路桥工程施工技术之一

1,第八章 路桥工程施工技术（1）,目 录 学习要点 第一节 路基工程施工 第二节 路面工程施工 第三节 桥梁工程施工,2,学习要点,本章内容包括路基工程、路面工程、桥梁工程。路基工程涉及了施工准备，土石方工程，路基加固及其它工程。在路面工程中，重点分析了沥青路面、水泥混凝土路面和砂石路面以及粒料改善土路面；桥梁工程主要介绍了桥梁基础施工，桥梁墩台的施工，以及桥梁上部结构的施工。,3,第八章 路桥工程施工技术,第一节 路基工程施工技术 概述： 一、道路路基施工的内容： 主要包括：路基主体工程、取土坑与弃土堆、护坡道及碎落台、路基综合排水、路基防护与加固、填方与挖方路基、特殊工程地质地区的路基、冬季与雨季的施工以及由于修筑路基而引起的改沟或改河工程、土石方工程的施工组织、路基整修、质量检查、工程验收等工程项目。,4,5,二、路基施工的特点： 1、范围广； 2、工程量大； 3、项目多； 4、野外作业； 5、干扰多； 三、路基施工的基本方法： （1）按技术特点分类 1、人力施工： 2、简易机械化施工： 3、水力机械化施工： 4、爆破法施工： 5、机械化施工： （2）施工方法选择 选择施工方法，应根据工程性质，工程数量，施工期限以及 可能获得的人力和机械设备等条件来综合考虑。,6,四、路基施工的一般程序与内容: 路基施工的主要内容可分为施工前准备工作和基本工作两大部分，按一般程序介绍如下： （一）、路基施工的准备工作 1组织准备工作 2技术准备工作 (1)施工测量和放样 (2)路基横断面的核查 (3)施工前的复查和试验 (4）试验路段 3物质准备工作,9,1）水平分层填筑要求 用不同性质土填筑路堤时，应分层填筑，不得混杂乱填。 用透水性较小的土填路堤下层时，应做成4的双向横坡；如用以填筑上层时，不应覆盖在透水性较大的土所填筑的下层边坡上。 凡不因潮湿及冻融而变更其体积的优良土应填在上层，强度较小的土应填在下层。 河滩路堤填土应在整个宽度上连同护道在内一并分层填筑，受水浸淹部分的填料，选用水稳定性好的土料。 桥涵、挡土墙及其他构造物的回填土，以采用砂砾或砂性土为宜，并应适时分层回填压实，以防产生桥头过大沉降变形。,10,11,2路堑开挖 （1）横挖法。,12,（2）纵挖法 纵挖法有分层纵挖法、通道纵挖法和分段纵挖法三种。,13,（3）混合法,14,3、石方开挖 路基石方通常采用爆破法开挖。有条件时宜采用松土法开挖，局部情况亦可采用破碎法开挖。 (1)爆破法 浅孔爆破（钢钎炮）；深孔爆破；光面爆破和预裂爆破；微差爆破；药壶炮（葫芦炮）；猫洞炮；洞室炮（药室法）； （2）松土法、破碎法 4、机械化施工 常用的路基土方机械，有松土机、卑土机、推土机、铲运机和挖掘机（配以汽车运土），此外还有各种压实机具及水力机械等。,15,六.基底处理及零填挖路床,3、基底处理及零填挖路床 （1）基底处理：路堤基底指路堤填料（土石）与原地面的接触部分。为使两者结合紧密，避免路堤沿基底滑动，需视基底土质、水文、坡度和植被情况及填土高度采取相应的处理措施。 填方基底一般均需予以处理。原地面表层的种植土、草皮等应予清除，经过水田、池塘、洼地时，应根据情况采用排水疏干，换填稳定性好的土或抛石挤淤、打砂桩、铺垫砂砾石、碎石等处理措施，确保填方基底具有一定的强度和稳定性。 地面横坡为1：5 1：2.5时，原地面应挖成台阶，台阶宽度不小于lm；地面横坡陡于1：2. 5时，应作特殊处理，防止填方路基沿基底滑动。 （2）零填挖路床 零填挖地段路床面以下0 30cm的原地面天然密实度若达不到路基压实度的要求时，应将原地面翻挖压实，使其压实度达到要求。,16,七、桥涵等构造物处填筑,桥台台背、涵洞两侧及涵顶、挡土墙墙背的填筑，一般是在这些构造物基本完成后进行。 （1）填料选择： 一般应选用砂性土或其他透水性材料，特别应注意不要将构造物挖基的劣质土混入填料。当采用不透水性土时，应在土中增加外掺剂如石灰、水泥等。 （2）填筑方法： 桥涵填土的范围： 台背填土顺路线方向长度：顶部为距翼墙尾端不少于台高加2m； 底部距基础内缘不少于2m； 拱桥台背填土长度不应少于台高的34倍； 涵洞填土每侧不应少于2倍孔径长度。,17,填土要求： a.桥台背填土应与锥坡填土同时进行； b.涵洞、管道缺口填土，应在两侧对称均匀分层回填； c.涵顶填土的松铺厚度应符合规定，涵顶填土未达到能允许重型车辆或 施工机械通行条件时，应严格禁止这些车辆或机械通行。 