發布時間:2023-01-30 17:34:04
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高速公路路基路面受到水體擾動、雨水侵蝕等會產生變形、位移、裂縫等質量病害,嚴重威脅高速公路通行安全性、舒適度與平穩性。因此需要高度重視高速公路路基路面排水施工,提升高速公路工程社會效益。基于此,本文簡要分析影響高速公路路基路面排水施工的因素,重點從路基、路面兩個方面探究高速公路路基路面排水施工技術應用方式,以供參考。高速公路是我國交通運輸網絡的核心組成部分之一,承擔著為公眾提供安全、穩定交通出行服務的重要責任,對區域經濟發展、貨物運輸具有重要意義。由于高速公路所處氣候環境復雜多變、長時間暴露在空氣與雨水之中,因此,其路堤、路面會受到水體擾動與雨水沖刷侵蝕,如果高速公路路基路面材料固結性不足、施工質量不達標,輕則會導致路面積水、降低路面抗滑性能、為車輛通行埋下安全隱患;重則會降低高速公路結構的整體性、穩固性及耐久性,誘發跳車等安全事故。為此有必要把握影響高速公路路基路面排水效果的因素,持續優化路基路面排水施工工藝,提升排水施工技術水平,以此為高速公路運行使用提供質量及安全保障。
一、影響高速公路路基路面排水施工的因素
高速公路所暴露的自然環境較為復雜多變,外界氣候條件、地質條件等都會對路基路面排水效果及施工質量產生影響。(1)地質條件因素,主要包括風化、裂痕及巖層分布等,如果高速公路路段地質環境較差、地層承載力偏低,極有可能在水體擾動及雨水侵蝕的情況下誘發滑坡、路堤坍塌等事故,威脅現場施工人員的生命安全。為此應高度重視高速公路路基路面排水施工的安全防護,采取適宜的護坡、加固等措施為現場施工人員提供安全、穩定的施工環境;(2)地理環境因素。地理環境主要包括高速公路工程所在地周邊河流、池塘及地下水活動等,其中地下水一般存儲在地下不透水層中,如果與高速公路路基路面距離較近、層間水沿縫隙流入路基隔水層,便會降低路基穩定性與固結性。為此在路基路面排水施工中需綜合考慮上層水、層間水及地下水,采取有效措施避免路基路面受水體擾動;(3)氣候因素,主要包括降雨量、降雨頻率等,如果高速公路排水設施不完善便會導致雨水積聚,滲透至路基內部的雨水會降低高速公路性能。為此需要結合當地氣候條件選擇排水措施,保證高速公路路基穩定性、路面平整度及抗滑性能。
二、高速公路路基排水施工技術
1.路基截水溝與邊溝施工技術截水溝及邊溝是高速公路路基排水施工中常用的工程措施。其中截水溝一般位于山坡路堤上方或挖方路基邊坡頂部,可以截斷自上坡流向下坡的水流,降低水流對路基的擾動程度,進而提升高速公路路基穩定性。在截水溝施工前需要對工程所在地地質條件、水文環境等進行全面細致的勘察,了解影響截水效果的關鍵性因素,科學確定截水溝位置,如果高速公路所在地地質條件較好,將截水溝與高速公路主體結構間的距離控制在8m以上。如果工程位于黃土區,截水溝間距以12m以上為宜。在高速公路挖方段的高邊坡位置應修建平臺截水溝,能夠截斷坡面水流,防止坡面積水流向高速公路。高速公路路基排水施工中,邊溝施工一般采用分階段泄水孔施工工藝,可以提升邊溝排水效果,避免降雨量較大情況下雨水沖刷邊溝損壞其主體結構。邊溝具有多種形式,如梯形、三角形、平曲線結構等,不同邊溝形式對于施工方法、施工技術有著不同標準:(1)梯形結構邊溝施工需要將相鄰泄水孔間距控制在400m范圍之內;(2)三角形結構邊溝施工中,泄水孔間距以不超過250m為宜;(3)平曲線結構邊溝施工中需把控好曲線連接質量,防止出現積水外滲情況。2.路基跌水急流槽與排水溝施工技術在高速公路路基排水施工中,跌水急流槽與排水溝可以提升路基排水效果,且具有材料易獲取、施工操作便捷、成本價格低廉等顯著優勢。路基跌水急流槽施工前需要全面了解高速公路所在地形、地質條件,科學、合理地利用現場施工材料,以有效降低施工成本。