碾压混凝土基层在高速公路中的应用研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 1 期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 3 6期 文章编号 : 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 5 ) O 1 0 0 0 5 0 6 碾压 混凝 土基层在 高速公 路 中的应 用研 究 谢光宁,许新权 ( 1 公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心, 广州 5 1 0 4 2 0 ; 2 广东华路交通科技有限公司, 广州 5 1 0 4 2 0 ) 摘要 : 针对广东地区在重载交通下易出现的沥青路面裂缝、 坑槽、 唧泥、 车辙等早期损坏 , 特别是长
2、大陡坡段的 路面车辙等病害, 尝试采用碾压混凝土刚性基层沥青路面结构, 以期解决广东地区重载交通作用下的路面耐久 性问题。基于碾压混凝土基层的耐久性沥青路面结构, 与传统意义上的 R C C+A C复合式路面, 以及旧水泥混凝 土路面加铺沥青面层等结构在材料特性和受力情况等方面较为相似 , 但又各具特性。因此, 通过在借鉴这些路 面结构的应力分析理论和方法的基础上, 根据碾压混凝土基层耐久性沥青路面结构的特点, 对优质碾压混凝土 基层施工难点、 关键控制点进行进一步研究 , 从而不断积累经验和提高碾压混凝土路面基层的施工质量。 关键 词 :高速公路 ;碾压混凝土 ;路 面基层 中图分类号:U
3、4 1 6 2 1 2 文献标识码 : A O 引言 水稳半 刚性基 层作 为主要 承重 层 曾在 广 东 省高速公路路面施 工 中得到广 泛应 用 , 近年来 随 着社会经济的持续发展, 通车后的高速公路车流 量不断增加 , 重 载及超载车辆越 来越多 。随着荷 载作用次数 的增加 , 半 刚性基层 的的使 用寿命 不 断减少, 当使用寿命结束便出现破坏现象 , 然后 逐渐引起 沥青面层损坏 , 在雨水及其 它不利 因素 的影响下加剧 了基层 的破 坏 , 从 而引发路面结构 性破坏 。 为了使路面结构具 有足够 的强度 、 良好 的耐 久性和优 良的行 车舒适 性 , 道路 工作者都在不断
4、 探索新 的、 先进 的路 面结构 和材 料 , 近年来 人们 愈来愈重 视复合 式路 面 的优势 。复合 式路 面是 指 面层 由两 层不 同材料 类 型和力学 性质 的结构 层复合而成的路 面 , 一般采用水 泥混凝土与 沥青 混凝 土进行复合设计 , 常用的结 构是普通水泥混 凝 土 、 碾 压混 凝 土或 贫 混凝 土 与 沥青 面 层 的 复 合 , 也可将连续配筋混凝 土与沥青 面层相结合成 复合式路 面。 碾压混凝土基层具有容 易就地取 材 , 施工简 便、 强度相对较高等优点, 是提高基层结构强度 的一种好 方法 I 3 J 。广 东省 大部 分地 区属 于 温 暖湿润的亚热
5、带季风 气候 区 , 在炎 热气候 下 , 沥 青更易出现车辙 、 推 拥 、 波浪等病害 , 尤其是在长 大陡坡 路面 的车辙病 害一直 是广东 地 区沥青路 面常见的问题 , 尝试 采用碾压混凝土基层沥青路 面结构解决广东地 区长大陡坡路 面的车辙病害 , 具有重要的意义 。 1 碾压混凝土基层路面结构厚度验证与优化 广东 省 自 1 9 8 9年第 一 条 高 速 公路 修 建 以 来 , 沥青路面结构变化 较大 , 路 面总厚度在 5 7 c m 到 1 1 0 c m之间 , 其中基层有半刚性结 构和刚性 复 合结构 , 厚度 在 2 0 c m到 4 0 c m之间 , 底 基层厚
