由以下几方面原因造成的:A、现场拌和時拌和深度控制不到位,B、路基潜在的不平整。使实际施工配比发生了变化,导致最大干密度比标准最大干密度提高、灰剂量的下降而引起的。这就要加大拌和深度的检测频率,在保证不留夹层的前提下不能拌和过深,确保配合比准确。加密控制下承层的标高、平整度,精确控制材料的用量和部位。
  (2)压实度不足:由于摊铺的潜在不均匀和测点的随机性,就会产生个别点压实度不足的现象。根据配合比、强度、压实度之间的辩证关系,若发现现场配比发生偏差,应根据实际情况适当增加碾压功率。
  (3)起皮、裂纹现象:在碾压过程中,有时随着碾压工作的进行就会发现,局部路表出现1CM左右的土壳与基层分离,称之为起皮。纠其原因:A、平地机反复整平过程中,填补了先前低洼部分,产生薄层引起。B、表层含水量与下部相差过大,碾压时产生分层引起。C、拌和、摊铺不均匀使局部灰量过大引起。这就应当尽量减少整平次数,增加拌和效果,缩短整平到碾压的时间,并在铁三轮碾压结束后,使表面在潮湿状态下,用胶轮压路机封面,并酌情确定封面碾压遍数。从最终结果看,这些方法能起到良好作用。
  发生裂纹的原因经分析主要是由于表面干缩而引起的,应在成型后及时养生,并要保持湿润,就可以减少干缩裂缝。但也应控制水量,防止过量洒水。
  6、结束语
  在路面工程施工中,二灰土底基层由于其自身的施工特点,成为路面施工中的重要分项。它能不能既快又好地完成,直接制约着其它面层的大面积展开。特别是在多雨地域,有效施工时间短的情况下,更要加强现场的组织协调,使各工序衔接紧凑,有效形成流水作业。把土的翻晒、粉碎尽量提前。对调节好含水量的土和后场的石灰、粉煤灰采取防雨措施。使雨后能及时恢复生产。在土质变化大的情况下加强土源的检测,发现土质变化,及时调整配合比,以保证路面质量。
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