同時,如果高速公路路段地形陡峭、地質環境復雜,建議選擇臺階式跌水急流槽結構,首先,在溝槽底部鋪設10cm厚度混凝土作為墊層以提升地基強度與承載力;其次,混凝土澆筑成型且強度達到設計標準后鋪設土工布形成隔水層,并在此基礎上鋪設孔隙塑料管;最后,回填粒徑為2~4cm的砂石料,夯實處理并找平至設計標高。如果跌水急流槽位于路基邊溝下方,需要保持路基縱坡高度與邊溝高度持平,以此保證水流順利進入邊溝。在修筑排水溝溝身前,需按照設計要求、國家相關技術規范等確定材料級配、配合比與外加劑用量,借助攪拌機械設備將材料混合均勻,并嚴格控制攪拌時間、攪拌速度。同時,當以片石作為溝身構筑材料時,需要選擇無風化且堅硬的石料,清除石料表面浮渣及殘留雜質,進而通過控制石料質量提升溝身堅固性。此外,可采用座漿施工工藝修筑溝身,具體方法為:首先采用砂漿灌注溝身。其次,將片石砌筑在溝身上,盡量縮小片石與片石之間的間隙。最后,使用剩余砂漿填充片石間縫隙,并對溝身進行養護,保證養護周期不低于7d。3.路基地下水排水施工技術由上文論述可知,地下水是影響高速公路路基排水效果及施工質量的關鍵因素之一。在高速公路路基排水施工中一般采用明溝、暗溝施工技術降低地下水活動對路基的擾動程度,避免地下水沖刷侵蝕導致路基失穩或變形位移。明溝施工前需勘察土質條件,如果土質情況較好、地下水位處于溝槽標高之下、明溝開挖深度能夠滿足設計要求則可以不設置支護結構,反之則需要加強施工安全防護,避免路基塌陷誘發嚴重安全事故。暗溝施工一般采用混凝土澆筑施工工藝,首先對溝渠進行加固處理,避免水體擾動情況下溝渠內部出現管涌、坍塌等質量病害。其次,把控好溝渠內壁滲水孔位置,一般位于暗溝溝渠內壁與含水層接觸的位置,可以使高速公路路基內部的積水快速排到暗溝中,進而提升高速公路路基穩定性。明溝與暗溝施工適用條件不同,相對于明溝施工而言暗溝施工難度較高但美觀性較好,明溝施工操作簡單但有可能影響高速公路外觀,在實際應用中需結合高速公路所在位置、路基排水需求等予以科學選擇。4.路基滲溝排水施工技術路基滲溝排水主要以滲流的形式匯集水流,再將其就近排出路基之外,能夠避免滲水沖刷坡面或滲入到路基范圍內。路基滲溝排水施工中開挖深度較大,需要避免觸及邊坡以導致邊坡塌方。當坡度超過5%時適宜將基地作成階梯形。同時,當土方挖至設計標高之上300mm時,以人工方式達到設計標準,并且在基地安裝混凝土預制塊,鋪設好瀝青防水層,以此避免滲水沿著混凝土預制塊間的縫隙深入到路基范圍內,影響路基的穩定性與安全性。此外,當混凝土底座施工完成后,需要在滲水面鋪設土工合成材料,材料間的搭接距離不宜低于10cm,并且要保證波紋管之間緊密銜接,調整好波紋管的轉彎角度,以此防止波紋管損壞或淤塞。最后要填碼碎礫石作為透水層,厚度以3~5cm為宜,在透水層上部鋪設粒徑較小的碎石作為反濾層,并鋪設、壓實中粗砂,厚度約為50cm,作為路基滲溝的封閉層。
三、高速公路路面排水施工技術
1.路面表層排水施工技術高速公路路面表層排水施工技術主要包括排水孔與攔水帶兩種類型。其中排水孔施工需綜合考慮單位時間內水流量及水流速度,路面表層排水效果需求,在此基礎上確定排水孔孔徑及布置形式。通常情況下路面表層排水孔以喇叭形狀為主,外徑大于內徑,可以保證水流流動的通暢與迅速。除此之外,在設置排水口、排水孔的同時需要配合橫向排水設施,把握好排水孔、排水設施之間的間距,進而降低路面雨水徑流、避免路面積水,保證車輛通行的安全性。高速公路路面表層攔水帶施工可對雨水起到攔截作用,在實際施工中需要保證攔水帶頂部超過路面表層最大積水深度,如果高速公路設置防護欄,攔水帶頂部標高以15cm為宜。攔水帶施工以混凝土為主要材料,需要保證混凝土材料與路面材料間的密封性,尤其要重視接縫處理,避免雨水沿接縫滲透至路面內部。