连霍高速底基层和基层施工技术指南.doc
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1、水泥粉煤灰稳定碎石施工技术指南总 则1.1 某某高速某某至某某段改扩建工程底基层、基层均采用水泥粉煤灰稳定碎石结构,为确保该高速公路路面底基层与基层的施工质量,统一规范施工,做到有章可循,特编制某某高速某某至某某段改扩建工程水泥粉煤灰稳定碎石底基层、基层施工技术指南(以下简称指南)。1.2 本指南是依据中华人民共和国行业标准公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)、公路路面基层施工技术规范(JTJ034-2000)、公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1-2004)、公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTJ E51-2009)及某某高速某某至某某段改扩建工程的有关施工图设计文件
2、、以及相关试验研究资料等文件编写而成的。本指南是上述规范的补充和具体化,未涉及的内容按照以上有关标准、规范和设计文件执行。1.3 本指南的编写,借鉴了国内外其它高速公路的成功经验以及近年来路面专业上所取得的最新研究成果,并结合了某某高速某某至某某段改扩建工程的实际情况。 因此,指南中存在一些与规范、设计文件不完全一致的地方.某某高速某某至某某段改扩建工程底基层、基层施工过程中应参考本指南进行实施。未尽事宜可参照交通部现行规范。1.4 本指南的适用范围为某某高速某某至某某段改扩建工程已完工并经验收合格,经监理工程师批准的路基顶面上采用摊铺机施工的水泥粉煤灰稳定碎石底基层施工;以及已完工的并经验收
3、合格、经监理工程师批准的底基层上采用摊铺机施工的水泥粉煤灰稳定碎石底基层、基层施工。1.5 本指南仅作为某某高速某某至某某段改扩建工程水泥粉煤灰稳定碎石底基层与基层施工的技术参考文件,如在某些方面(如施工监理程序、原材料验收程序等)与某某高速某某至某某段改扩建工程相关文件有冲突时,应以河南高速公路发展有限责任公司某某郑洛段改扩建工程项目部下达的正式文件为准。2 原材料要求2.1集料 首先必须把好料源头关,其次对所进每批材料都必须按规范要求的检测频率进行自检,自检合格后报监理组、业主抽检,经三方检测合格后才组织上料,同时留样备查。材料入库后,必须严格管理料场,集料堆放场地必须硬化,做到材料整洁无
4、污染,对石料必须进行隔仓处理,插牌明示,集料进场应办理质量检验单和计量单,集料应采用分层堆放以避免离析,细集料采取必要的覆盖措施,采取加盖防水彩条布及防雨棚的办法。各档集料必须满足公路路面基层施工技术规范(JTJ034-2000)规定的物理力学性能要求,并满足粒径规格要求,用于水泥粉煤灰稳定碎石底基层与基层中的碎石应质地坚硬、耐久、洁净、有良好的级配,细集料质地应坚硬、耐久、洁净;用于底基层、基层的碎石最大粒径均不能超过31.5mm(原施工图说明上要求),其颗粒应接近立方体,其具体要求见表2.1。 表2.1 水泥粉煤灰稳定碎石底基层、基层用集料技术要求项 目最大粒径(m m)压碎值(%)有机质
5、含量(%)硫酸盐含量(%)液 限(%)塑性指数技术要求底基层31.53020.25289基 层31.53020.25256水泥粉煤灰稳定碎石底基层与基层用碎石均应分四级备料,并应特别注意防止粗集料的离析及细集料的防潮,粗、细集料都应具有良好级配,具体要求见表2.2。表2.2 底基层与基层用的各级集料的规格要求规 格(mm)通过下列筛孔(mm)的质量百分比(%)31.526.51913.29.54.750.0751030100015102010090100015510100901000150510090100015水泥粉煤灰稳定碎石底基层与基层的合成级配应符合表2.3的要求。表2.3 水泥粉煤灰
