3.2.1 路面基层工程施工

3.2.1 路面基层工程施工

在路面结构中,直接位于路面面层之下的主要承重层称为基层。铺筑在基层下的次要承重层称为底基层。基层承受由面层传递的行车荷载的垂直应力作用,抵御自然因素的影响,是构成路面整体结构的主要组成部分。基层根据组成材料和使用性能的不同,可分为有结合料稳定类(有机结合料类和无机结合料类)和无结合料粒料类。

3.2.1.1 路面基层概述

1.基层、垫层的含义

(1)基层。

基层是面层的下卧层,主要承受由面层传来的车辆载荷的垂直力,并将其扩散到下面的垫层和土基中去,它是路面结构中的承重层,应具有足够的刚度和强度。虽然位于面层之下,但是仍有可能经受地下水和渗入雨水的侵蚀,所以应具有足够的水稳定性和冰冻稳定性,以及足够的抗冲刷能力。

(2)垫层。

垫层介于土基与基层之间,它的功能是改善土基的湿度和温度状况,以保证面层和基层的强度、刚度和稳定性不受土基水温状况变化造成的不良影响。另外,可以将基层传下的车辆荷载应力加以扩散,以减小土基产生的应力和变形。

2.路面基层的分类

(1)有结合料的稳定类。

①有机结合料稳定类:包括热拌沥青碎石或乳化沥青碎石混合料、沥青贯入碎石等。

②无机结合料稳定类主要包括以下几种。

a.水泥稳定类:包括水泥稳定沙砾、沙砾土、碎石土、未筛分碎石、石屑、土等,以及经加工性能稳定的钢渣、矿渣等。

b.石灰稳定类:包括石灰稳定土(石灰土)、天然沙砾土、天然碎石土,以及用石灰土稳定级配沙砾、级配碎石和矿渣等。

c.综合稳定类:石灰粉煤灰类包括石灰粉煤灰、二灰土、二灰砂、二灰碎石、二灰矿渣等;石灰粉煤灰包括水泥粉煤灰沙砾、碎石及砂等;石灰煤矿渣包括石灰煤渣、石灰煤渣土、石灰煤渣碎石、石灰煤渣沙砾等。

(2)无结合料的粒料类。

①嵌锁型:包括泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等。

②级配型:包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然沙砾、部分经轧制掺配而成的级配砾石、碎石等。

3.路面基层的作用

沥青类路面通过厚度较薄的柔性面层分布传递荷载于基层,常需铺筑较厚的基层作为承重层。当基层厚度较大时,还可视受载情况和当地材料供应情况等,分两层铺筑。

直接位于沥青面层(可以是一层、二层或三层)下用高质量材料铺筑的上层为主要承重层,称作基层;位于主要承重层下用质量较差一些的材料铺的下层为次要承重层,称作底基层。水泥混凝土路面通过厚度较厚的刚性路面板(面层)极大地扩散荷载,故分布于基层的荷载很小,水泥混凝土路面板本身就起到了承重作用。但是水泥混凝土是脆性材料,变形能力较小,抗弯拉强度仅有抗压强度的1/6或1/7左右。

因此,要求混凝土板下的基层起连续、均匀支承的弹性地基作用,使混凝土板获得可靠支撑,不脱空,从而充分发挥水泥混凝土板的承重作用。通常水泥混凝土路面基层厚度比沥青类路面基层要小得多,一般不设底基层。

3.2.1.2 半刚性基层施工

1.半刚性基层材料的概念和特点

半刚性路面基层是指在路面基层材料中掺入一定比例的石灰、水泥、粉煤灰或其他工业废渣等结合料,加水拌和形成的混合料,经摊铺压实及养护后形成的路面基层,与传统的全柔性路面基层(级配碎石、级配砾石、填隙碎石等)相比,半刚性路面基层具有较高的强度、刚度及良好的板体性、水稳性和一定的抗冻性,大大提高了路面的承载能力,因而被称为半刚性基层材料。

20世纪中叶以来,半刚性路面基层在国内外被广泛用作路面基层,特别是理化性能优越的水泥稳定粒料与石灰、粉煤灰稳定粒料(通常称为二灰稳定粒料),被广泛用作高等级道路路面的基层与底基层。因其强度大、承载能力高,对适应较薄的沥青面层,适当减薄沥青面层厚度,具有很大的现实意义与经济意义。半刚性基层材料以其强度高、原材料来源广、修建成本低等优势,成为我国道路建设中的主导路面基层类型。

