级配碎石饱和水密振实施工工艺

技术领域

本发明涉及道路基层施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种级配碎石饱和水密振实施工工艺。

背景技术

道路、机场跑道、堆场等道面结构的基层通常有级配碎石、水泥稳定碎石、水泥稳定土等形式。目前，针对机场跑道，在国内通常使用水泥稳定碎石作为道面结构基层，而级配碎石基层相比于水泥稳定碎石基层，其造价更低，且施工时不存在水泥初凝的限制，其碾压和做面的难度都远低于水泥稳定碎石基层，因此仍然在较多地方应用。

但是，目前级配碎石基层压实施工时如果按照常规的含水量控制、分层压实法施工，其压实度很难接近或达到100％，且在级配碎石施工当中经常出现压实度不合格、表面松散、脱皮等质量问题，而松散的表面对后期的扫面和透油施工影响较大，难以满足重载作用下机场跑道的设计要求。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种级配碎石饱和水密振实施工工艺，能使级配碎石应用于机场道面基层，压实度达到100％，同时机场道面基层表面平整密实，无松散，无离析。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种级配碎石饱和水密振实施工工艺，其包括：

下承层验收、修整；

对级配碎石进行配合比设计和试验，以确定配合比、松铺系数、摊铺方法；

在验收合格的下承层上测量放样；

按试验确定的配合比准备碎石原料，将碎石原料置于拌和机械中进行拌和得到混合料；

按试验确定的松铺系数和摊铺方法，将混合料摊铺在下承层表面，再压实，其中，压实方法包括：先静压，修补找平，再振动碾压，然后对碾压后的混合料充分洒水至饱和，再重复碾压直到水分从空隙中流走，且级配碎石层达到压实度要求。

优选的是，所述级配碎石层应用于机场道面基层时，碎石原料的配合比为：筛孔大小为50mm时碎石通过率为100wt％，筛孔大小为37mm时碎石通过率为95～100wt％，筛孔大小为25mm时碎石通过率为70～95wt％，筛孔大小为19mm时碎石通过率为55～85wt％，筛孔大小为4.75mm时碎石通过率为30～60wt％，筛孔大小为0.6mm时碎石通过率为12～30wt％，筛孔大小为0.075mm时碎石通过率为0～8wt％；

其中，通过0.075mm筛孔的碎石原料在通过0.6mm筛孔的碎石原料中的重量占比不超过60％；粒径大于4.75mm的碎石原料中针状和片状碎石原料的重量占比不超过15％，针状和片状碎石原料按ASTM D 693标准中的试验方法定义；按照ASTM C131试验规程测试碎石原料的磨耗值，其结果不大于35％；按照ASTM C 88试验规程测试碎石原料的硫酸钠坚固性，经过5个试验循环后，其损失值小于5％。

优选的是，将碎石原料拌和得到混合料的过程具体包括：将碎石原料置于搅拌站中，采用搅拌站强制拌合混合料，拌和时按照满足所述级配要求的碎石原料的最佳含水量±2％加水，满足所述级配要求的碎石原料的最佳含水量采用重型击实实验进行确定。

优选的是，将混合料摊铺在下承层表面前，先对下承层表面洒水进行湿润。

优选的是，将混合料由搅拌站运输至摊铺施工现场前，先对运输车辆车斗表面洒水进行湿润。

优选的是，在验收合格的下承层上测量放样的过程包括：每隔10m设一桩，进行水准测量，在铺筑边线外50cm处打入导向控制线支架，导向控制线支架位置对应中线桩号，导向控制线支架间距为10m，根据下承层顶面标高、设计厚度、试验得出的松铺系数及固定值，调整导向控制线支架横杆高度，设定为铺筑时导向控制线标高，导向控制线标高＝下承层顶面高程+松铺系数×级配碎石层设计压实厚度+固定值，固定值为导线与摊铺设备的熨平板高差。