6、稳定碎石底基层与基层建议级配范围孔 径(mm)31.526.519.09.54.752.360.60.075通过百分率(%)10090100728947572939172781504图2.1 水泥粉煤灰稳定碎石基层、底基层建议级配2.2水泥可采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥,水泥的初凝时间不得短于4h,终凝时间不宜小于6h(原施工图说明要求),宜采用强度等级32.5级或42.5级的水泥,不得使用快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥。水泥的技术指标应符合规范要求,详见表2.4。表2.4 水泥的基本技术指标要求检测项目技术指标凝结时间,min初 凝240终 凝360且600
7、抗压强度,MPa3d 10.0抗折强度,MPa3d2.5安定性(饼 法) 合 格2.3粉煤灰水泥粉煤灰稳定碎石基层、底基层混合料所用粉煤灰不得低于级灰的技术标准。粉煤灰的技术指标应符合规范要求,详见表2.5。表2.5 粉煤灰的基本技术指标要求检测项目技术指标细 度(45 m方孔筛筛余),不大于/%F、C类粉煤灰12.025.045.0需水量比,不大于/%F、C类粉煤灰95.0105.0115.0 烧失量,不大于/%F、C类粉煤灰5.08.015.0 含水量,不大于/%F、C类粉煤灰1.0三氧化硫,不大干/%F、C类粉煤灰3.0游离氧化钙,不大于/%F类粉煤灰1.0C类粉煤灰4.0安定性(雷氏夹
8、沸煮后增加距离,不大于/mm)C类粉煤灰5.02.4水凡是饮用水(含牲畜饮用水)均可用于水泥稳定碎石底基层、基层的施工,遇到可疑水源时,应经过试验鉴定以确定是否可用。3 混合料组成设计3.1 一般规定3.1.1 水泥粉煤灰稳定碎石混合料的组成设计包括原材料质量检验、矿质混合料级配组成设计、确定必需的水泥、粉煤灰剂量和混合料的最佳含水量、最大干密度等。3.1.2 水泥粉煤灰稳定碎石的原材料质量检验试验,应按公路工程集料试验规程(JTG E42-2005)、公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(JTG E30-2005)、公路土工试验规程(JTG E40-2007)等规程进行,原材料的试验包括水泥标号
9、和终凝时间、粉煤灰技术指标、集料颗粒分析、细颗粒的液限和塑性指数、集料相对密度、碎石的压碎值试验等,必要时应测定有机质含量和硫酸盐含量。3.1.3 水泥粉煤灰稳定碎石级配组成设计按现行公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTJ E51-2009)进行,采用振动压实法进行水泥粉煤灰稳定碎石配合比设计,并与重型击实法得出的最佳含水量和最大干密度试验结果进行对比,最后以振动压实法成型强度试件,其7d无侧限抗压强度应符合表3.1的标准(原施工图说明要求基层1.53.5MPa,底基层不小于1MPa)。3.1.4 拌合厂开始生产水泥粉煤灰稳定碎石混合料前,应根据现场集料进行设计配合比复验,复验合格的配合比
10、作为标准配合比控制生产。表3.1 7d无侧限抗压强度标准层 位基 层底基层抗压强度(MPa)3.52.53.2 混合料配合比设计1、承包人应在所定料场中选取有代表性的石料进行下列项目的试验:(1) 筛 分;(2) 碎石的压碎值试验;(3) 水泥强度等级和初、终凝时间;(4) 粉煤灰细度、烧失量、安定性、游离氧化钙含量;(5) 振动击实试验和重型击实试验;(6) 有机质含量(必要时做);(7) 硫酸盐含量(必要时做);各项试验应按公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTJ E51-2009)、公路土工试验规程(JTG E40-2007)、公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(JTG E30-2005
11、)进行试验,样品必须经试验证明合格后,才能采用;并对料场的各级料进行筛分,确定合适的掺配比例,使水泥粉煤灰稳定碎石底基层、基层混合料级配达到表2.3的建议级配标准。2、水泥粉煤灰稳定碎石混合料配合比设计的试验步骤(1) 设计水泥用量的确定据有关研究表明,对于同一类型水泥稳定类材料,影响其干缩性能的主要因素是结合料剂量及混合料中0.6mm以下细料含量及其塑性指数。从仅考虑混合料干缩性能的角度出发,在进行水泥粉煤灰稳定碎石混合料配合比设计时,在保证混合料强度满足设计要求的情况下,水泥用量应越少越好。同时,经相关研究表明,水泥粉煤灰稳定碎石混合料抗冲刷能力随着水泥剂量的减少而减弱,但水泥含量下降到3
