低造價(jià)水泥混凝土路面應(yīng)用研究

摘要: 作者在交通部西部開(kāi)發(fā)科研項(xiàng)目《黃土地區(qū)路面設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究》中開(kāi)展了兩種低造價(jià)的水泥混凝土路面: 拋石混凝土路面和砂石統(tǒng)料混凝土路面的研究?，F(xiàn)介紹給大家, 以供我國(guó)縣鄉(xiāng)公路與農(nóng)村公路建設(shè)時(shí)參考。

關(guān)鍵詞: 低造價(jià); 水泥混凝土路面; 拋石; 砂石統(tǒng)料

中圖分類(lèi)號(hào): U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

1 概述

1.1 研究背景

　　農(nóng)村公路是支撐我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施, 也是我國(guó)公路網(wǎng)的重要組成部分, 是農(nóng)村地區(qū)最主要甚至是一些地區(qū)惟一的運(yùn)輸通道。加快農(nóng)村公路建設(shè), 改善農(nóng)村生產(chǎn)和生活條件, 是發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、解決“三農(nóng)”問(wèn)題的基礎(chǔ)和前提。按照黨中央、國(guó)務(wù)院的總體部署, 我國(guó)農(nóng)村公路建設(shè)快速發(fā)展, 提出了村村通公路目標(biāo), 新建及改建了大量的農(nóng)村公路, 對(duì)解決“三農(nóng)”問(wèn)題、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。這些新改建的農(nóng)村公路根據(jù)我國(guó)農(nóng)村點(diǎn)多面廣、施工條件差異大的特點(diǎn), 大量采用了施工工藝及施工機(jī)具較簡(jiǎn)單的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。由于農(nóng)村公路等級(jí)低( 多為三、四級(jí)公路) 、里程長(zhǎng), 因而相對(duì)造價(jià)較低, 又由于其交通流為輕型交通, 怎樣才能既降低工程造價(jià)又保證水泥混凝土路面達(dá)到預(yù)期的使用年限呢?

　　圍繞這一目標(biāo), 交通部公路科學(xué)研究院在“黃土地區(qū)路面設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究”項(xiàng)目中設(shè)立了低造價(jià)水泥混凝土路面研究這一子課題, 這一子課題著重研究了拋石水泥混凝土路面和砂石統(tǒng)料水泥混凝土路面兩種低造價(jià)路面, 并在河南省洛陽(yáng)市伊川縣豐鳴路組織實(shí)施了試驗(yàn)路段, 取得了良好的效果。

　　本文通過(guò)對(duì)試驗(yàn)路段具體實(shí)施過(guò)程的總結(jié), 分析試驗(yàn)路段的自然條件、材料技術(shù)指標(biāo)、施工工藝、經(jīng)濟(jì)效益, 比較其與普通水泥混凝土路面相對(duì)應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn), 從而得出其適用條件及應(yīng)用價(jià)值, 作為進(jìn)一步推廣的參考。

1.2 自然條件概述

　　河南省伊川縣地處洛陽(yáng)市南部, 一條伊河貫穿南北, 伊河沿岸灘區(qū)砂石材料豐富, 且潔、堅(jiān)硬, 能夠滿足水泥混凝土路面路用材料要求。為能夠更好的評(píng)價(jià)試驗(yàn)段試驗(yàn)效果, 試驗(yàn)路段選擇在伊川縣豐鳴路高( 山)坡( 頭) 段, 該段位于伊川縣西部丘嶺區(qū), 砂石材料平均運(yùn)距20km。

2 材料技術(shù)指標(biāo)及施工工藝比較

2.1 拋石混凝土

　　拋石水泥混凝土路面是將大粒徑卵石或碎石按規(guī)定施工工藝拋入普通路面水泥混凝土中而形成的水泥混凝土路面。其原理相當(dāng)于用大粒徑的實(shí)心粗集料碎石或卵石填充, 并代替水泥漿, 而基體水泥混凝土仍采用普通路面水泥混凝土。其與普通混凝土路面相比較, 主要有以下幾個(gè)方面的不同。

2.1.1 施工工藝

　　拋石混凝土的施工工藝流程為定位放線→ 支模攤鋪第一層混凝土→人工拋石→振動(dòng)棒振動(dòng)下沉→攤鋪第二層混凝土→振動(dòng)板振實(shí)→振動(dòng)梁振實(shí)→磨平飾面壓紋。由此我們可以看出, 與普通水泥混凝土路面的施工工藝相比較, 其不同在于以下幾方面。