优选的是，级配碎石层达到压实度要求后还进行修补和接缝处理，最后验收。

优选的是，级配碎石层的压实度采用灌砂法测量得到。

优选的是，所述压实的方法中，先静压1遍，修补找平，再振动碾压4遍。

本发明至少包括以下有益效果：级配碎石应用于机场道面基层时，压实度应当达到100％，如果按照常规分层压实法施工，其压实度很难达到100％，而本申请提供的饱和水密振实工艺，成功解决了这一技术难题，同时由于在压实过程中，级配碎石中含水饱和，因此无需考虑级配碎石基层在压实过程中表面失水过多而导致基层表面松散、脱皮等质量问题。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明实施例所述级配碎石饱和水密振实施工工艺的流程图；

图2为本发明实施例所述斯里兰卡汉班托塔机场道面的远景示意图；

图3为本发明实施例所述斯里兰卡汉班托塔机场道面的近景示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面以斯里兰卡汉班托塔机场道面基层为例来说明所述级配碎石饱和水密振实施工工艺，斯里兰卡汉班托塔机场道面设计依据美国联邦航空局《机场道面设计与评价》AC150/5320-6E规范，根据规范要求，级配碎石应用于机场道面基层，压实度应达到100％，同时CBR值不应小于100％。

级配碎石基层如果按照常规分层压实法施工，其压实度很难达到100％，这是该项施工的技术难点，项目部技术研究小组经过多次试验论证，终于得出了饱和水密压实法，成功解决了这一技术难题。

如图1所示，所述级配碎石饱和水密振实施工工艺，具体包括以下步骤：

S1、施工准备；

具体包括：

1、技术及资料准备；

(1)编制施工方案并获业主审批；

(2)组织人员进行详细的培训交底；

(3)开工报告：向业主报送《级配碎石基层开工报告》，经同意后方可进行碎石基层施工。

2、设备及物资准备；

(2.1)材料试验准备；

(一)熟悉设计要求及验收标准和施工规范，组织全体施工人员进行工艺操作和质量标准的技术交底，调试和熟悉前台和后台的各种机械操作。

(二)按照设计和规范要求选择合格的碎石并及时取样做规定的试验和向业主报验，具体要求如下：

a骨料的来源要经得工程师审核统一，含料要为干净，坚固，耐用的轧碎石块颗粒，且跟样品大致相同.不允许使用卵石和轧碎卵石；

b骨料可以和细沙，石粉，或和其他来料经得批准的类似的粘结料或填料混合.混料要均匀且符合技术规格书的要求；

c混合料要能够被压实成密实稳定的基层，且不能含有植物质，粘土结块，易分解或破碎或其他有害物质。

(2.2)堆料场地准备；

堆料场选择在拌和站附近，拌和站设立临时堆料仓，堆料仓内各种规格的原材料均采用隔离墙隔开。

(2.3)机械设备准备；

(一)大型设备；

1)拌和设备：在拌合场地安装一台型号为WCB-500的级配碎石拌和站，设备进场后组织安装、调试,并经计量部门进行了标定,经检验各项指标能符合要求方可使用。在拌和站料仓配置一台装载机上料和备料用；

2)运输设备：根据拌和能力及运输道路路况配备载重在15t以上的自卸车15辆,其数量将根据施工进度及现场需求进行调整；

3)摊铺设备：进场三一重工产的型号为DTU95摊铺机一台；

4)碾压设备：施工采用一台26T级单钢轮振动压路机和一台22T级单钢轮振动压路机，小型打夯机一台；

5)洒水设备：两台洒水车，根据情况需要时再增加；

6)其他机械设备：平地机一台，主要进行下承层修补作业。发电机一台，搅拌站备用发电设备；

以上机械操作人员均持有有效操作证，并对各自机械、车辆的工作性能做到心中有数。混合料试拌前，出具相关证书，经业主工程师对拌和楼及机械设备的工作性能进行调试验证确认，确保混合料的集料级配、含水量准确性符合技术规范的要求，使所有工序处于受控状态。

