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摘要：本人通过对广东省广乐高速公路碾压混凝土基层的实际施工应用，介绍连续式厂拌碾压混凝土基层的技术应用及质量控制。
关键词：碾压混凝土；基层；高速公路；质量控制
引言
实践表明，碾压混凝土基层能够满足施工质量的要求，且有效地节约施工成本，保证工期需求。高速公路施工时工程量大，施工工期紧张，如何通过对水稳层混合料的厂拌、摊铺、碾压设备的改造来完成碾压混凝土基层的施工，从而解决路面各结构层交叉施工时，安排使用同一套施工设备，以方便施工组织，保证各结构层施工质量，满足施工工期需求。本文主要从原材料质量控制、配合比设计、机械设备改造、施工工艺的改进和摊铺、碾压质量控制等方面探讨碾压混凝土基层施工技术。
一、工程简介
广乐高速公路是广东省新十项重点工程，该项目是京港澳高速公路粤境段的复线，北起韶关乐昌市坪石镇，向南经大瑶山、乐昌、曲江、英德，最终到达广州市花都区花山镇，接广州机场高速公路，全长约271公里，全线采用双向6车道，设计速度为每小时100至120公里。LM4合同段属广乐南段，标段起于K126+678.5，标段终点是K163+606，路线长36.919公里，按上下行双向六车道标准建设，设计速度为120km/h，整体式路基宽度为34.5m，分离式路基宽度为17m。
本合同段LM4路面标上基层设计为24cm厚碾压混凝土，总工程数量约为24.4万m3。
二、碾压混凝土基层施工及质量控制
2.1原材料的质量控制
控制工程材料质量就是工程质量控制源头，控制好碾压混凝土的原材料，才能保证碾压混凝土的工程质量。碾压混凝土的主要原材料为水泥、粗集料（各档碎石）一般3档以上，细集料（石屑和天然砂）和水。
2.1.1水泥
碾压砼由于用作结构层中的上基层，所以使用的水泥可以采用英德龙山水泥有限公司生产的海螺牌 P·C32.5 复合硅酸盐水泥，同时为了保证混合料的施工时间需使用初凝时间大于3小时以上，终凝时间大于6小时的缓凝水泥。为了方便施工过程的材料组织，一般使用的水泥与其它水稳结构层使用的水泥一样，其主要技术指标符合设计和规范要求。
2.1.2粗集料
粗集料应使用质地坚硬、耐久、洁净的普通碎石，来自工程项目附近英德上下李石场生产的石料，石料采用连续级配，由于碾压砼混合料属于特干硬性的混合料，为了减少施工过程出现的 “离析”现象，最大公称粒径选用不大于31.5mm，具体规格为：选 20~30mm碎石：10～20mm 碎石：5～10mm ；集料中针、片状颗粒含量必须控制在15% 以内。集料含泥量不宜大于1%。
2.1.3细集料
细集料采用石屑和天然河砂。石屑应是反击破生产的坚硬、清洁、无风化、无杂质有足够强度的0~5mm的石屑。研究资料表明石屑可代替部分砂用于碾压混凝土基层，但要求不具有塑性或塑性指数低，否则会增大混合料的用水量及收缩性。石屑的加入虽会加大混凝土的用水量，但粗糙多棱角的石屑颗粒在砂浆中起到骨架的作用，限制了水泥石的变形及骨料颗粒的滑动，同时石屑与水泥石有良好的黏结界面使界面空隙少，减少了应力集中，石粉提高了水化产物的结晶程度；砂应采用清洁、颗粒坚硬、硅质含量≥25%的强度大的天然中粗砂。
2.2碾压混凝土配合比的设计
本文参照综合设计法进行碾压混凝土基层配合比设计。综合设计法是根据设计要求及原材料性能，试算混合料级配确定集料组成比例，按照经验初选用水量及水泥用量；采用绝对体积计算，进行初步试拌；根据初步试拌情况，选用正交试验因素及水平，分析影响改进VC值、7d弯拉强度这两个关键指标的主要因素，即最大R值对应的因素为主要因素，次大的R值对应的因素影响较低，依此类推。
具体的设计结果：碾压混凝土上基层施工配合比设计、试验和试验段验证，确定碾压砼上基层的最优化配合比设计为：20～30mm：10～20mm碎石： 5～10mm碎石：0~5mm石屑：砂 =14：28：17：24：17。 混合料的理论密度为2.541g/cm3，最佳含水量为4.5%。