除排水孔、攔水帶之外,高速公路路面表層排水還需要依靠路肩、路面橫坡。因此,應結合實際情況設置暗溝、流水槽,借助路拱及水體的自行漫流作用將路面表層積水排入排水設施中。2.路面內部排水施工技術高速公路路面內部排水施工一般采用填方砌體、植草植土技術。其一,在路面內部、路肩底部填充厚度約為3cm的土層、砂墊層,利用填充土體的滲水性排除路面內部積水,再配合排水孔、排水渠等避免雨水沖刷損壞路面結構;其二,栽種具有防水固結效果的植物或填充土體形成防護段,在路面與路堤接觸位置鋪設土工布輔助排水,可以有效提升路面內部排水效果,防止雨水侵蝕路面,進而延長路面使用壽命,降低路面病害發生概率。3.路面排水結構銜接部位的施工技術在高速公路路基路面排水施工中,路面排水結構間銜接部分的科學處理尤為重要。其一為橫向排水管與邊溝間的銜接,需要在邊溝墻體上預留好孔洞,將橫向排水管由邊溝引入集水區,保證橫向排水管與邊溝間無縫隙。其二為邊溝與縱向排水溝間的銜接。因邊溝開挖深度較大,當坡度較小時有可能導致盲溝排水不暢,所以要適度加大邊溝的長度,在邊溝底部的位置與縱向排水溝相互銜接,以此保證排水通常。其三為橫向排水溝與滲溝的銜接。需要將中分帶的滲水軟管插入到橫向排水溝中,保證排水過程暢通無阻,以此提升路面排水效果。4.路面結構排水施工技術路面結構排水是指在路面結構設計與施工階段便充分考慮道路排水需求,通過路面結構的優化,路面坡度及層次參數的調整以提升路面排水效果,有效避免路面積水或下滲至路基范圍。首先,需要根據施工圖及設計文件確定好路拱的橫坡度,一般以1.5%為宜。當路面結構不穩定時,需要將路拱橫坡度擴大到2%或2.5%。其次,要在路面面層下設排水基層,其厚度一般為10~15cm,應當根據實際情況及排水需求確定好排水基層的材料集配,控制好材料之間的空隙率,一般不應低于20%。再次,為阻滯路面積水滲透至路基范圍內,需要對路基結構表面進行處理,如鋪設無紡土工布、瀝青混凝土薄層等。最后,為排出路面結構層層間積水,需要設置間距在20~40cm范圍內的縱向排水管,并使其與邊坡泄水槽連接。同時要在路面集水溝處設置反濾層,進一步提升路面的排水效果,降低安全事故的發生概率。
四、結語
高速公路路基路面施工中,影響其排水效果與施工質量的因素主要包括地質因素、地理因素與氣候因素。尤其是在自然環境、地形地貌復雜多變的路段,路基路面在水體沖刷、雨水侵蝕的情況下會產生較為嚴重的病害,并威脅公路通行的安全性、穩定性。當前高速公路路基路面排水施工中常用的技術包括截水溝及邊溝施工技術、跌水急流槽排水溝技術、路基地下水排水技術、路基滲溝排水施工技術、路面表層及內部排水技術、路面排水結構銜接部位施工技術、路面結構排水施工技術。在實際應用中需要結合地質勘察資料、路基路面排水施工要求、排水施工技術規范等予以科學、合理地選擇,并采用綜合性排水施工技術措施、工程措施、綠化措施等提升排水效果,為高速公路正常通行、安全使用提供堅實、有力的保障。
作者:崔建奇 單位:山西路橋第四工程公司
路面排水技術篇2
1水對路基路面結構的影響
水是影響路基路面結構穩定性的主要因素。依據水的不同來源,可將水分為地下水、地面水兩種[1]。其中,地面水會反復不斷地對路基產生沖刷,進而導致路基穩定性下降,出現水毀;水滲入路基內的土層,含水量高的土層強度會逐漸下降,也會出現水毀。地下水包括滯留水、潛水等,這類水對路基路面結構的損壞程度因條件不同而各異,輕者導致路基軟化、強度下降,重者會導致路基坍塌、凍脹,甚至出現路基傾斜現象。
1.1水影響路基穩定性水對地下土層及路基穩定性的影響表現為滲入及所產生的一系列作用,這種作用既有原始的,也有繼發的。水滲入土層會導致土的濕度發生改變,水的應力狀態進而發生改變,因水的浸濕,公路各結構層的穩定性會受到影響,進而導致地基土的強度下降,隨之會出現濕陷、滑坡、凍脹、鹽漬等現象。