2.1.2 基體混凝土分層攤鋪

　　由于增加拋石工序, 因而基體混凝土應(yīng)分層攤鋪。按照實(shí)內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果, 試驗(yàn)段施工拋石粒徑應(yīng)控制在70~100mm, 拋石位置控制在混凝土面板的中上部彎曲受壓區(qū), 因此其第一層鋪筑厚度應(yīng)控制在虛鋪12~4cm 左右,如果太薄則拋石位置將會(huì)落入底部, 如果太厚則可能頂面基體混凝土厚度太薄或不能蓋住拋石。

2.1.3 增加手?jǐn)[拋石工序

　　根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)所拋(碎)卵石的形狀系數(shù)不宜超過(guò)1.5(最大石料/最小石料長(zhǎng)度), 平均直徑一般為80~120mm,最大不宜超過(guò)120mm。拋石應(yīng)均勻, 石料之間保持5cm左右的間距, 不允許重疊。由試驗(yàn)段施工情況來(lái)看, 還應(yīng)注意拋石應(yīng)盡量大面朝下, 而且因拋石粒徑的控制,會(huì)影響拋石工序經(jīng)濟(jì)效益和持續(xù)時(shí)間, 卵石多采用河灘廢料, 沒(méi)有篩分, 拉到工地現(xiàn)場(chǎng)后很多粒徑不符合要求, 人工必須二次分類(lèi)。

2.1.4 振動(dòng)棒振動(dòng)時(shí)間及其作用不同

　　拋石混凝土振動(dòng)棒主要在于振實(shí)初填混凝土并使大骨料振動(dòng)下沉, 其二次填料整平后, 不應(yīng)再用振動(dòng)棒振搗, 而直接用平板振動(dòng)器振搗, 因而, 較之普通混凝土延長(zhǎng)了機(jī)械及人員工作時(shí)間。

2.1.5 基體混凝土抗壓強(qiáng)度有所提高

　　拋石以后, 試件的彎拉強(qiáng)度都有不同程度的降低。其實(shí)際彎拉強(qiáng)度只是基體混凝土的85%~90%左右。因此, 若要使拋石水泥混凝土達(dá)到要求的配制彎拉強(qiáng)度,基體水泥混凝土配制彎拉強(qiáng)度要高于拋石水泥混凝土配制彎拉強(qiáng)度的10%~20%。

2.2 統(tǒng)料混凝土

2.2.1 突破施工規(guī)范要求

　　《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》( JTG F30-2003) 中明確規(guī)定不得使用不分級(jí)的粗細(xì)集料統(tǒng)料。但根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果, 考慮在某些地區(qū)卵石與砂子統(tǒng)料便于就地取材, 材料來(lái)源廣泛, 砂石統(tǒng)料在級(jí)配符合下列要求的情況下, 其工作性、彎拉強(qiáng)度、變形能力三項(xiàng)技術(shù)要求亦可達(dá)到, 因而可在中、輕交通量的三級(jí)和四級(jí)公路上采用。砂石統(tǒng)料混凝土, 其滿足工作性、彎拉強(qiáng)度、抗裂變形三項(xiàng)技術(shù)要求的級(jí)配范圍見(jiàn)表1。

表1 滿足中、輕交通3 項(xiàng)技術(shù)要求的砂石統(tǒng)料卵石混凝土級(jí)配范圍

2.2.2 滿足混凝土路面工作性、彎拉強(qiáng)度、變形能力3項(xiàng)技術(shù)要求的砂石統(tǒng)料級(jí)配區(qū)間

　　從最終確定的級(jí)配曲線區(qū)間來(lái)看, 從砂率角度, 最大砂率為41.2%, 最小砂率為27.2。砂率控制在圖1 范圍內(nèi), 可以滿足中、輕交通公路路面砂石統(tǒng)料卵石混凝土3 項(xiàng)技術(shù)要求, 供實(shí)際三級(jí)和四級(jí)公路農(nóng)村公路水泥混凝土路面工程參照使用。

與普通水泥混凝土相比較, 其在低等級(jí)公路上應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1) 集料的最大粒徑適度放寬

　　《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》( JTG F30-2003) 中規(guī)定: 卵石混凝土最大粒徑為19mm, 在較低等級(jí)公路上, 骨料最大粒徑可以適當(dāng)放大, 但不易過(guò)大。我們以最大粒徑37.5mm 進(jìn)行控制。

(2) 級(jí)配范圍增大

　　砂石統(tǒng)料只需通過(guò)4cm 篩, 剔除大于4cm 以上就可直接使用, 通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)級(jí)配的調(diào)整, 只要滿足上述級(jí)配要求, 就可直接投料拌和。

(3) 配合比控制要求增強(qiáng)