但是半刚性基层材料结构单一,致使所设计的基层抗裂、抗冲刷能力不足,降低了其应用效果。

2.半刚性基层施工工艺

(1)路拌法施工(以石灰稳定土为例)。

①准备下承层。

当石灰稳定土用作基层时,要准备底基层;当石灰稳定土用作底基层时,要准备土基。对土基必须用12~15t三轮压路机或等效的碾压机械进行碾压检验。

在碾压过程中如发现土过干、表层松散,应适当洒水;如土过湿,发生“弹簧”现象,应采用挖开晾晒换土、掺石灰或水泥等措施进行处理;在槽式断面的路段,两侧路肩上每隔一定距离(如5cm~10cm)应交错开挖泄水沟(或做盲沟)。

②施工放样。

在底基层、老路面或土基上恢复中线;直线段每隔15~20m设一桩,平曲线段每隔10~15m设一桩,并在两侧路肩边缘外设指示桩;进行水平测量;在两侧指示桩上用明显标记标出水泥稳定土层边缘的设计高。

③备料。

根据灰土层的宽度、厚度及最大干密度,计算出需要干燥土的数量;再根据土的含水量和所用运料车辆的吨位,计算每车料的堆放距离和每平方米灰土需要的石灰用量,确定石灰摆放的纵横间距。

按照松铺厚度将土摊铺均匀一致,有利于机械化施工;铺土后,先用推土机大致推平,然后用平地机整平,清余补缺,保证厚度一致,表面平整。

④洒水闷料。

如果已经整平的土含水量过低,那么需要在土层上洒水闷料;需要注意的是,洒水要均匀,杜绝出现局部水分过多的现象,严禁洒水车在洒水段内停留和调头。

⑤摆放和摊铺石灰。

按计算所得的每车石灰的纵横间距,用石灰在土层上做标记,同时划出摊铺石灰的边线;用刮板将石灰均匀摊开,石灰摊铺完后,表面应没有空白位置。测量石灰的松铺厚度,根据石灰的含水量和松密度,校核石灰用量是否合适。

⑥拌和与洒水。

对于二级及二级以上道路,使用生石灰粉时,宜先用平地机将石灰翻到土层中间,但不能翻到底部;对于三、四级道路的石灰稳定细粒土和中粒土,在没有专用拌和机械的情况下,可用农用旋转耕作机与多种铧犁或平地机相配合拌和四遍;为石灰稳定级配碎石或沙砾时,应先将石灰和需添加的黏性土拌和均匀,然后均匀地摊铺在级配碎石或沙砾层上,再一起进行拌和;用石灰稳定塑性指数大的黏土时,应采用两次拌和。第一次加70%~100%预定剂量的石灰进行拌和,闷放1~2d,此后补足需用的石灰,再进行第二次拌和。

⑦整形与碾压。

混合料拌和均匀后应立即用平地机初平。

一般在直线段,由两侧向路中心刮平;在曲线段,由内侧向外侧刮平。然后,用轮胎压路机、轮胎拖拉机或平地机快速碾压。不平整的地方,用齿耙把表面5 cm耙松,必要时,用新拌的混合料找平,再进行碾压。每次整平碾压,均需按要求调整坡度和路拱。为避免出现薄层贴补,在总厚度满足要求的情况下,摊铺时宁高勿低,整平时宁刮勿补。

整平后当混合料处于最佳含水量不超过2%的范围时,进行碾压。如表面水分不足,应适当洒水。在人工摊铺和整平的情况下,应先用拖拉机、6~8t两轮压路机或轮胎轧路机碾压1~2遍,再用重型轮胎压路机、振动压路机或12t以上的三轮压路机进行碾压。碾压结束之前,用平地机终平一次,使高程、路拱和超高符合设计要求,局部低洼之处不得找补,以免出现薄层贴补现象。

⑧接缝和调头处的处理。

两个工作段之间,需要采用对接的形式进行搭接。在上一部分拌和之后,留下5~8m的距离不进行碾压工作。当进行下一路段的施工时,再与上一段没有碾压的部分共同进行拌和。需要注意的是,在实际的施工过程中,由于工作需要,拌和机械常常需要调头,但是已压成的石灰稳定土层上不允许拌和机械调头。其他拌和机械的调头位置需要采取必要的保护措施,例如,在上面覆盖10 cm左右厚的沙或者沙砾等,使得石灰稳定土层的表面不被机械破坏。

在石灰稳定土层阶段的施工过程中,需要避免纵向接缝的出现,如果必须分两幅施工,纵缝与纵缝之间不能够出现斜接的情况。

(2)厂拌法施工(以水泥稳定土为例)。

①准备工作。

向驻施工现场监理单位报送“基层开工报告单”,经同意后方可进行基层施工;土基、垫层、底层及其中埋设的各种沟、管等隐蔽构造物,必须经过自检合格,报请驻场监理单位检验,签字认可后,方可铺筑其上面的基层;各种材料进场前,应检查其规格和品质,不符合技术要求的不得进场;材料进场时,应检查其数量,并按施工平面图堆放,而且还应按规定项目对其抽样检查,其抽样检查结果,报驻场监理单位;水泥稳定土基层施工前应铺筑试验段。