6、度 在 1 5 c m到 5 5 c m 之 间。另外 , 在软基路段 , 由于 路基下沉 , 一般采 用不铺 中面层 的方式 ( 过渡路 面 ) 。国家科技项 目曾研究 了碾压混 凝土的一些 路用性能 , 但 没有有 效解决 耐磨 、 平整度 和抗 滑 性等技 术 问题。近年来 根据 A C R C C路 面结构 对碾压 混 凝 土 ( R C C) 的 路 用 性 能 进行 相关 研 究l3 J , 但该路面结构研究较少。本文结合广乐 高速公路项 目, 在对碾压混凝 土力学 性能试 验研 究及结构分析 的基础 上 J , 对碾压混凝 土基层 路面结构 ( 4 5 c m改性 沥青 G A
7、C一1 6+5 5 c m改 性沥青 G A C一 2 0 )+ 8 c m A T B一2 5沥青稳定碎石 + 2 4 c m 碾 压 混 凝 土 +1 8 c m 水 泥 稳 定 碎 石 + 1 8 c m水泥稳定碎石 +2 0 c m级配碎石进行厚度验 证与优化 。 作者简介: 谢光宁( 1 9 8 4一) , 男 , 广西桂平人 , 路桥工程师, 主要从事路桥检测试验及咨询工作, E - m a i l : 3 4 8 0 0 9 2 1 5 q q e o m。 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 1 期 广东公路交通 总第 1 3
8、 6期 1 1 设计标准 碾压混凝土基层复合 式路面采用沥青混凝土 结构 , 路面设计 以沥青层层底拉应 力和设计弯沉 值为指标 , 采用双 圆垂直均 布荷 载作用下 的多层 弹性连续体 系理论 , 计算路面结构厚 度。路面设 计采用以双轮组单轴轴载 1 0 0 k N为标准轴载, 设 计年限 l 5年。 1 2自然 区划 根据 公路自然区划标准 ( J T J 0 0 3 8 6 ) , 本 项 目属1 V 6 ( 武夷南岭山地过湿区) 。 1 3交通量组成及交通量 1 3 1 交通组 成 根据工可报 告预测交通量 , 公路 营运期 车型 比例组成见表 1 。 1 3 2交通 量 根据工可报
9、告 , 本路段交通量预测结果 ( 小客 车, 辆 d ) 见表 2 。 通车第一年( 2 0 1 4年) 日 平均混合交通量见表 3 。 1 4 车辆组成及材料设计参数 沥青路面材料设计参数见表 4 。 表 1 车型比例 层 位 材 料 名 称 抗压模量 MP a 劈裂强度( 1 5 ) 2 0 1 5 MP a 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 l期 谢光宁 , 等碾压混凝土基层在高速公路 中的应用研究 总第 1 3 6期 1 5 推荐的路面结构厚度 根据交通量组成及交通量, 使用 H P D S 软件进 行结构验算 , 基于碾压混 凝土
10、基层 的沥青 路面结 构验算 结果 满足要 求。综 合 考虑路 面 的抗 滑性 能 、 路面造价及施工工艺等因素 , 最终推荐 的路面 结构见表 6 。 2配合 比设计 进行碾压混凝土基层配合 比设计时采用综 合设计法 , 根据设计要求 , 试算集料 的组成 比例 , 用绝对体积法计算及试拌 , 通过正交试验及 现场 试拌修正, 获取最佳施工配合比。选定的配合 比 为 2 2 3 0 m m碎 石 : 1 22 2 mm碎石 : 61 2 m m 碎石 : 3 6 mm碎石 : 03 mm石 屑 : 河 砂 =1 0: 3 0: 1 8: 7:1 9 : 1 6 , 六 档 材 料 用 量 总
11、 和 为 2 2 0 3 k g m , 水泥用量 2 2 0 k g m。 , 用 水量 1 1 0 k g m ( 含水量 4 5 ) , 理论 密度 为 2 5 3 3 k g m , 碾压 混凝土成型压实度为 9 5 , 配制的碾压混 凝土各 项指标试验结果见表 7 。 表 6 沥青混凝 土路 面结构 结构层次 土质挖方及填方路基 上面层 4 5 m m改性沥青 G A C一1 6 C 粘 层 洒 布型改性乳化沥青 P C R 中面层 5 5 m m改性沥青 G A C一 2 0 C 粘层 洒布型改性乳化沥青 P E R 下面层 下封层 热洒改性沥青撒布瓜米石封层 透层 高渗透改性乳化
