摘要: 作者在交通部西部开发科研项目《黄土地区路面设计施工技术研究》中开展了两种低造价的水泥混凝土路面: 抛石混凝土路面和砂石统料混凝土路面的研究。现介绍给大家, 以供我国县乡公路与农村公路建设时参考。
关键词: 低造价; 水泥混凝土路面; 抛石; 砂石统料
中图分类号: U416 文献标识码: B
1 概述
1.1 研究背景
农村公路是支撑我国农业和农村经济发展的重要基础设施, 也是我国公路网的重要组成部分, 是农村地区最主要甚至是一些地区惟一的运输通道。加快农村公路建设, 改善农村生产和生活条件, 是发展农村经济、解决“三农”问题的基础和前提。按照党中央、国务院的总体部署, 我国农村公路建设快速发展, 提出了村村通公路目标, 新建及改建了大量的农村公路, 对解决“三农”问题、促进农村经济发展发挥了重要作用。这些新改建的农村公路根据我国农村点多面广、施工条件差异大的特点, 大量采用了施工工艺及施工机具较简单的水泥混凝土路面结构。由于农村公路等级低( 多为三、四级公路) 、里程长, 因而相对造价较低, 又由于其交通流为轻型交通, 怎样才能既降低工程造价又保证水泥混凝土路面达到预期的使用年限呢?
围绕这一目标, 交通部公路科学研究院在“黄土地区路面设计施工技术研究”项目中设立了低造价水泥混凝土路面研究这一子课题, 这一子课题着重研究了抛石水泥混凝土路面和砂石统料水泥混凝土路面两种低造价路面, 并在河南省洛阳市伊川县丰鸣路组织实施了试验路段, 取得了良好的效果。
本文通过对试验路段具体实施过程的总结, 分析试验路段的自然条件、材料技术指标、施工工艺、经济效益, 比较其与普通水泥混凝土路面相对应的优缺点, 从而得出其适用条件及应用价值, 作为进一步推广的参考。
1.2 自然条件概述
河南省伊川县地处洛阳市南部, 一条伊河贯穿南北, 伊河沿岸滩区砂石材料丰富, 且洁、坚硬, 能够满足水泥混凝土路面路用材料要求。为能够更好的评价试验段试验效果, 试验路段选择在伊川县丰鸣路高( 山)坡( 头) 段, 该段位于伊川县西部丘岭区, 砂石材料平均运距20km。
2 材料技术指标及施工工艺比较
2.1 抛石混凝土
抛石水泥混凝土路面是将大粒径卵石或碎石按规定施工工艺抛入普通路面水泥混凝土中而形成的水泥混凝土路面。其原理相当于用大粒径的实心粗集料碎石或卵石填充, 并代替水泥浆, 而基体水泥混凝土仍采用普通路面水泥混凝土。其与普通混凝土路面相比较, 主要有以下几个方面的不同。
2.1.1 施工工艺
抛石混凝土的施工工艺流程为定位放线→ 支模摊铺第一层混凝土→人工抛石→振动棒振动下沉→摊铺第二层混凝土→振动板振实→振动梁振实→磨平饰面压纹。由此我们可以看出, 与普通水泥混凝土路面的施工工艺相比较, 其不同在于以下几方面。
2.1.2 基体混凝土分层摊铺
由于增加抛石工序, 因而基体混凝土应分层摊铺。按照实内试验结果, 试验段施工抛石粒径应控制在70~100mm, 抛石位置控制在混凝土面板的中上部弯曲受压区, 因此其第一层铺筑厚度应控制在虚铺12~4cm 左右,如果太薄则抛石位置将会落入底部, 如果太厚则可能顶面基体混凝土厚度太薄或不能盖住抛石。
2.1.3 增加手摆抛石工序
根据室内试验所抛(碎)卵石的形状系数不宜超过1.5(最大石料/最小石料长度), 平均直径一般为80~120mm,最大不宜超过120mm。抛石应均匀, 石料之间保持5cm左右的间距, 不允许重叠。由试验段施工情况来看, 还应注意抛石应尽量大面朝下, 而且因抛石粒径的控制,会影响抛石工序经济效益和持续时间, 卵石多采用河滩废料, 没有筛分, 拉到工地现场后很多粒径不符合要求, 人工必须二次分类。
2.1.4 振动棒振动时间及其作用不同
抛石混凝土振动棒主要在于振实初填混凝土并使大骨料振动下沉, 其二次填料整平后, 不应再用振动棒振捣, 而直接用平板振动器振捣, 因而, 较之普通混凝土延长了机械及人员工作时间。
2.1.5 基体混凝土抗压强度有所提高
抛石以后, 试件的弯拉强度都有不同程度的降低。其实际弯拉强度只是基体混凝土的85%~90%左右。因此, 若要使抛石水泥混凝土达到要求的配制弯拉强度,基体水泥混凝土配制弯拉强度要高于抛石水泥混凝土配制弯拉强度的10%~20%。
2.2 统料混凝土
2.2.1 突破施工规范要求
《公路水泥混凝土路面施工技术规范》( JTG F30-2003) 中明确规定不得使用不分级的粗细集料统料。但根据室内试验结果, 考虑在某些地区卵石与砂子统料便于就地取材, 材料来源广泛, 砂石统料在级配符合下列要求的情况下, 其工作性、弯拉强度、变形能力三项技术要求亦可达到, 因而可在中、轻交通量的三级和四级公路上采用。砂石统料混凝土, 其满足工作性、弯拉强度、抗裂变形三项技术要求的级配范围见表1。