1.2水影響路基強度滲入路基路面的水包含多種狀態,如氣態水、附著水、毛細水等,但無論是哪種形式的水,只要它們存在,就會導致路基路面各結構層的力學性質發生改變。由于受到水氣壓、重力壓的作用,使得水汽在路基路面結構層的空隙介質中流動,但在粒狀材料中水主要因為重力壓而流動,因此,從工程實用的角度來說,不考慮其他水形式的影響,僅考慮重力水,符合流體力學滲流原理,可應用達西定律公式(1)來分析路基路面的排水事件。V=K·i(1)式(1)中:V表示水的滲透速度(cm/s);K表示材料滲透系數(cm/s);i表示水力梯度,通過兩點間水頭損失和兩點距離之間的比值進行計算。滲入路面結構的重力水,通常會自高向低、自上而下,順著路基及其路肩排出,但路基基層的滲透性一般較差,排水所需時間長。研究發現,滲透系數不超過10~5cm/s時,排出0.1m3的重力水,所需的時間超過24h,滲透系數不足10~7cm/s時,排出0.1m3的重力水,所需的時間超過10天。在這一過程中,水會長時間停留在路基路面結構內部,如此便容易導致多種損壞。第一,水滲入瀝青結構后,會逐漸消除瀝青與碎石的黏結性,加之長時間受到行車作用力的影響,會出現瀝青膜剝落、路基路面強度下降的問題[2]。第二,滯留于瀝青上層結構空隙中的水,會受到行車荷載的反復擠壓,這便相當于真空抽吸作用,在高空隙水壓的作用下,瀝青層便極易出現剝落、松散等現象,進而導致路面出現坑洼。第三,降雨時段,自由水會滲入并滯留于路面的表層、中間層之間,在較為薄弱的中間層,在大負荷行駛的汽車作用下,很容易導致瀝青碎石剝落,造成路面網裂、下沉等。第四,當自由水滯留于基層頂面時,在長時間行車負荷的作用下,會形成高壓水流,并反復沖刷基層細料,導致細料漿被擠壓,進而導致裂縫處出現唧漿,長此以往,瀝青受力狀況發生改變,導致路面出現下沉、斷裂等病害。
2路基路面水損害原因
路基路面排水系統的作用是將影響路基路面穩定性的地面水、地下水及時排出,同時降低地下水水位,以此營造一個干燥、穩定、堅實的路基路面環境。因此,合理設置排水系統,是確保路基路面穩定性、保證公路使用質量的關鍵,保證路基路面具有良好的排水性能,是確保路基路面結構穩定的重要前提。但由于路線范圍的排水問題通常隱匿于路面之下,如果不是出現大范圍的路基失穩現象,這類問題一般難以被及時發現,且這類問題在山區高速公路地段更為突出,這也說明在相關工程的設計、施工及養護中,很多單位對排水問題的重視度不足。根據實踐及相關調查,路基路面水損害原因主要包括以下幾個方面:首先,現場勘測疏漏,忽略了當地的水文地質,尤其是山區高速公路地段,存在大量地下水的挖方地段,地下水量足,裂縫處被水位抬升,環境溫度下降后,很容易產生聚冰現象,晝夜溫差大的情況下,聚冰反復凍融,會進一步加劇路基路面的破壞程度和破壞范圍,導致路面結構的整體性被破壞。其次,在實際的路基排水層、隔水層施工過程中,因路床頂面“人”字排水通道施工控制不力,導致引、排水堵塞,阻礙地下水外引,造成排出障礙;或因外部縱向透水管受損嚴重,極大地影響滲溝的引水作用,導致地下水大量蓄積,進而在地下水損害的直接或間接作用下,使路基出現坍塌、下沉等病害,嚴重影響公路的正常使用。再次,排水系統設計理論脫離實際。排水系統的設計需要結合施工地段的水文環境、實際水流量等情況綜合設計,在山區高速公路排水系統的設計上,更要全面考慮這些因素[3]。并且,排水系統是一項系統性工程,各排水設施都不是獨立的,而是緊密聯系的,在設計過程中需要綜合考慮,如此才能設計出科學的排水系統。但在實際的排水系統設計過程中,存在一定的問題,有些設計人員特別注重理論,未能很好地結合當地的實際情況進行設計,導致匯水面積計算不精確;有些設計人員根據既有經驗進行設計,忽略了對設計結果的演算,這容易導致大面積的設計浪費,使得排水系統不能充分發揮自身的引水外排作用,難以滿足實際的排水需求;除此之外,還有些設計人員對施工地段的水文環境情況考慮不周,照搬硬套已有設計方案,導致排水系統難以適應當地環境,完全達不到預期的排水效果。