②施工放样。

恢复中心线,中心线两侧按照路面设计图设计标桩,每10m设标桩,桩上划出基层设计高和基层松铺厚度。

松铺厚度=压实厚度×松铺系数

这样做的目的是使基层的高度、厚度和平整度达到标准。

③拌和与推铺。

拌和时应按混合料配合比要求准确配料,使集料级配、结合料剂量等符合设计,并根据原材料实际含水量及时调整向拌和机内的加水量。水泥稳定土混合料的含水量可高出最佳含水量1%~2%,这样可获得较好的压实效果。

拌和好的水泥稳定类混合料应尽快运到施工现场摊铺并碾压成型,以免因时间过长而使混合料强度损失过大。运输混合料的距离较长时,应用篷布等覆盖混合料以免水分损失过大。

对于二级及二级以上道路,应采用专用稳定土拌和机进行拌和,并设专人跟随拌和机,随时检查拌和深度并配合拌和机操作员调整拌和深度。拌和深度应达稳定层底并宜侵入下承层5~10mm,以利于上下层黏结,严禁在拌和层底部留有素土夹层。

对于三、四级道路,在没有专用拌和机械的情况下,可用农用旋转耕作机与多种铧犁或平地机相配合进行拌和;也可用缺口圆盘耙与多铧犁或平地机相配合,拌和水泥稳定细粒土和中粒土,应注意拌和效果,拌和时间不可过长。

④整形碾压。

在整形施工过程中,平土机是常用的施工机械。除了使用机械之外,还可以直接人工整形。

但需要注意的是,高速道路施工作业一般都使用机械进行整平;在初步整平的阶段,使用轻型的机械快速碾压路面,进而将潜在不平整的位置暴露出来,再进行整平工作也就更加方便了。

一般情况下,整形要进行1次到2次;路面局部地区可能会出现低洼现象,那么需要使用齿耙把低洼路面表层5cm耙松,再使用新拌的混合料进行找补、整平;在整形工序进行过程中,路面不能够有任何车辆通过;在整形工作完成以后,使用大于12t的三轮压路机、重型轮胎压路机或振动压路机碾压。

在碾压过程中,碾压的速度应该适中,采用由低处向高处、由近处向远处的方式进行碾压作业,直到达到需要的压实度位置。施工时,基层表面不能过于干燥,需要始终保持潮湿的状态,如果出现表层水蒸气蒸发过快的现象,那么需要施工人员及时补洒少量的水。在碾压过程中如果出现了“弹簧”“松散”“起皮”等现象,施工人员要及时将这样的路面翻开,重新进行拌和,或者采用其他有效的方式将这一问题解决,使路面的质量达到使用标准的要求。

⑤接缝处理。

横向接缝的处理方式主要包括以下几点。

使用摊铺机将混合料摊铺,混合料摊铺是持续的过程,不能被中断,如果有特殊情况造成摊铺作业中断2h以上,再施工时应该设置横向接缝,并且摊铺机要远离混合料的末端。

末端的混合料需要进行人工整平,在混合料的边缘放置两根方形的木棍,方木的高度需要与混合料压实的厚度相等,将方木附近的混合料整平;方木的另一侧用沙砾或碎石回填,回填的距离为3m左右,并且回填的高度应该高于方木几厘米;在重新进行摊铺工作之前,把方木、沙砾或者碎石全部清理,下承层也需要进行彻底清扫;此时将摊铺机放置到已压实层的尼部,重新进行混合料的摊铺工作。

如果摊铺工作因为种种原因中断,也没有按照上述方式将横向接缝进行科学的处理,并且摊铺工作被中断的时间超过了2h。此时再进行摊铺工作时,需要把摊铺机附近以及机械底部没有完全被压实的混合料清理掉,并将已碾压密实且高程和平整度符合要求的末端挖成一横向垂直向下的断面,这一工作完成之后,才可以进行后续的摊铺工作。

纵向接缝处理方法主要包括以下几点。

在施工过程中,应该尽量避免出现纵向接缝,如果由于某些原因,必须要产生纵向接缝,那么纵向接缝必须是垂直的,并且采用以下措施进行科学的处理。

在上一幅摊铺作业过程中,在后面一幅的一侧施工钢模板或者方木作为支撑,这时使用的钢模板或者方木的厚度应该等同于路面压实的厚度;在道路养护完成之后,在摊铺另一幅路面之前,先将钢模板或者方木拆除。

