片麻岩水泥稳定碎石基层配合比设计及施工控制
jdtg63477
jdtg63477 Lv.9
2015年07月03日 19:13:00
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   为了应对国际金融危机拉动内需,国务院增加基础设施建设的投资。使我国的公路建设已进入了前所未有的快速发展时期,尤其是车辆的快速增长,对道路使用品质的要求越来越高。从建设角度来讲,高投入但工程质量把关不好就会带来高浪费。因此,成败的关键在于工程质量。从现已建成通车的高速公路来分析,在高速公路的路面设计中,多数采用了水泥稳定类材料作为路面的基层。我国在80年代的初期开始在一些道路中使用水泥稳定类材料作为路面的基层,到现在已有20多年的经历了,在设计、施工方面取得了许多丰富的经验。

   为了应对国际金融危机拉动内需,国务院增加基础设施建设的投资。使我国的公路建设已进入了前所未有的快速发展时期,尤其是车辆的快速增长,对道路使用品质的要求越来越高。从建设角度来讲,高投入但工程质量把关不好就会带来高浪费。因此,成败的关键在于工程质量。从现已建成通车的高速公路来分析,在高速公路的路面设计中,多数采用了水泥稳定类材料作为路面的基层。我国在80年代的初期开始在一些道路中使用水泥稳定类材料作为路面的基层,到现在已有20多年的经历了,在设计、施工方面取得了许多丰富的经验。

   作为路面的基层,它与路面共同承担着车辆荷载的反复作用。因此,对基层材料的要求是应具有足够的抗压强度、密度、耐久性,抗裂性和扩散应力的能力。又由于基层位于面层与垫层之间,承受着地下水和地表水的侵入,所以基层结构还应具有足够的水稳性。为了满足上述基层的各种性能,在施工时除应控制粒料本身强度、水泥用量、矿料级配、无侧限抗压强度、压实度、摊铺厚度满足《公路路面基层施工技术规范》要求外,还应满足基层整体强度和减少裂缝的施工要求。

   考虑高速公路建设,经济合理,环保,就近使用当地原材节约成本的原则。连云港地区缺乏石灰岩、玄武岩,靠外运成本太高不够经济。我们准备在水稳基层施工中使用连云港本地储量较丰富的片麻岩碎石。

   1 气候条件

   本路段所经地区数半湿润的暖温带季风气候区,间有海洋性气候特点。全年四季分明,司机降水量不均,降水集中在夏秋两季,6-7月份多连续阴雨天,7-9月降水量高度集中,占全年降水量的70%以上,同时因受台风影响,长形成来势迅猛的特大暴雨,最大日降水量264.4mm(1976年6月29日),最大年降水量1479.7mm(1974年)。年平均降水量937.2mm,历年平均蒸发量1550.1mm,地表水资源不丰富。本标段自然区划属Ⅱ5,土质主要为全风化岩,粉土质砂、风华残积土及低-高液限粘土。

   2 工程概况

   长春至深圳国家高速公路临沂至连云港公路(江苏段)工程是国家高速公路网规划中的“纵三”长春至深圳国家高速公路(原天津至汕尾国家重点公路)的组成部分。本项目的建设将实现苏北地区东部沿海通道、中部鲁苏浙通道的有效连通,有利于加强苏北地区东部与鲁南地区的联系,拓展连云港港口的内陆腹地,凸现连云港作为欧亚大陆桥东桥头堡的优势,促进苏北地区经济和经济发展具有重要意义。

   该项目位于江苏北部连云港地区,路线总体呈西北东南走向,西起山东临沂,经赣榆县辖区,东至连云港市。全长24.25km,主线桥梁总长14.565km,路基总长9.685km,并设有城南枢纽、赣榆南互通、宋庄互通、大浦互通、宋跳互通、苍梧互通,共计六处。设计标准:采用高速公路标准建设,设计速度120公里/小时,桥涵设计汽车荷载采用公路-I级,其中起点至宋庄枢纽段长约8.527km,为六车道高速公路,路基宽 34.5m;宋庄枢纽至终点段约15.723km,为四车道高速公路,路基宽28.0m。

   本项目工程造价:1.98亿元;计划工期:2009年8月1日~2010年10月30日。

   3 片麻岩

   主要由长石﹑石英组成,中粗粒变晶结构和片麻状或条带状构造的变质岩。通常为中--高级变质作用的产物。具明显的片麻状构造。主要由长石、石英和各种暗色矿物(云母、角闪石、辉石等)组成。根据岩石的物质成分可分为富铝片麻岩、斜长片麻岩、碱长(二长)片麻岩和钙质片麻岩等。还可依所含矿物种类进一步分为角闪石斜长片麻岩、石榴子石斜长片麻岩、黑云母斜长片麻岩等。其原岩类型比较复杂,可以是正常沉积岩(粘土岩、粉砂岩等),也可以是火山岩、火山碎屑岩或各种侵入岩。在一定的温度和压力条件下,可由区域变质作用或接触变质作用形成。


图1:片麻岩样品


   本标段处于江苏省连云港市地区当地储有丰富的片麻岩区域,此地片麻岩抗压强度一般在80-100Mpa而石灰岩的抗压强度在120-150Mpa,强度偏低、易碎、针片状颗粒含量高、压碎值高是本地片麻岩的明显特点。