上述問題的存在,很容易導致山區高速公路路基路面受到水損害。最后,忽略養護。調查顯示,很多地區的相關單位重點關注高速公路的施工質量,一定程度上忽略了后續的養護管理工作,對路基路面排水系統的重要性認識程度不足,使得養護管理工作落實不到位,排水系統出現故障的頻率較高,這種現象在山區高速公路地段更為明顯。此外,排水設施不完善,遇到大量降雨,也可能引發路基路面水毀現象。
3路基路面排水施工技術
3.1邊溝施工技術邊溝是高速公路排水系統的重要組成部分。邊溝一般指路基邊緣的排水溝,主要用于引出和排出路面上的少許地表水。山區高速公路一般為土質邊坡,在開展邊溝施工時,應做好土體坍塌防護,防止坍塌土掉入邊溝,可以考慮在邊溝設置碎落臺,于碎落臺、土路間設置縱向流水槽,用少許草皮或其他灌木進行覆蓋,此舉在防止異物掉落堵塞的同時,能夠有效防止雨水沖刷[4]。此外,為保證及時排水,可采用梯形斷面邊溝形式,合理設計坡度,并在邊溝上方設置帶孔的蓋板,以保證行車安全。
3.2截水溝施工技術在降水量充足的山區地段,尤其是在路塹邊坡坡頂外側200cm的地方,應設計截水溝,用于收集山坡匯水[5]。一般采用梯形截水溝,根據山區地段的實際降水量確定截水溝面積。如果該地段有一定的廢土存放,在截水溝邊緣、土樁間應留有一定的距離,以防廢土坍塌而造成排水系統堵塞,更好地保證高速公路路基路面的排水施工效果。結合相關經驗,土樁腳與路基斜坡頂之間的距離需要超過10m,并于土堆上方設置超過2%的傾斜角,便于將雨水順利引入橫坡。截水溝長度一般在0.3~0.5km,若長度大于0.5km,應適當增設排水口,方便排水井排水。為防止公路被雨水反復沖刷,建議采用高滲透率的材質,同時加強溝渠的堅固性,防止其受雨水侵蝕。此外,在現場施工期間,要做好實地勘測工作,在順坡處做好截水溝、邊溝的有效銜接。
3.3排水溝施工技術地下水位超高時,應采用排水溝施工技術,保證排水通暢。排水溝主要用于排出地表水,天氣寒冷時,排水溝則會失去地下水排出的作用。若采用混凝土進行排水溝施工,需要在含水量高的地方設置相應的滲水孔,并做好溝壁接觸,對于溝壁的外側,可考慮應用土木合成材料設置反濾層,同時每間隔一段距離應設置相關的沉降縫隙;排水溝應盡量采用線性形狀,盡可能采用弧形設計,實際施工過程中,需保持4m以上的路基坡腳距離,如果排水溝的距離太長,應考慮分開設計,同時進行砌筑,并根據實際情況設計適宜高度的臺階。
3.4急流槽施工技術有別于公路路面其他部位的材料,急流槽部位的施工材料較為特殊,連接處極可能存在裂縫[6]。以往,常采用建筑砂漿對急流槽連接處進行填充,但填充效果不佳,使用壽命短。而目前多采用非剛性修補手段,修復后一般不會有裂紋,使用壽命長。具體施工方法如下:將卷材剪成條狀,塞入裂縫處,而后在裂縫處填充未乳化的瀝青。實踐表明,采用這種連接方式,使用3~4年后,急流槽連接處不會出現滲透裂縫。在急流槽施工中,應注意在急流槽出入口、主槽段連接過渡區域采取相關措施,如設置消力坎等,以減少水槽流量,并盡可能采用粗糙的槽體,以降低水的流速。
3.5地下排水設施施工技術常見的地下排水設施包括:暗溝、滲溝、滲井等。其中,暗溝主要是引導路基范圍內泉水,需要根據地下排水需求合理設置,常采用砌石蓋板結構作為斷面,板頂填土大于等于0.5m;滲溝主要用于匯集地下水,并將其排出范圍外,降低地下水位,由碎石、反濾層、封閉層組成,根據地下水位分布情況,設置于邊溝、路肩等位置,走向與地下水流相反;滲井屬于立式地下排水結構,當路基上部含水量低、排水量小時,難以設置平式滲溝,此時采用滲井,一般口徑為50~60cm,距離路基坡腳超過10m。
4公路路基路面排水施工改進建議