⑥养护及交通管制。

养护期应采取洒水保湿措施,在铺筑上层之前,至少养护7d,养护方法根据情况可采用洒水、覆盖沙等方法。未采用覆盖措施时,应封闭交通。采用覆盖沙或喷洒沥青膜养护,不能封闭交通时,应限制车速不得超过30km/h。养护期结束,应立即对上层进行施工,以免产生收缩裂缝;或先铺封层,开放交通,待基层充分开裂后,再对上层进行施工,以减少反射裂缝。

3.2.1.3 粒料类基层施工

1.级配碎(砾)石

(1)准备下承层。

级配碎石路拌法施工的下承层表面应保持平整,具有规定的路拱,平整度和压实度应符合规范规定。需要注意的是,下承层断面不宜做成槽式。

(2)测量放样。

按照规范的具体规定逐个断面检查下承层的标高。

(3)备料。

计算材料用量,根据各路段的基层或底层的宽度、厚度及规定的压实干密度并按确定的配合比,分别计算各段需要的未筛分碎石和石屑的数量或不同粒级碎石和石屑的数量,并计算每车料的堆放距离。

未筛分碎石的含水量较最佳含水量宜大1%左右。未筛分碎石和石屑可按预定比例在料场混合,同时,洒水加湿,使混合料的含水量超过最佳含水量约1%。

(4)运输与摊铺。

集料装车时,应控制每车料的数量基本相等。在同一料场供料的路段内,宜由远到近卸置集料。卸料距离应严格掌握,避免料不够或过多。未筛分碎石和石屑分别运送时,应先运送碎石。

应事先通过试验确定集料的松铺系数并确定松铺厚度。人工摊铺混合料时,其松铺系数为1.40~1.50;平地机摊铺混合料时,其松铺系数为1.25~1.35。用平地机或其他合适的机具将料均匀地摊铺在预定的宽度上,表面应力求平整,并具有规定的路拱。同时,应摊铺路肩用料。

(5)拌和及成型。

施工时根据拟定的混合料配合比、基层宽度与厚度及预定达到的干密度等计算确定各规格集料的用量,以先粗后细的顺序将集料分层平铺在下承层上,然后用人工或平地机进行摊平;级配碎(砾)石混合料可用稳定土拌和机、自动平地机、多铧犁与缺口圆盘耙相配合拌和,拌和应均匀,避免出现集料离析现象,确保级配碎(砾)石基层具有良好的整体强度。应边拌和边洒水,使混合料达到最佳含水量。表面整理成规定的路拱横坡,随后用拖拉机、平地机或轮胎压路机在初平的混合料上快速碾压1~2遍,使潜在的不平整部位暴露出来,再用平地机整平。

(6)碾压。

整形后,当混合料的含水量等于或略大于最佳含水量时,轮压路机、振动压路机或轮胎压路机进行碾压。直线和不设超高的平曲线段,由两侧路肩开始向路中心碾压,在设超高的平曲线段,由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。

碾压时,后轮应重叠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,即为一遍,碾压一直进行到符合要求的密实度为止。一般需碾压6~8遍,应使表面无明显轮迹。压路机的碾压速度,头两遍以采用1.5~1.7km/h为宜,以后用2.0~2.5km/h。路面的两侧应多压2~3遍。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车。凡含土的级配碎石层,都应进行滚浆碾压,一直压到碎石层中无多余细土泛到表面为止,滚到表面的浆(或事后变干的薄土层)应清除干净。

(7)接缝处理。

位于两个作业段之间衔接处的横缝,需要进行搭接拌和;在施工过程中,应该尽量避免纵缝的出现,如果实在难以避免纵缝,那么纵缝也需要进行搭接拌和。

2.填隙碎石基层施工

填隙碎石基层施工的顺序为:准备下承层,施工放样,运输和摊铺粗骨料,稳压,撒布石屑;振动压实;第二次撒布石屑,振动压实,局部补撒石屑并扫匀,振动压实,填满空隙洒水饱和(湿法)或洒少量水(干法),碾压。其中,运输和摊铺粗骨料及振动压实是确保施工质量的关键。

填隙碎石施工时,细集料应干燥;采用振动压路机充分碾压,尽量使粗碎石骨料的空隙被细集料填充密实,而填隙料又不覆盖粗碎石表面自成一层,粗碎石应“露头”。

填隙碎石的压实度用固体体积率来表示,用作基层时,不应小于83%;用作底基层时,不应小于85%。填隙碎石基层碾压完毕,铺封层前禁止开放交通。