   4片麻岩水泥稳定碎石配合比设计

   4.1.1设计目的

   就连云港片地区麻岩强度偏低、易碎、针片状颗粒含量高、压碎值高的特点。进行材料组成设计,为临连高速公路LL-22标路面基层底基层施工提供合理的材料配合比及各项施工参数。

4.1.2设计依据

   4.1.2.1《公路工程路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)

   4.1.2.2《公路工程集料试验规程》(JTGE42-2005)

   4.1.2.3《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTGE30-2005)

   4.1.2.4《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175-2007)

   4.1.2.5《公路工程土工试验规程》(JTGE40-2007)

   4.1.2.6《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057-94)

   4.1.2.7《临连高速公路设计文件》

   4.1.2.8《江苏省高速公路水泥稳定碎石基层施工指导意见(修订版)》(2005)105号

   4.1.3设计要求

   4.1.3.1路面基层采用水泥稳定碎石,七天无侧限抗压强度代表值不应小于上基层3.8Mpa下基层3.5Mpa底基层3.0Mpa。

   4.1.3.2集料最大粒径为31.5mm,宜按粒径19.0-31.5mm,9.5-19.0mm,4.75-9.5mm,和0-4.75mm四种规格备料。碎石压碎值应不大于28%;粗集料针片状含量应不大于18%;碎石中小于0.6mm的颗粒必须做液限和塑性指数试验,要求液限小于28%,塑性指数小于9,合成碎石的颗粒组成应符合下表的规定。


   4.1.3.3水泥选用普通硅酸盐缓凝水泥P.O42.5,水泥初凝时间应不小于3小时,终凝时间不小于6小时。

   4.1.4原材料实测技术指标

   集料:采用连云港富润采石生产的片麻岩。


   水泥:采用沂东中联牌水泥P.O42.5,初凝345分钟,终凝495分钟,安定性合格、三天抗压强度48.9Mpa,抗折强度8.5Mpa.。

   4.1.5确定材料配合比

   在料场取有代表性的四种规格的试样,烘干筛分并计算颗粒组成,根据连云港片麻岩的特点我们在配合比设计过程中尽量让混合料合成级配4.75㎜以上筛孔级配通过率靠近中值;4.75㎜以下筛孔级配通过率走下限偏粗,来解决片麻岩的易碎、强度低的特点。确定材料配合比为:

   19.0 -31.5mm碎石 :23% 9.5-19.0mm 碎石 :24%

   4.75-9.5mm碎石 :27% 0-4.75mm碎石:26%

   级配符合《江苏省高速公路水泥稳定碎石基层施工指导意见(修订版)》(2005)105号见下图:



4.1.6标准击实

   按各种材料的质量进行外掺配料,采用标准重型击实,共试验五个水泥剂量,结果见下表:


   4.1.7成型试件

   根据最佳含水量和最大干密度, 按98%压实制件,试件保湿养生在相对湿度95%以上、养护温度20+2℃的环境中6天,浸水一昼夜之后,进行抗压试验,各项试验结果见下表:


   4.1.8结论

   依据试验结果,选用满足设计强度要求的上基层选水泥剂量为4.5%,其最大干密度为2.28 g/cm3,最佳含水量为5.6%,下基层选用水泥剂量为4.0%,其最大干密度2.28g/cm3,最佳含水量5.6%,低剂量水稳选用3.0%,其最大干密度2.28g/cm3,最佳含水量5.6%。

   4.2.1试铺验证

   经过紧张的准备,原材料经检测基本合格,水泥检测合格。现场工作面路基经过总监办和业主验收合格交接给我们,我部与2009年8月30日上午在标头K28+000-K28+380右幅进行水泥稳定碎石基层的试验段试铺,在试铺过程中不断的观察混合料的变化,混合料基本正常含水量控制在6%左右,级配满足设计要求,水泥剂量也符合要求。现场摊铺和易性也可以,施工性能基本良好。在碾压过程中,我发现压路机在静压一遍强振三遍后,在基层表面碎石全部被压碎形成一层有一两公分厚的全部为细料覆盖层。不过外观相当漂亮,七天后全部取出完整芯样,业主也比较满意试铺基本成功。

   4.2.2分析片麻岩基层施工特点

   在施工过程中我发现在碾压过程中部分片麻岩被压路机压碎,在基层表面形成一层细料的现象,我认为这样细料集中会增加水稳基层裂缝发生机率;而石灰岩、玄武岩水稳基层就不会出现此类现象。就连云港产的片麻岩特点而言,针片状颗粒含量大,强度低易碎,要注意混合料的离析。

   4.2.3片麻岩基层施工控制要点

   4.2.3.1原材料的针片状、压碎值、0.075mm以下颗粒含量;

   4.2.3.2 混合料水泥剂量不宜过大(不宜超过5%);

   4.2.3.3混合料施工含水量不宜过大(不超过±0.5);

   4.2.3.4混合料级配中0.075mm以下颗粒含量(不大于5%);

   4.2.3.5现场摊铺注意观察混合料离析,及时处理;

   4.2.3.6碾压过程中不要过压,避免破坏碎石的骨架结构。

   结束语

   通过配合比设计,施工中采取的一些控制措施,片麻岩水稳基层表面碎石骨架压碎现象有所改善,有效减少了基层裂缝的发生;保证水稳基层的整体强度,良好的外观。就使用当地原材料减低工程成本而言,本项目应用连云港当地片麻岩碎石,避免了外运石灰岩、玄武岩一项材料节约900万元,为项目创造了可喜经济效益。

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