結合已有施工經驗,通過施工設計資料統計,針對山區高速公路提出相關的路基路面排水施工改進建議。由于急流槽內水流較大,混凝土或漿砌片石材質的急流槽長期暴露于自然環境中,容易降低耐久性,出現材料脫落現象,可考慮采用塑料波紋管材料,提高耐久力,防止脫落,避免急流槽內堵塞。此外,塑料波紋管的強度高,有很好的抗沖擊力,防滲透效果好,在外界負荷的作用下,也不易變形,且內部結構為圓形,能夠較好地保持水的流動性,且該材料施工方便,銜接方便、穩固,能夠有效防止進出口被沖刷破壞。
5結語
近年來,我國高速公路網覆蓋面不斷擴大,山區高速公路里程逐年增長,行車量也逐年遞增,這在一定程度上加劇了山區高速公路路基路面水損害問題。基于此,本文從水對路基路面結構的影響入手,分析水對路基路面穩定性和強度的影響,探究路基路面水損害原因,以此說明路基路面排水設計的重要意義,分析高速公路邊溝、截水溝、排水溝、急流槽、地下排水設施施工技術,為更高效地排除高速公路地下、地表水,保證高速公路的安全、穩定通行。
作者:李芳宇 單位:江西省天馳高速科技發展有限公司
路面排水技術篇3
在長期使用過程中,瀝青路面受到溫度變化和雨水滲透的作用,易產生裂縫、沉陷、坑洞等病害,縮短路面使用壽命。為減輕瀝青路面水損壞程度,可以采用剛性排水基層替代傳統的水泥碎石穩定基層,借助多孔混凝土的骨架空隙結構,達到快速排出滲水的目的,使滲水從底基層與基層之間的封層順利流出,從而提高基層的排水能力,減輕路面積水對面層結構的破壞,延長公路路面使用壽命。
1工程概況
某二級公路工程位于高溫多雨地區,原路面結構為瀝青混凝土路面+水泥穩定基層,路面寬7.0m,土路肩寬1.0~2.5m。公路投入使用多年,隨著交通量的增大,路面產生了網裂、沉陷、龜裂、翻漿、橫縱裂縫等不同嚴重程度的病害。在公路養護工程中,本工程選取K104-K105路段作為瀝青路面剛性排水基層施工試驗路段,制定全寬式排水基層施工方案,進行多孔混凝土排水基層施工。
2瀝青路面剛性排水基層施工關鍵技術
2.1多孔混凝土配合比設計
在試驗路段剛性排水基層施工中,多孔混凝土性能是影響基層施工質量的關鍵要素,為此需在施工前合理確定多孔混凝土配合比,保證基層施工材料質量。配合比設計流程為:選擇原材料→確定級配→確定水灰比、目標空隙率、集料用量、單位水泥用量、水用量→試制多孔混凝土→評定拌和物稠度→振動成型→測定抗壓強度、空隙率→確定配合比[1]。
2.1.1選擇原材料(1)水泥。試驗路段基層施工采用42.5級普通硅酸鹽水泥,試驗檢測水泥各項技術指標,檢測結果如下:水泥初凝時間為250min,終凝時間為340min,細度為338m2/kg,3d抗折強度為6.4MPa,3d抗壓強度為28.5MPa,28d抗折強度為9.3MPa,28d抗壓強度為46.7MPa。(2)粗集料。多孔混凝土材料要具備較強的黏結力,形成穩定的骨架空隙結構,所以在選擇粗集料時不允許材料中含有風化物、有機質等質地軟弱的雜質。試驗路段基層施工選取的粗集料性能檢測結果如下:堆積密度為1.6g/cm3,含泥量為4%,針片狀含量為6%,壓碎值為99%。(3)細集料。多孔混凝土材料中的水泥用量小,對細集料的性能指標要求較高,以保證混合料具備良好的和易性。試驗路段基層施工選用機制砂作為細集料,在細集料中摻入少量粉煤灰,改善集料級配[2]。(4)水。多孔混凝土拌和中需用大量的水,以滿足混合料壓實質量的要求。試驗路段將飲用水作為多孔混凝土拌和用水。
2.1.2確定級配對試驗路段集料進行試驗篩分,確定采用的多孔混凝土集料級配為9.5~19mm碎石、4.75~13.2mm碎石和砂,當篩孔尺寸分別為26.5mm、19mm、16mm、13.2mm、9.5mm、4.75mm、2.36mm時,集料通過率的實測值分別為100%、98.9%、94.9%、86.6%、35.8%、4.2%、3.0%,符合設計要求。