12、%左右时,抗冲刷能力将急剧降低。因此,从仅考虑混合料抗冲刷性能的角度出发,水泥稳定类材料,水泥含量不宜过低,但也不宜过高,过高易使基层裂缝增加。经综合考虑水泥粉煤灰稳定碎石混合料的路用性能、经济效益、施工和易性等方面因素,同时考虑到底基层对抗冲刷性能要求略低,建议基层、底基层水泥用量分别为:底基层用水泥试配剂量:3.0%基层用水泥试配剂量:3.5%(2)设计粉煤灰用量确定水泥粉煤灰稳定碎石基层材料强度主要由骨料与骨料间嵌挤作用和水泥、粉煤灰的水化产物与骨料间的粘结作用所决定。根据粉煤灰在水泥粉煤灰稳定碎石中的作用机理分析得知,一旦其级配选定,混合料的强度取决于水泥、粉煤灰的综合效应,混合料中粉
13、煤灰既有化学效应又有物理的微集料形态效应。粉煤灰的化学效应主要表现为,粉煤灰玻璃相组分的二次水化反应对水泥水化反应有辅助作用,且只有到硬化的后期,才能明显地显示出来。同时其活性成分能与水泥水化产物氢氧化钙反应,生成硅酸钙等矿物,减少了混凝土与空气中二氧化碳反应的机会,即降低了碳化收缩的可能。粉煤灰的物理微集料形态效应主要表现为,在混合料中粉煤灰起着填充粗集料骨架的作用。在进行水泥粉煤灰稳定碎石基层、底基层级配设计时,应考虑粉煤灰的填充作用,适量的粉煤灰能较好的填充粗骨架空隙,而当粉煤灰掺量进一步增加,超过了最佳掺量,则使粗颗粒相互分开,从而使骨架密实型结构转变成了悬浮密实型结构。混合料中0.6
14、mm以下细料含量过多,会引起混合料抗裂性能的急剧衰减。在水泥稳定碎石中掺入适量的粉煤灰,可以改善水泥稳定碎石的路用性能,尤其是极大地提高了抗裂性能和后期强度。经综合考虑水泥粉煤灰稳定碎石混合料的路用性能、经济效益、施工和易性等方面因素,建议在进行水泥粉煤灰稳定碎石基层、底基层配合比设计时,将1030mm、1020mm、510mm、05mm四档集料按给定的推荐级配范围进行混合料级配设计,保证掺配出的级配曲线在给定的级配范围内,尽量使2.36mm关键筛孔通过率贴近中值,0.6mm、0.075mm通过率尽量贴近推荐级配范围下限。在此前提下,用粉煤灰代替4%的05mm的细集料。严格控制2.36mm、0
15、.6mm、0.075mm关键筛孔的通过百分率。建议在底基层、基层配比设计时,将粉煤灰用量控制在: 粉煤灰:碎石 = 4:96 。(3)击实(振动压实)试验根据所选用的水泥剂量,进行振动压实试验,并采用图解法确定其混合料的最佳含水量和最大干(压实)密度,按设定的压实度分别计算设计规定水泥剂量的试件对应的干密度。(4)无侧限抗压强度试验现行规范用7d无侧限抗压强度单指标控制材料设计,必然忽视其他性能要求,如抗裂、抗冲刷、疲劳特性等。建议在水泥粉煤灰稳定碎石混合料强度(模量)满足要求的前提下,综合考虑抗冲刷、抗疲劳性能,以最小收缩量作为某某高速郑洛段改扩建工程底基层、基层的设计目标。根据前期配合比优
16、化试验结果,并结合多年对水泥粉煤灰稳定碎石底基层、基层的研究成果表明:基于振动法的水泥粉煤灰稳定碎石配合比优化,振动法成型试件的7天抗压强度比静压法成型提高约2倍。在之前的很多工程实践中,施工单位应用重型击实法进行水泥稳定类配合比设计时,仅以7d无侧限抗压强度单指标控制,当强度达不到设计强度时,仅仅单纯地通过增加水泥计量来使强度达到设计要求,这样的强度提高单单来自于水泥计量的增加,损害了混合料的抗裂性,所以为了防止这种情况的发生,必须对强度进行上限控制。但基于振动法成型试件的强度提高来至于优化出级配的骨料与骨料间嵌挤作用;同时优化出的级配较之前偏粗,细集料减少,混合料的比表面积减少,有效的水泥
17、用量提高,单位面积的水泥用量增加,因而强度较之前有大幅提高。强度提高2倍的同时,细集料用量降低,混合料模量只提高不到20%,强度提供2倍,混合料的整体韧性提高,抗裂性能增强。按最佳含水量和计算得到的干密度制备试件。进行强度试验时,本工程基层及底基层都是粗粒土,平行试验的试件数量应符合表3.2规定。如试验结果的偏差系数大于表中规定的值,则应重做试验,并找出原因,加以解决。如不能降低偏差系数,则应增加试验数量。表3.2 无侧限抗压强度试件数量表偏差系数小于10%10%15%15%20%最少试件个数6913试件在202温度下保湿养生6天,浸水1天后, 进行无侧限抗压强度试验。计算试验结果的平均值和偏