　　根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果, 與碎石混凝土相比砂石統(tǒng)料混凝土彎拉強(qiáng)度明顯偏低。通過(guò)試驗(yàn)段的施工, 在單方水泥用量350kg 情況下(水泥強(qiáng)度為32.5 級(jí)), 統(tǒng)料混凝土小梁試件抗折強(qiáng)度僅能達(dá)到4.0MPa 左右, 由于材料級(jí)配及施工水平的差異, 有的試件甚至略小于4.0MPa,顯然, 強(qiáng)度偏低且標(biāo)準(zhǔn)差較大, 在質(zhì)量評(píng)定中難以達(dá)到評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求, 為保證一定施工可靠度, 統(tǒng)料混凝土相對(duì)于普通水泥混凝土單方水泥用量應(yīng)用所增加, 應(yīng)達(dá)380kg 左右。同時(shí), 相較于普通水泥混凝土水灰比要求更嚴(yán), 由于施工水平的差異, 水灰比在農(nóng)村公路具體施工中很難控制。因此, 為保證水灰比, 在施工中必須采用真空吸水或加減水劑等措施, 控制混凝土水灰比, 以保證施工質(zhì)量。

(4) 簡(jiǎn)化了施工工藝

　　相較于普通混凝土統(tǒng)料混凝土簡(jiǎn)化了施工工藝, 提高了施工效率。由于最大粒徑和級(jí)配范圍的放寬, 原材料加工生產(chǎn)工序得以簡(jiǎn)化, 而且, 混凝土拌和站減少了投料人員和機(jī)械, 簡(jiǎn)化施工過(guò)程。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 統(tǒng)料混凝土與普通混凝土對(duì)比

　　以試驗(yàn)段為例, 統(tǒng)料出場(chǎng)價(jià)為8~10 元, 運(yùn)距20km, 材料到場(chǎng)價(jià)為22~24 元/m3, 干容重約為1800kg/m3, 而碎石出場(chǎng)價(jià)為26~28 元左右, 運(yùn)距約7km, 材料到場(chǎng)價(jià)為32~34 元/m3, 干容重約為1500kg/m3, 砂出場(chǎng)價(jià)22~24 元, 運(yùn)距20km, 材料到場(chǎng)價(jià)為38~40 元/m3, 砂的干容重約為1600kg/m3, 由于統(tǒng)料相對(duì)分級(jí)配碎石和砂來(lái)說(shuō),其堆方質(zhì)量較大, 其材料用量相應(yīng)減小, 列表2 分析如下。

表2 統(tǒng)料混凝土與普通混凝土費(fèi)用比較表/ 1000m2

從表2 可以看出, 每1000m2 約減少4159 元, 具有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.2 拋石混凝土與普通混凝土對(duì)比

　　以試驗(yàn)段為例, 混凝土材料單價(jià)基本與上同, 而拋石出場(chǎng)為2 元, 運(yùn)距20km, 到場(chǎng)價(jià)為11~13 元, 拋石體積按總體積的20%計(jì)算, 列表3 如下。

表3 統(tǒng)料混凝土與普通混凝土費(fèi)用比較表/ 1000m2

　　從上表可以看出, 每1000m2 約減少6371 元, 經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

　　根據(jù)以上對(duì)試驗(yàn)路段相較于普通混凝土路面的施工技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比分析, 我們得出如下結(jié)論:

　　(1) 低造價(jià)水泥混凝土路面是在中、輕型交通條件下, 當(dāng)設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度為4.0MPa 時(shí), 使用的水泥路面,與二級(jí)公路設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度4.5MPa 與高速、一級(jí)公路5.0MPa 彎拉強(qiáng)度相比, 彎拉強(qiáng)度要求有所降低, 因此,拋石混凝土和統(tǒng)料混凝土只能使用在設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度4.0MPa 的中、輕交通混凝土路面中, 不可使用在二級(jí)及其以上公路混凝土路面中。

　　(2) 降低造價(jià)的手段一是用最大粒徑70~100mm 河卵石代替混凝土, 減少基體混凝土體積; 二是直接使用河床中符合級(jí)配區(qū)間的砂石統(tǒng)料, 所以, 拋石混凝土和統(tǒng)料混凝土應(yīng)根據(jù)其道路沿線河床內(nèi)的砂石料條件來(lái)采用。

　　(3) 拋石混凝土雖然施工工藝稍為復(fù)雜, 同時(shí)基體混凝土強(qiáng)度略有提高, 但相較于減少的基體混凝土體積而言, 經(jīng)濟(jì)效益仍十分顯著。

　　(4) 統(tǒng)料混凝土相較于普通混凝土原材料生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化, 便于就地取材, 拌和廠投料速度快, 提高了施工速度, 關(guān)鍵是在施工過(guò)程中防止砂石料離析, 原材料價(jià)格便宜, 經(jīng)濟(jì)效益亦十分顯著。