2.1.3確定性能指標(1)目標空隙率取23%,集料緊密堆積密度為1673kg/m3,表觀密度為2695kg/m3,水密度為1000kg/m3,水泥表觀密度為3008kg/m3;根據集料緊密堆積密度和折減系數,計算出單位體積多孔混凝土集料用量,計算結果為1640kg/m3。(2)當水灰比分別取為0.33、0.36、0.39、0.42、0.45時,對應的單位體積多孔混凝土中水泥用量分別為243.78kg/m3、233.2kg/m3、223.5kg/m3、215.9kg/m3、205.7kg/m3,水的用量分別為79.8kg/m3、82.7kg/m3、86.7kg/m3、90.1kg/m3、92.9kg/m3。
2.1.4評定拌和物稠度不同水灰比條件下,試拌多孔混凝土,對五個試件的稠度進行評價,具體如下:當水灰比取0.33時,混凝土拌和物呈分散狀,干澀;當水灰比取0.36、0.39時,混凝土拌和物的整體性較好,有光澤;當水灰比取0.42時,混凝土拌和物的漿體較多,有明顯光澤;當水灰比取0.45時,混凝土拌和物崩塌。
2.1.5確定配合比根據拌和物稠度評價結果,確定水灰比為0.36、0.39時的拌和物質量符合施工要求。在此基礎上,取水灰比0.36、0.37、0.38、0.39,再次評價拌和物狀態,根據評價結果可知,當水灰比取0.38時的拌和物整體性最好,7d抗壓強度為4.5MPa,空隙率為24%。
2.2施工關鍵技術
多孔混凝土排水基層施工工藝流程為:施工準備→施工放樣→瀝青封層施工→混合料拌和→混合料運輸→混合料攤鋪→混合料整平→混合料碾壓→養生→切縫[3]。
2.2.1施工準備(2)在施工前準備齊全施工機械設備,做好機械設備調試、保養工作,確保施工機械設備處于良好的技術狀態;檢查高精度檢測儀器的技術性能狀況,提前配備必要的易損部件,以備在檢測儀器部件發生損壞時更換使用。(1)配置1套混合料拌和樓,要求拌和樓的生產能力與攤鋪施工進度相匹配;配置1臺多功能攤鋪機,1臺14t振動壓路機,1臺18t壓路機,1臺切縫機,5輛自卸汽車,1輛灑水車。
2.2.2施工放樣根據施工圖紙放樣確定基層鋪筑范圍,在路段邊緣處打入中樁、邊樁,做好標記;測量基層鋪筑高程,布設高程控制樁。
2.2.3瀝青封層施工(1)本工程在底基層與排水基層之間鋪設隔水層,隔水層材料為熱瀝青稀漿,將隔水層作為多孔混凝土基層滲入水的排水面封層,避免滲水繼續下滲到底基層中[4]。(2)試驗路段的瀝青封層施工采用瀝青灑布車噴灑熱瀝青,噴灑前打掃干凈基層表面,保證基層表面無雜物;待熱瀝青噴灑后撒鋪石屑,撒鋪厚度為5mm,用掃帚掃平石屑表面。
2.2.4混合料拌和(1)根據確定的水灰比試拌多孔混凝土,試料的整體性較好,表面有光澤,在粗集料表層形成穩定的膠結層,符合剛性排水基層施工對多孔混凝土的質量要求。(2)試驗路段混合料拌和采用集中拌和法,控制水泥用量、集料用量和水灰比;拌和時長為90s,比普通混合料拌和時間長1.5倍左右;利用拌和樓的自動化控制系統,精確控制水泥、集料、水的用量和投放時間,保證混合料質量。(3)多孔混凝土排水基層與普通基層結構相比,其水分散失較快、空隙率較大,所以混合料拌和中適當提高實際用水量,比設計值高出2%左右。(4)當白天氣溫高達30℃以上時,為保證混合料的拌和質量,減少水分蒸發量,要將白天的混合料拌和任務改為溫度較低的夜間拌和[5]。
2.2.5混合料運輸(1)混合料拌和后卸入自卸汽車的車廂內進行運輸,合理規劃運輸路線,運距控制在10km范圍內,保證混合料自出廠到碾壓成型的用時不超過2h。(2)在自卸汽車車廂上嚴密覆蓋土工布,減少混合料的水分散失;當運輸時間較長時,可以在混合料拌和時加入適量緩凝劑;自卸車輛要勻速平穩行駛,路途中不能停留過長時間。