18、差系数。根据表3.1的强度标准,验证此水泥、粉煤灰用量下试件室内试验结果的平均抗压强度应符合公式:式中:Rd 设计抗压强度,MPa;Cv 试验结果的偏差系数(以小数计);Za 标准正态分布表中随保证率(或置信度a)而变的系数:高速公路和一级公路应取保证率95%,此时Za1.645。按上述试验结果确定水泥剂量与最佳含水量,工地实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量略有增加,最多不得超过0.5%,含水量略增加0.5%1.0%。有条件时,应测定底基层、基层材料的干缩系数和温缩系数。3.3 延迟时间测定在完成水泥粉煤灰稳定碎石底基层、基层配比试验后,还应进行水泥粉煤灰稳定碎石底基层、基层延迟时间(从
19、加水拌和到试件成型所需的时间)对水泥粉煤灰稳定碎石性能影响试验。根据拟定水泥、粉煤灰剂量的混合料的延迟时间与强度的关系曲线和要求达到的强度,确定施工时的容许延迟时间。 需要特别注意的是,混合料的施工容许延迟时间与施工气温是有很大关系的。气温越高,混合料的施工容许延迟时间就越短。因此,确定混合料的施工容许延迟时间必须考虑气温因素,当试验确定施工时的容许延迟时间大于2h时,施工时应按2h作为容许延迟时间进行施工质量控制。3.5 路面基层、底基层施工水泥剂量确定(1)配比试验确定的基层水泥剂量为3.5%,且按照要求做延迟时间试验,在施工所需最长延迟时间(不大于2h)的情况下,其无侧限抗压强度的代表值
20、满足表3.1时,工地实际采用的水泥剂量应取设计剂量4.0%。(3)配比试验确定的底基层水泥剂量等于设计的水泥剂量3.0%,且按照要求做延迟时间试验,在施工所需最长延迟时间(不大于2h)的情况下,其无侧限抗压强度的代表值满足表3.1时,工地实际采用3.5%;3.6 小 结承包人在底基层、基层开工之前,应将混合料配合比试验报告提交监理工程师批准。混合料配合比报告中应注明原材料的技术指标、来源和混合料的技术指标。材料来源变化时,应重做配合比试验报批。为减少底基层、基层裂缝,做到三个限制:在满足设计强度的基础上限制水泥用量;在减少含泥量的同时,限制细集料、粉料用量;根据施工时气候条件限制含水量。具体要
21、求底基层、基层水泥剂量分别不大于3.5和4.0%、集料级配中0.075mm 以下颗粒含量不大于4%、工地实际含水量不超过最佳含水量的1%。4 施工准备工作4.1 施工设备配置1、施工机械(1)拌和机 应配置产量大于500t/h的拌和机,为保证生产时拌和的均匀性,要保证其实际出料产量不大于拌和机额定生产量的80%;为保证摊铺持续不间断,拌和机实际生产量又要求超过实际摊铺能力的1015%。拌和机必须采用定型产品,并在多个工程中应用,且用户反应良好。为使混合料拌和均匀,拌缸要满足一定长度。至少要有四个进料斗,为防止“串料”,用有足够高度、强度的挡板隔开,料斗上口必须安装钢筋网盖,筛除超出粒径规格的集
22、料及杂物。拌和机的用水应配有大容量的储水箱。料斗宜装配高精度电子动态计量器,水箱应有准确计量装置,罐仓要求装配高精度电子动态计量器,电子动态计量器应经有资质的计量部门进行计量标定后方可使用。(2)摊铺机 应根据路面底基层、基层的宽度、厚度,选用合适的摊铺机械。施工应采用两台摊铺机梯队作业,要求两台摊铺机功能一致,为同一机型、不低于招标文件的要求,而且机型较新,功能较全,以保证路面底基层、基层厚度一致,完整无缝,平整度好。如有变化,应对其机械性能参数进行确认,报监理工程师批准后使用。(3)压路机 压路机的配备要满足招标文件的要求,至少应配备1820t的三轮压路机23台和振动压路机23台、25t胶
23、轮压路机12台。压路机的吨位和台数必须与拌和机及摊铺机生产能力相匹配,使从加水拌和到碾压终了的时间不超过水泥初凝时间,保证施工正常进行。(4)自卸汽车 一律采用大吨位后8轮汽车,数量应与拌和设备、摊铺设备、压路机相匹配。(5)装载机 数量满足施工的需要。(6)洒水车 数量满足施工的需要,洒水车的喷头要用喷雾式。(7)水泥钢制罐仓 由拌和机生产能力决定其容量,罐仓内必须配有水泥破拱器,以免水泥起拱停流。以上机械数量至少应满足每个工点、每日连续正常生产及工期要求。2、试验设备(1) 水泥胶砂强度、水泥凝结时间、安定性检验仪器(2) 水泥剂量滴定装置(3) 土工重型击实仪(4) 振动击实仪(5) 水
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