(二)小型设备；

铁锹、手推车、钢丝绳等小型机具一批。

(2.3)工地实验室准备；

试验室建设分三个内容，即：工地试验室质量管理体系建立、试验室硬件建设及人员的合理配备与素质教育。

1)试验室质量体系：包括实施质量管理的组织机构、职责、程序、过程和资源。

2)试验室硬件建设：包括试验仪器配备精良程度、设备仪器的数量及质量。

3)试验室技术人员的配备：配备1名技术主管，8名操作工，以确保基层施工及现场检测工作的基本需要。

(2.4)测量准备；

1)认真对照图纸，再实行放样工作；

2)测量人员要持证上岗，仪器要事先标定，放样前再次检校仪器的工作性能；

3)对测量控制网进行联测，并将复测成果上报业主工程师认可；

4)对路中线及路边线进行放样，放样后必须再次复核测量成果，所测的测量成果要保证准确无误；这些点作为以后基层的控制点；

5)在最后一层碎石摊铺前应再做一次联合测量。

(2.5)现场准备工作；

(一)下承层的准备；

积极做好下承层的验收、修整工作，为基层施工提供良好的现场空间，同时注意以下几点。

1)验收的下承层必须符合规定要求，其纵、横坡度、平整度、压实度、纵断高程等满足评定要求，否则基层施工前必须对下承层重新处理。

2)级配碎石混合料上路前，对下承层做最后一次检查，将现场工作面存在的浮土、杂物清除干净，并保持平整。

3)对出现有坑洞的下承层，先用相同的材料仔细填补和压实，松散处应耙松并补添相同材料拌和、整形洒水并重新压实，使之达到压实度要求。

4)在基层摊铺前，根据现场情况可对下承层表面适当洒水，使其表面润湿。

5)在道面施工时，高填方路堤可能发生沉降，必须对下承层做好沉降观测工作。

(二)临时道路；

做好临时道路修整及日常维护。

(三)临时排水系统；

做好临时排水沟等排水设施，完善临时排水系统。防止雨水浸泡级配碎石工作面。

S2、试验段施工；

1)试验段位置；

级配碎石基层正式施工10天前，在业主工程师批准的现场试铺一段面积不小于300平方米的试验段。在跑道2200～3000之间选择道肩部分(两个助航灯之间)先铺筑试验段；

2)碾压试验；

先按照层厚20cm，松铺系数1.25进行试验，可在试验中再进行优化调整，用灌砂法进行压实度检测，并记录各项原始数据，直到压实度满足相应压实标准。

3)试验成果；

通过试验段的施工确定如下参数：材料的施工配合比例是否合理；材料的松铺系数；标准的施工方法；摊铺速度；混合料含水率的控制方法；压实机械的组合方式、碾压方法和压实顺序以及速度和遍数；拌和、运输、摊铺和碾压机具的协调和配合；压实后的检验方法；每天作业段的长度；标准化管理和优化施工组织。

4)试验时间；

试验区施工前48小时通知业主工程师。如遇到不良天气和设备故障，准备工作无法及时完成，应口头或书面通知业主工程，征得同意。

S3、在验收合格的下承层上测量放样；

每隔10m设一桩，进行水准测量，在铺筑边线外50cm处打入导向控制线支架，导向控制线支架位置对应中线桩号，导向控制线支架间距为10m，根据下承层顶面标高、设计厚度、试验得出的松铺系数及固定值(10cm)，调整导向控制线支架横杆高度，设定为铺筑时导向控制线标高，导向控制线标高＝下承层顶面高程+松铺系数×级配碎石层设计压实厚度+固定值，固定值为导线与摊铺设备的熨平板高差。