2.3碾压混凝土混合料的水稳厂拌改造
高速公路路面较宽，碾压砼结构层厚度设计多为20~24cm厚，保证连续摊铺所需的混合料需求量很大，一般的间歇式混凝土拌和设备产量无法满足连续性摊铺的要求，间断摊铺的碾压砼基层容易产生平整度差、碾压不连续或含水量不均匀造成施工质量问题。采用普通的连续式水稳拌和楼生产碾压混凝土混合料产量大，但其集料、水泥和水量计量精度较低，并且拌缸较短，搅拌强度不足，拌和时间不够，很难保证混合料搅拌均匀，为解决混合料生产质量的问题，需通过对连续式水稳拌合楼进行计量系统改装以确保集料、粉料和水量的计量精度，并增设二级拌缸延长搅拌时间，保证混合料的拌和质量，达到混合料生产均匀性的要求。下面就对南方路机WCB-500型水泥稳定土拌合楼改造方案进行说明
2.3.1计量系统的改造
水泥计量系统的改造；碾压砼混合料配合比的水泥用量约为10%左右，一般水泥稳定土拌和设备水泥控制器采用小型螺旋器的形式进行粉料计量，无法满足碾压砼混合料生产对水泥粉量的供给和计量精度的要求，所以需加设水泥二级称量缓和仓，将原设备改装为大螺旋给料器或双螺旋给料器，并采用变频螺旋计量器实现水泥计量电脑自动控制，确保混合料中水泥含量偏差值控制在±1%的范围。
水量控制器的改造；为了提高水量控制器的计量精度，可采用电磁液体流量计进行改装，由于碾压砼混合料拌和时易产生粘缸现象，为了减少粘缸，并保证用水量的精度，拌和加水采用二级加水形式进行，第一级搅拌锅采用定量初步加水，在第二级搅拌锅采用自动调节二次加水，以减少第一级搅拌锅混合料粘轴问题，并保证加水的计量系统满足混和料含水量±1%偏差的要求。
2.3.2拌缸改造
南方路机WBC-500型拌合楼的拌缸为双卧轴连续强制式拌缸，为保证混合料拌和的均匀性，需增加一个二级拌缸，即混合料在正常搅拌一次后由皮带送至第二个拌缸进行二次搅拌，并对拌和器的叶片角度进行调整，以延长拌和时间，提高拌和强度，确保混合料拌和的均匀性。
①原配第一级拌缸，单个拌缸理论搅拌时间：
3600s/h÷{500t/h ÷(3.52m*1.5m*0.72m*1.6t/m3)}＝43.75S
考虑材料与拌臂间并非粘滞状态，实际有效转速会稍有降低，理论搅拌时间略小于实际搅拌时间。
②第二级新增拌缸理论搅拌时间为：
3600S/H÷(500T/H ÷(3.5M*1.36M*0.65M*1.6T/M3))*112/85＝35.64S
经过加设二级拌缸改造后，生产碾压砼混合料时最大产量的拌和时间为79.39s，产量越小拌和时间就越长，所以加设二级拌缸后，混合料的拌和时间可以满足规范60~90S的要求。
2.4碾压砼施工工艺和施工过程容易出现的问题及对策
2.4.1碾压砼施工工艺流程为：工作面准备→碾压混凝土拌和→运输→摊铺机摊铺→小吨位双钢轮压路机初压→大吨位振动压路机复压→小吨位双钢轮压路机终压→切缝→养生→填缝。其施工工艺和方法与一般水稳层施工工艺大同小异，本文就不再作一一介绍，下面主要从混合料生产、摊铺、碾压、切缝、养生等不同于水稳层施工方面进行探讨。
2.4.2碾压砼施工过程中容易出现的问题及对策；
（1）混合料拌合；混合料的生产质量的稳定性，是碾压砼施工质量控制的最重要环节。混合料质量最重要的控制指标除了级配和水泥含量外，含水量的控制也很重要，含水量直接决定了混合料出拌和机口改进VC值及水灰比情况，实际施工生产过程又要考虑到混合料从生产到摊铺碾压完成过程中含水量的损失，一般按配合比设计最佳含水量的0.5%增加进行控制。含水量过大会出现质量问题，还会造成混合料生产过程易粘结拌臂，拌缸出料口堵塞；含水量过小现场碾压无法压实。为了保证混合料含水量均匀稳定需对细集料和上料仓搭设防雨棚，并随时检测各档集料的含水量，尤其是雨后，及时通过含水量实验数据调整拌合控制用水量，以保证混合料含水量的稳定性。