12、沥青 P C一2 上基层 2 4 0 m m碾压混凝土 下基层 1 8 0 mm水 泥稳 定级配碎石 ( 水泥剂量 4 5 ) 底基层 1 8 0 m m水 泥稳定级 配碎石 ( 水泥剂量 3 4 ) 垫层 2 0 0 mm级配碎石 总厚度 m m 9 8 0 3 碾压混凝土基层的拌和 碾压混凝土是一种 水灰 比小 , 通过振动碾 压 工艺成型 , 达到高密度 、 高强度 的零坍落度的水 泥 混凝土。普通的连续式水稳拌和楼 因其拌和时间 短 、 搅拌叶片少 , 难以保证混凝土的施工质量。本 试验段采用一套南方路机改装的 WC B 6 0 0型连续 式水稳拌和站 , 并从 以下几个方面进行 了改
13、进 : ( 1 ) 改变普通连续式拌和站靠皮带转数控制 集料掺配量误差大的缺点, 在配料仓加装皮带秤, 同时完成计量和配料。 ( 2 ) 针对碾压混凝土的水泥用量大于普通水 稳料 的情况 , 单独增加一套水泥添加系统 , 加大最 大添加剂量 , 并增 大水泥输 送调 速螺旋 直径 ( 由 2 5 0 m m增加到 3 0 0 m m) , 增大水泥输送调速螺旋 的 电机功率 ( 由4 k W 增大至 5 k W) , 使水泥最大供应 速度达到8 0 t h , 保证了水泥掺量供应满足水稳拌 和站 4 5 0 t h的产量 , 并设 置水泥计量电脑 自动控 制设备 , 确保水泥含量偏差值控制在
14、1 以内。 ( 3 ) 改进型水稳拌 和站采用双卧轴强制式拌 缸 , 确保足量的搅拌 叶片并增设 双卧轴强制式二 级拌缸, 拌缸中间采用皮带传送, 通过二次搅拌, 延长了搅拌时间( 最短纯拌和时间不短于 6 0 s ) , 确 保了混合料 的均匀性 , 解决 了连续式拌和楼搅 拌 时间不够 , 搅拌不充分的问题 , 较大地提高了混合 料的均匀性。 由于连续式拌和楼影响混凝土施工质量 的因 素较多 , 还需拌和前测定各种规格料的含水量 , 根 据含水量 、 天气情况和运距 的长度调整加水量 , 使 混合料的颗粒 组成和含水量都达 到规定 的要求 ; 拌和机在生产 前须进行计量系统标定 、 工作系
15、统 调试 , 将设计配合 比转化成拌 和机生产配合 比须 反复进行调试 , 以保证拌 和机工作的稳定性 ; 在 生 产过程中不得 对确定的拌和参数进行 随意调整 ; 集料的颗粒组成 发生变化时 , 应重新 调试设 备或 重新进行标准配合 比设计。 4混合料运 输 ( 1 ) 碾压混凝土应采用较大吨位的 自卸汽车 运输 , 车厢应 清扫 干净 , 不得 有水 积聚在 车 厢底 部 。从拌和机向运料车上放料 时, 应分 35次挪 动汽车位置, 以减少粗细集料的离析现象。 ( 2 ) 尽快将拌成的碾压混凝土运送到铺筑现 场 。如运距较远 , 车上的混合料应该覆盖, 以防水 分过多损失 。卸料时 ,
16、应注意卸料速度 、 数量 与摊 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 1期 广东公路交通 总第 1 3 6期 铺的厚度 、 宽度相适应。 ( 3 ) 从拌和站至试验段 的距离为 3 k m, 重车行 驶速度约 1 5 k m h , 空车行驶速度约 2 0 k m h , 每车 载重量约 4 3 t , 碾 压混凝 土理论 密度 为 2 5 3 3 k g m , 摊铺宽度为 1 6 7 m, 厚度为 0 2 4 m, 摊铺速度为 1 m mi n 。拌和站实际出料量约 4 5 0 t h , 每车装料 时间约为 7 m i n 。 摊铺每车时
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