S4、按试验确定的配合比准备碎石原料，将碎石原料置于拌和机械中进行拌和得到混合料；

(1)碎石基层级配要求如下表所示：

材料从粗到细要分级良好，严格按照上表要求的设计配料规格来实施，偏差控制在允许的范围之内；

通过0.075毫米筛的材料百分比不能超过通过0.60毫米筛百分比的60％；

碎石粒径大于4.75mm级别的碎石针、片状含量不得超过重量的15％。针、片状的区别试验方法应遵守ASTM D 693的定义；

如按照ASTM C131试验规程测试碎石磨耗值，其结果不得大于35％；

如按照ASTM C 88试验规程测试碎石硫酸钠坚固性，经过5个试验循环后，其损失值应该小于5％；

如按照ASTM D 4318试验规程测试，粒径小于0.42mm的细集料液限应该不大于25和塑限不大于4；根据ASTM的2419测试该粒径级别的砂当量值，试验结果应该大于35％；

根据试验规程ASTM 1833，测试4天饱水试验样本的CBR值，结果不小于100％。

试验样本为施工配合比样本；

根据试验规程ASTM D 4791试验要求，针、片状含量应小于30％。

(2)拌和

(一)级配碎石基层混合料的拌和采用集中厂拌法，拌和机为一套WCB-500型级配碎石拌和机，平均每小时出料分别为500t。拌和前应对设备进行充分调试，拌和设备的调试分两步：第一步是对集料级配的调试，即不加入水，确定各种碎石的配合比例；第二步是混合料的调试,即在碎石中加入水，调整含水量，达到设计配合比的要求。

拌和前试验人员测定集料的级配和集料含水量，若在雨季施工，要增加含水量的测定频率，计算施工配合比和拌和时实际的加水量，考虑到拌和、运输、摊铺、整形、碾压等过程含水量会损失，故在拌和时，可根据天气、运距及施工进度适当提高拌和用水量，使拌和后混合料含水量略大于最佳含水量0.5～1％(具体由试验确定)。早上气温较低、无风、运距近的情况下，混合料含水量接近最佳含水量。中午气温高、有风、运距远的情况下，混合料的含水量要高于最佳含水量。实施拌和时要做到，后场各项准备工作和前场的各项准备工作就绪后，才可以开始拌和生产。

(二)级配碎石基层混合料在拌和时，严格按照业主工程师批准的配合比设计要求进行上料，由料仓经皮带输送机送入搅拌仓内，同时按照配合比要求，添加水，经搅拌后由皮带输送机送入储料仓等待装料。拌和质量由试验室值班员和机械操作手共同控制，各控制负责人严格按照试验室提供的配合比通知单选用各料仓集料规格和数量，拌和时各种集料、用水量要准确，以保证混合料的级配符合设计要求，保证出场的料均匀一致，无粗细料分离现象。级配碎石基层混合料装车时，为减轻离析现象，装车时分前、后、中三次装料，并安排有专人负责指挥。

(三)每天出料检测：

(1)含水量；

(2)集料级配；

(3)混合料离析现象。

(四)拌和注意事项：

(1)、配料准确；

(2)、含水量略大于最佳含水量；

(3)、拌和均匀；

(4)、混合料检测及时。

(五)拌和过程中人员安排：每个拌和楼操作人员2人，负责拌和站的操作；拌和站巡检4人，负责拌和站各料仓的检查；检测混合料级配含水量1人；指挥装料1人。

(六)运输

级配碎石混合料运输采用15T以上自卸车，当运距较长，有风或中午气温高，用蓬布将料车上的混合料进行覆盖，以防止水分散失，运输能力根据拌和机能力、运距、摊铺能力等及时调整。运输车辆要保证在摊铺机前面等待卸料的车辆有三辆，拌和站等待装料的车辆不少于三辆。车辆数量、驾驶员、行驶路线在摊铺前一天进行统一落实，根据前场的施工路段所需的生产数量，配备足够的运输车辆，确保施工段落连续作业。