（2）摊铺；路面结构层设计中碾压砼基层设计厚度为24cm，虚铺厚度可达到30-32cm，必须使用大功率摊铺机才能保证其初始密度，减少碾压时的推移，以利保证压实度及平整度。因此采用两台徐工RP952大功率摊铺机，此类摊铺机功率大，最大摊铺厚度40cm，最大摊铺宽度9.5米，根据生产能力及运输能力计算，摊铺机摊铺速度在1m/min，摊铺机摊铺时在保证摊铺机发动机负荷及摊铺平顺的情况下尽量调大熨平板夯锤，摊铺机工作参数为:熨平板的振捣频率调整到1000r/min,振动频率调整到40HZ、主振捣行程调整到9mm、副振捣行程调整到12mm，熨平板夯锤档位6级。摊铺过程中，摊铺机匀速、缓慢连续不间断的摊铺。由于松铺厚度大，摊铺机向前摊铺时料槽中的集料经螺旋布料向前推进时，大粒径的粗集料向前翻滚，造成粗、细集料的不均匀分布，形成了竖向离析。由于摊铺机问题造成混合料级配的变异，不但影响了混合料的压实，更影响结构层的强度，竖向离析的原因主要为摊铺机摊铺过程螺旋布料器不够大，无法对有效摊铺厚度的混合料进行二次搅拌，混合料自由下落造成。为解决竖向离析问题，需对摊铺机进行改装，安装大直径低速螺旋，螺旋直径50cm到40cm自内向外渐变，加大加深布料的料槽，保证布料过程混合料可以埋深螺旋叶片的2/3以上；料槽前方挡料板前加设软式挡料板（让软式挡料板以便摊铺到结构物时摊铺面上对接头），让前挡料板与下承层的间距控制在10mm左右，防止混合料中粗集料落出料槽内，通过改造的摊铺机设备，可以有效的解决混合料的离析现象产生。
（3）碾压；碾压是碾压混凝土基层施工的重要工序之一，混合料按设计配合比生产后，结构层的强度高低主要取决于混凝土的密实程度，碾压砼结构层厚度比一般的结构层要厚，需采用大功率的压路机才能压实；如果初压的压实功过大，会导致原摊铺面容易产生波浪状（压实面与未压实面处的压纹无法消除），所以碾压组合需采用由轻到重的碾压配制，碾压功从小到大合理组合，减少碾压过程产生拥包形成波浪状，每次碾压要求重轮重叠1/2轮，重轮碾压完路幅全宽即为一遍。
具体碾压流程见下表：
（4）养生；超干硬性的碾压混凝土，由于本身水分少，如果不能及时很好的进行养生，将会造成水分损失，严重影响混凝土的强度增长。因此，在养生期间补充水分，是保证结构层强度形成的重要措施。结构层养生常常受到天气、交叉施工等因素的影响，造成养生不到位导致强度不满足设计要求，表面松散现象。为了彻底保证养生效果一般可采用先覆盖透水土工布洒水完全保湿，再覆盖塑料薄膜一布一膜方式，并定期及时向薄膜内补灌水分，养生期不得少于7天，养生期间完全封闭交通，禁止一切车辆通行。
（4）切缝、灌缝及接缝处置；碾压混凝土在施工后进行切缝，时间宜选择在碾压成型后24～48h小时之内进行，防止切缝过早会产生啃边掉角，过晚会产生不规则断板裂缝。切缝宽度3~5mm，深度60mm，横缝10米一道，软土路基路段和高填方路段半幅设置一道纵缝。在养生结束后即时清缝，用热沥青进行灌缝；为减少或延缓碾压混凝土基层缩缝、胀缝、施工缝或自然裂缝反射至沥青面层，必须对所有缝进行处置。可采用浸油无纺土工布，在接缝处铺设1m宽浸油无纺土工布，随后施工透层油，然后铺筑热洒改性沥青撒布瓜米石封层，最后施工沥青混凝土面层。
三、结束语
碾压混凝土基层在施工过程只要拌和出含水量、水泥含量、级配均匀的混合料，通过加强摊铺、碾压、养生、切缝处理等施工工序控制，连续厂拌碾压混凝土基层的施工方案是较合理和经济的；碾压混凝土基层在整个广乐高速南段都得到了广泛应用，从实际施工结果来看，无论质量、外观、平整度都是值得肯定的。
参考文献：
[1]JTGF30-2003,公路水泥混凝土路面施工技术规范[s].
[2]杨金泉.碾压混凝土路面施工技术[ M ].北京:人民交通出版社,2000.
[3]公路水泥混凝土路面施工技术规范[J].人民交通出版社,2003年6月
论文作者:杨秋育
论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/24
标签：混凝土论文; 水泥论文; 基层论文; 含水量论文; 摊铺机论文; 结构论文; 质量控制论文; 《防护工程》2017年第7期论文;