表1 满足中、轻交通3 项技术要求的砂石统料卵石混凝土级配范围
2.2.2 满足混凝土路面工作性、弯拉强度、变形能力3项技术要求的砂石统料级配区间
从最终确定的级配曲线区间来看, 从砂率角度, 最大砂率为41.2%, 最小砂率为27.2。砂率控制在图1 范围内, 可以满足中、轻交通公路路面砂石统料卵石混凝土3 项技术要求, 供实际三级和四级公路农村公路水泥混凝土路面工程参照使用。
与普通水泥混凝土相比较, 其在低等级公路上应用具有以下优点。
(1) 集料的最大粒径适度放宽
《公路水泥混凝土路面施工技术规范》( JTG F30-2003) 中规定: 卵石混凝土最大粒径为19mm, 在较低等级公路上, 骨料最大粒径可以适当放大, 但不易过大。我们以最大粒径37.5mm 进行控制。
(2) 级配范围增大
砂石统料只需通过4cm 筛, 剔除大于4cm 以上就可直接使用, 通过施工现场级配的调整, 只要满足上述级配要求, 就可直接投料拌和。
(3) 配合比控制要求增强
根据室内试验结果, 与碎石混凝土相比砂石统料混凝土弯拉强度明显偏低。通过试验段的施工, 在单方水泥用量350kg 情况下(水泥强度为32.5 级), 统料混凝土小梁试件抗折强度仅能达到4.0MPa 左右, 由于材料级配及施工水平的差异, 有的试件甚至略小于4.0MPa,显然, 强度偏低且标准差较大, 在质量评定中难以达到评定标准要求, 为保证一定施工可靠度, 统料混凝土相对于普通水泥混凝土单方水泥用量应用所增加, 应达380kg 左右。同时, 相较于普通水泥混凝土水灰比要求更严, 由于施工水平的差异, 水灰比在农村公路具体施工中很难控制。因此, 为保证水灰比, 在施工中必须采用真空吸水或加减水剂等措施, 控制混凝土水灰比, 以保证施工质量。
(4) 简化了施工工艺
相较于普通混凝土统料混凝土简化了施工工艺, 提高了施工效率。由于最大粒径和级配范围的放宽, 原材料加工生产工序得以简化, 而且, 混凝土拌和站减少了投料人员和机械, 简化施工过程。
3 经济效益分析
3.1 统料混凝土与普通混凝土对比
以试验段为例, 统料出场价为8~10 元, 运距20km, 材料到场价为22~24 元/m3, 干容重约为1800kg/m3, 而碎石出场价为26~28 元左右, 运距约7km, 材料到场价为32~34 元/m3, 干容重约为1500kg/m3, 砂出场价22~24 元, 运距20km, 材料到场价为38~40 元/m3, 砂的干容重约为1600kg/m3, 由于统料相对分级配碎石和砂来说,其堆方质量较大, 其材料用量相应减小, 列表2 分析如下。
表2 统料混凝土与普通混凝土费用比较表/ 1000m2
从表2 可以看出, 每1000m2 约减少4159 元, 具有可观的经济价值。
3.2 抛石混凝土与普通混凝土对比
以试验段为例, 混凝土材料单价基本与上同, 而抛石出场为2 元, 运距20km, 到场价为11~13 元, 抛石体积按总体积的20%计算, 列表3 如下。
表3 统料混凝土与普通混凝土费用比较表/ 1000m2
从上表可以看出, 每1000m2 约减少6371 元, 经济效益显著。
4 结语
根据以上对试验路段相较于普通混凝土路面的施工技术和经济效益对比分析, 我们得出如下结论:
(1) 低造价水泥混凝土路面是在中、轻型交通条件下, 当设计弯拉强度为4.0MPa 时, 使用的水泥路面,与二级公路设计弯拉强度4.5MPa 与高速、一级公路5.0MPa 弯拉强度相比, 弯拉强度要求有所降低, 因此,抛石混凝土和统料混凝土只能使用在设计弯拉强度4.0MPa 的中、轻交通混凝土路面中, 不可使用在二级及其以上公路混凝土路面中。
(2) 降低造价的手段一是用最大粒径70~100mm 河卵石代替混凝土, 减少基体混凝土体积; 二是直接使用河床中符合级配区间的砂石统料, 所以, 抛石混凝土和统料混凝土应根据其道路沿线河床内的砂石料条件来采用。
(3) 抛石混凝土虽然施工工艺稍为复杂, 同时基体混凝土强度略有提高, 但相较于减少的基体混凝土体积而言, 经济效益仍十分显著。
(4) 统料混凝土相较于普通混凝土原材料生产工艺简化, 便于就地取材, 拌和厂投料速度快, 提高了施工速度, 关键是在施工过程中防止砂石料离析, 原材料价格便宜, 经济效益亦十分显著。