将混合料由搅拌站运输至摊铺施工现场前，先对运输车辆车斗表面洒水进行湿润，运输车辆车况必须良好，保证混合料在最佳含水量运输。

对运输道路经常维护，保证道路平稳通畅，防止混合料在运输期间离析。

S5、按试验确定的松铺系数和摊铺方法，将混合料摊铺在下承层表面，再压实，其中，压实方法包括：先静压1遍，修补找平，再振动碾压4遍，然后对碾压后的混合料充分洒水至饱和，再重复碾压直到水分从空隙中流走，且级配碎石层达到压实度要求。

具体的，混合料的摊铺，采用三一重工产的型号为DTU95摊铺机进行摊铺。摊铺时，传感器采用钢丝绳来控制标高及厚度，摊铺前对下承层表面进行适当洒水润湿，并坚持每天检查摊铺机各部分部件运转情况是否正常。摊铺机起步前，用木板垫起熨平板，使熨平板的标高为摊铺层的松铺标高,为减少熨平板的变形，每个摊铺机熨平板至少要垫起三处。

摊铺作业时根据拌和能力和运输能力，确定摊铺机速度，严禁出现摊铺机停机待料的情况，保持摊铺的连续性，提高平整度。摊铺机摊铺速度为1.5～2m/min，摊铺混合料时速度宜采用最小摊铺速度为1.5m/min，以减少停机待料的现象。

摊铺过程中有专人指挥运输车辆在摊铺机前方20～30cm处停车，防止碰撞摊铺机，由摊铺机迎上去推动卸料车，一边前进一边卸料，卸料时料车不能踩刹车，卸料速度应与摊铺速度相协调,卸料时由专人指挥卸料。运输车辆在下承层上调头时，要在指定地方进行，以减少对下承层的损坏，同时注意不能碰撞导向控制线钢丝，以免影响摊铺层的标高精度控制。

摊铺作业时，指定现场技术人员对已摊铺的基层进行标高和厚度跟踪控制，根据检测结果对摊铺机传感器进行微调，以保证符合设计及规范要求，确保施工质量。

摊铺机摊铺后，安排专人消除粗细集料离析现象，及时挖除局部的粗集料“窝”，并用新拌和料填补。出现粗集料偏多的情况，要及时安排专人用新拌和混合细料嵌隙填补。

混合料摊铺后，路面边缘做好修边、整形，并用相关工具(如铁锹)把边拍实，以保证边缘直顺密实。

摊铺时上下层接头应错开不小于3m。

具体的，混合料的压实，碾压将采用一台26T级单钢轮振动压路机、一台22T级单钢轮振动压路机进行联合碾压。

混合料经摊铺、整形后，立即进行碾压，碾压长度以50～80m为宜，碾压段落层次分明，设有明显的分界标志并形成连续碾压，坚持遵循初压和终压均采用静压的原则，以减小变形和提高表层密实度、平整度。

碾压顺序采用22T级压路机静压1遍，弱振碾压2遍，强振碾压2遍，然后对碾压后的混合料用洒水车充分洒水至饱和，再用26T级压路机重复强振碾压直到水分从空隙中流走，且级配碎石层达到压实度要求，最后再用26T级压路机静压1遍使表面密实无轮迹。

碾压方法：摊铺成型后压路机进行碾压，碾压方向与路中心线平行，直线段，由路肩向中心碾压，在超高路段上，由内侧向外侧进行碾压，使纵向顺延，横坡符合设计要求。压路机碾压时成阶梯状碾压，两碾压段的接头处，采用压路机成45度角斜碾，正常碾压时轮迹重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，后轮压完路面全宽时为一遍，碾压至要求的压实度并无轮迹为止。压路机的碾压速度，前两遍以采用1档为宜，以后可采用2档，绝不可高速碾压。碾压程序：静压～弱振～强振～静压。现场记录碾压遍数，道面的两侧要多压1～2遍，压路机稳压时1.5～1.7km/h，振动压时1.8～2.2km/h，终压1.5—1.7km/h。