2.2.6混合料攤鋪整平(1)在攤鋪前灑水潤濕底基層,將混合料均勻攤鋪到指定位置,松鋪系數為1.2;攤鋪過程中檢查基層平整度,攤鋪后按照米字形整平基層[6]。在攤鋪過程中,派專人現場指揮運料車卸料。(2)攤鋪作業后在基層上覆蓋塑料薄膜,防止因氣溫、風速等環境因素造成水分蒸發過快。覆蓋薄膜后,當需要碾壓此作業段時,再將薄膜掀開碾壓,碾壓后繼續覆蓋薄膜。
2.2.7混合料碾壓(1)使用噸位偏小的壓路機,采用小幅振動方式壓實混合料,具體施工方案為:采用18t光輪壓路機碾壓1遍,再用振動壓路機靜壓1遍,消除碾壓輪跡;碾壓作業順序為由邊側向中心碾壓。(2)碾壓施工中,不允許壓路機在基層上急剎車、調頭操作,以免破壞基層結構的穩定性。
2.2.8養生(1)在碾壓施工后,檢驗基層標高、厚度、壓實度、平整度是否達到質量驗收要求,質量驗收合格后覆蓋塑料薄膜,進入養生階段;在養生期間定時灑水,每間隔4h灑水1次,養生7d以上。(2)在路面塑料薄膜上方撒上細土,以避免薄膜被風吹走;養生期間跟蹤檢查薄膜完好情況,及時修補破裂的薄膜;養生期間,禁止一切車輛通行,避免雜物堵塞排水空隙[7]。
2.2.9切縫養生后,在多孔混凝土排水基層每間隔15m處設置1道切縫,切縫時不能損壞邊角,控制切縫深度,并用土工布處理切縫處。
2.3層間處治技術
2.3.1基層與底基層之間的處治技術(1)試驗路段的底基層采用密級配水泥穩定集料底基層,采用透水性好、抗沖刷能力強的集料;密級配水泥穩定集料底基層能夠使滲下來的水沿著底基層表面向道路兩側排出,保證公路基層結構穩定性不會受到破壞。(2)在底基層上鋪設封層,試驗路段封層采用熱瀝青稀釋封層材料,增強底基層的抗滲性,保證基層順利排水。(3)除采用封層處治技術之外,還可以采用復合土工織物作為底基層與基層之間的防水隔離層,要求復合土工織物具備足夠的強度,屬于非降解型材料,不宜在施工中遭到破壞。
2.3.2基層與面層之間的處治技術(1)試驗路段的剛性排水基層施工在基層上灑布一層透層油,增加多孔混凝土基層與瀝青面層之間的黏結力。透層油材料采用乳化瀝青,用量控制在0.3~0.4kg/m2[8]。(2)在灑布乳化瀝青后,當瀝青破乳時要立即鋪筑瀝青混合料。由于多孔混凝土排水基層的表面比普通半剛性基層的表面更加粗糙,有利于增加基層與面層的黏結力,所以可適當減少乳化瀝青的灑布量。
2.4施工質量檢測
2.4.1平整度檢測路基施工中采用3m直尺法檢測路面平整度,每間隔200m設置2個檢測點,本工程試驗路段全部檢測點的平整度平均值為4.6mm,滿足二級公路基層平整度要求。
2.4.2彎沉檢測在試驗路段施工完畢7d后,采用貝克曼梁法測量彎沉值,平均彎沉值為14.6(0.01mm),代表彎沉值為20.41(0.01mm),符合二級公路基層施工技術規范要求。
2.4.3空隙率檢測在試驗路段施工完畢7d后,采用鉆芯取樣方法檢測基層空隙率、劈裂強度、抗壓強度。檢測結果顯示,試驗路段空隙率平均值為21.2%,劈裂強度平均值為1.67MPa,抗壓強度平均值為4.45MPa,三項指標均符合設計要求。
2.4.4排水能力檢測根據現行技術規范規定,剛性多孔混凝土基層滲流路徑長度不得超過45m,滲透時間不得超過2h。試驗路段的剛性排水基層厚度為20cm,路面縱坡為0.01,橫坡為0.02,表面滲水量為1.05m3/(d·m),計算得出滲流路徑長度為3.91m,自由水在排水層的滲流時間為0.93h,符合技術規范要求。
3結語
在瀝青路面施工中,采用剛性排水基層施工技術能夠有效提高基層排水能力,減輕路面水損壞程度,減少公路養護成本支出。在剛性排水基層施工中,要合理確定多孔混凝土配合比設計,嚴格把控原材料選取關,規范實施基層施工工藝流程,并且在基層與底基層之間設置封層,在基層與面層之間鋪設透層油,進而保證多孔混凝土排水性能達到空隙率和滲透系數指標要求,確保基層順利排水。
作者:魯寒 單位:石家莊市交建高速公路建設管理有限公司石衡分公司