压路机严禁在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车，保证级配碎石基层表面不受破坏。

死角处处理：在转角等压路机无法碾压的部位，将采用小型夯机夯实，局部小的地方采用人工夯实。

平整度控制：施工过程中采用人工铲除接头处的拥包，同时用4.8米直尺检查平整度，不符合要求的立即进行处理，消除碾压段之间的不平整。整平应仔细进行，目的是将凸出部分刮除并用人工及时扫出工作面外，局部低凹的部分不得用刮除料作为找平层，即“只准铲高，不得补凹”。个别严重的，凹坑需要找平时，应用人工挖成方形成矩形面(深度不少于10cm)，填补相同的混合料，人工补平并夯实再统一碾压成型。

S6、级配碎石层达到压实度要求后还进行修补和接缝处理，最后验收。

具体的，横向接缝处理：靠近摊铺机当天未压实的级配碎石基层混合料，可与第二天摊铺的混合料一起碾压，但应注意此部分混合料的含水量。当含水量较低时，应适当补充洒水，使其含水量达到规定的要求。

纵向接缝处理：纵向接缝碾压时先留20cm左右不碾压，作为下一次摊铺机行走时的控制高程面，同时接缝应搭接5cm左右，当摊铺机摊铺完整个工作面设计宽度时，再进行下个碾压面碾压。如遇特殊情况停机时，应把整个摊铺面碾压完(包括预留的20cm)，重新开始摊铺时，应先把纵向接缝处未压实松散的料铲掉，并把纵向接缝铲成垂直断面，然后适当洒水湿润接缝再进行新的摊铺、整平、碾压工作。

交接面处理：在交接面处摊铺时，先在一个面上多摊铺20cm，整平压实后，对交接面上多余的料铲掉，并把交接面铲成垂直断面，然后适当洒水湿润交接面再进行另外一个面摊铺、整平、碾压工作。

养生：每一段工作面碾压完成并用灌砂法检验压实度合格后，进行交验，同时及时进行上层透层施工。如不能连续施工上层时，设专人进行养护，同时要采取交通管制，除洒水车外，其它车辆禁止通行。

经上述施工工艺，斯里兰卡汉班托塔机场道面级配碎石基层压实度达到100％，同时CBR值达到了120％，且基层表面平整密实、无松散、无离析，完全达到美国联邦航空局《机场道面设计与评价》AC 150/5320-6E规范要求。

由于级配碎石具有微渗水性能，一方面能够在一定时间内将下渗的水不断地排出，不至于积聚在结构层的交界面上，保持级配碎石基层与其上的机场道面沥青层之间的完好连接；另一方面级配碎石也不会强渗水，因此不会导致大量的水很快下渗到路基,使路基土很快达到过饱水软化而迅速降低机场跑道承载能力。且级配碎石收缩系数极小，几乎为零，可以避免半刚性基层因收缩而引起的沥青面层反射裂缝。又级配碎石属于散粒体，本身并不传递应力和位移，因此它能消散、吸收单纯由环境因素变化，尤其是荷载、温度骤变情况下裂纹尖端的高应力及应变，完全吸收了外荷作用下裂缝尖端的应变能，消除了沥青面层裂缝扩展的可能性。另外，级配碎石具有足够的抗压、抗剪切强度，满足了作为道面承重层的要求。

2013年3月18日，斯里兰卡汉班托塔国际机场正式通航，截至今天，运营将近两年时间，跑道道面使用状况良好(如图2～3所示)，经过设计回访，没有发现早期病害的出现，达到了设计效果。相比半刚性基层，级配碎石基层为整个项目节省水泥约3万吨，节省直接工程成本1980万元。

对比例：

在试验段施工时，曾使用上述实施例中一致的混合料进行常规的含水量控制、分层压实法施工，即分层摊铺、碾压，每层碾压时混合料控制在最佳含水量。然而最终得到的级配碎石基层压实度最高仅能达到98％，难以满足美国联邦航空局《机场道面设计与评价》AC 150/5320-6E规范要求。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。