d.涵顶面填土压实厚度大于50cm时，方可通过重型机械和汽车。 e.挡墙填料宜选用砾石土或砂类土，墙趾部分的基坑，应及时回填压实，并做成向外倾斜的横坡，整个回填结束后，顶部应及时封闭。 （3）排水 （4）压实,18,三、路基压实 1路基压实标准 其中 土的天然湿密度，gcm3，一般以环刀法或灌砂法现场测定； 土的含水量，一般以酒精燃烧法或烘干法测定。,19,20,2路基压实施工的组织与质量控制 （1）压实施工的组织。 1）根据土质正确选择压实机具，掌握不同机具适宜的碾压士层松铺厚度及碾压遍数。 2）组织实施时，采用的压路机应遵循先轻后重的原则，碾压速度应先慢后快。 3）碾压路线应先边缘后中间，超高路段则应先低后高，相邻两次的碾压轮迹应重叠轮宽的1/21/3，以保证压实均匀而不漏压，对压不到的边角辅之以人力及小型机具夯实。 4) 碾压过程中应经常检查含水量及压实度，以符合规定的密实度要求。,21,（2）路基压实质量的控制 式中 分别为土的最佳含水量及原状含水量，； G需加水的土的质量。,22,第二节 路面工程施工技术,公路与城市道路路面工程面层类型： 沥青路面、水泥混凝土路面和砂石路面以及粒料改善土路面。 其中沥青路面和水泥混凝土路面用于高等级公路和城市道路，其它主要用于低等级公路。 路面结构层可由面层、基层、底基层和垫层组成。 面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层。沥青路面基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，是起主要承重作用的层次。 基层材料的强度指标应有较高的要求。 底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，是起次要承重作用的层次。,23,底基层材料的强度指标要求比基层材料略低。 基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。 当基层或底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底基层。 垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。 对于水泥混凝土路面面层水泥混凝土是主要承重层，基层（有时也有底基层、垫层）主要是为了路面水稳定性和防冻要求而设置的。,24,一、 路面基层（底基层）施工,路面基层（底基层）可分为无机结合料稳定类和粒料类。 无机结合料（水泥、石灰）稳定类基层（底基层）：在前期具有柔性路面的力学特性，当环境适宜时，其强度和刚度会随着时间的推移而不断增大，但其最终抗弯拉强度和弹性模量，还是远较刚性基层为低，因此把这类基层称为半刚性基层。 在我国半刚性材料已广泛用于修建高等级公路路面基层或底基层。 半刚性基层材料特点：整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好而且较经济。 （一）稳定土路面材料的强度形成原理 采用一定的技术措施，使土成为具有一定强度与稳定性的筑路材料，以此修筑的路面称为稳定土路面。,25,稳定土的方法有多种，按其技术措施的不同可分为： 机械方法（如压实）； 物理方法（如改善水稳状况）； 加入掺加剂（粒料、粘土、盐溶液、有机结合料、无机结合料、高分子化合物及其它化学填加剂等）。 1.按照粒径大小分： 无机结合料稳定土，按照土中单个颗粒（指碎石、砾石和砂颗粒，不指土块和土团）的粒径大小和组成，将土分为下列三种： （1）细粒土：颗粒的最大粒径小于10mm，且其中小于2mm的颗粒含量不少于95%； （2）中粒土：颗粒的最大粒径小于30mm，且其中小于20mm的颗粒含量不少于85%； （3）粗粒土：颗粒的最大粒径小于50mm，且其中小于40mm的颗粒含量不少于85%。,26,2.按照稳定材料分： （1）、石灰稳定土：在粉碎的或原来松散的土中掺入足量的石灰（水泥）和水，经拌和、压实及养生后，当其抗压强度符合规定的要求时，称为石灰（水泥）稳定土。 （2）、石灰土：用石灰（水泥）稳定细粒土得到的混合料，简称石灰（水泥）土。 （3）、水泥砂：用水泥稳定砂得到的混合料，简称水泥砂。 （4）、石灰砂砾土：用石灰（水泥）稳定粗粒土和中粒土得到的混合料，视所用原材料而定，原材料为天然砂砾土时，简称石灰砂砾土（水泥砂砾）。 （5）、石灰碎石土：原材料为天然碎石土时，称为石灰碎石土（水泥碎石）。 （6）、废渣稳定土：一定数量的石灰和粉煤灰或石灰和煤渣与其它集料相配合，加入适量的水，经拌和、压实及养生(养护)后得到的混合料，当其抗压强度符合规定的要求时，称石灰工业废渣稳定土（简称石灰工业废渣）。,27,其中，用石灰、粉煤灰稳定细粒土（含砂）、中粒土和粗粒土时，视具体情况可分别简称二灰土、二灰砂砾、二灰碎石、二灰矿渣等。 3.各类稳定土形成原理及其影响因素 （1）、石灰稳定类材料强度形成原理 石灰稳定类材料包括：石灰土、石灰砂砾土、石灰碎石土等。其强度形成主要指石灰与细粒土的相互作用。 A、强度形成原理： （1）物理力学及其化学作用：土中掺入适量的石灰，并在最佳含水量下压实后，发生了一系列的物理力学作用及其化学作用。这一系列作用形成了石灰土基层的强度。 （2）土体性质改变：由于石灰与土的相互作用，从而使土的性质发生根本的改变。在初期，主要表现在土的结团、塑性降低、最佳含水量增大和最大密度的减小等。后期变化主要表现在结晶结构的形成，从而提高土的强度与稳定性。,28,（3）石灰土中物理化学反应作用：主要有离子交换、Ca(OH)2的结晶、碳酸化和火山灰反应。使粘土胶粒絮凝，生成晶体Ca(OH)2、CaCO3（碳酸钙）和含水硅、铝酸钙等胶结物，这些胶结物逐渐由胶凝状态向晶体状态转化，致使石灰土的刚度不断增大，强度与水稳定性不断提高。 B、影响石灰土强度的因素及对材料的要求 1、影响石灰土强度的因素： （1）属于内因的有土质、灰质、石灰剂量、含水量与密实度等。 （2）属于外因的有时间、温度、湿度与机械压实及行车作用等。 2、对材料的要求： （1） 土质 各种成因的亚砂土、亚粘土、粉土类土和粘土类土以及含有一定数量粘性土的中粒土和粗粒土都可以用石灰来稳定。 一般采用塑性指数1520的土，易于粉碎均匀，便于碾压成型，稳定效果较好。,29,（2） 灰质 各种化学组成的石灰均可用于稳定土。 （3） 石灰剂量 石灰剂量石灰质量干土质量。 在生产中常用的石灰剂量应不低于6%，不高于18%，而以10%14%为经济实用。 （4） 含水量 石灰土的最佳含水量为素土的最佳含水量拌和过程中蒸发所需的水量（约为1.5%）、与石灰反应过程所需的水量（约为0.2石灰剂量）三者之和。 （）时间 （）湿度 石灰土是一种水硬性材料，其强度形成需要一定的湿度。在一定湿度养生时，强度形成和增长较快。 （）温度 温度愈高，强度形成愈快，负温时石灰土强度基本停止发展。,30,（2）、水泥稳定类材料强度形成原理 水泥稳定类材料：包括水泥稳定砂砾、砂砾土、碎石土、土等，其强度的形成主要是水泥与细粒土的相互作用。 A、强度形成原理 水泥矿物与土中的水分发生强烈的水解和水化反应，同时从溶液中分解出Ca(OH)2并形成其它水化物。水泥的各种水化物生成后，有的自行继续硬化形成水泥石骨架，有的则与土相互作用，其作用形式有：离子交换及团粒化作用、凝结硬化反应、碳酸化作用等。 B、影响水泥稳定土强度与稳定性的主要因素及对材料的要求 （）土质 除有机质或硫酸盐含量高的土外，各种砂砾土、砂土、粉土和粘土均可用水泥稳定。 主要要求粒径及其颗粒组成应满足要求。,31,（2）水泥的成分和剂量的影响 水泥的成分和剂量对水泥稳定土的强度有重要影响。通常认为，各种类型的水泥都可用于稳定土，硅酸盐水泥的稳定效果较好，而铝酸盐水泥则较差。 用水泥稳定粗粒土或中粒土作基层时，应控制水泥用量不超过6%。并且宜采用标号较低（如325）的水泥。 （）含水量的影响 保证水泥完成水化和水解作用。 （）工艺过程及养生条件的影响 水泥、土和水拌和得愈均匀，水泥稳定土的强度和稳定性愈高。 水泥稳定土需保湿养生，使在混合料中能维持足够的水分，以满足水泥水化的需要。 养生温度愈高，水泥稳定土的强度增长愈快。,32,3、综合稳定类材料强度形成原理及对材料的要求 综合稳定类材料：以水泥或石灰为主要结合剂，外掺少量活性物质或其它材料，以提高和改善土的技术性质。 （）石灰粉煤灰（以下简称二灰）稳定类 二灰稳定类材料：包括二灰、二灰土、二灰砂、二灰砂砾、二灰碎石等。 单纯用石灰稳定砂性土效果一般较差，而采用二灰综合稳定则效果显著提高。 （）水泥石灰综合稳定类 石灰是水泥稳定土中最常用的添加剂之一。在水泥稳定之前，先往土中掺入少量的石灰，为水泥在土中的水解和硬化创造良好的条件，从而加速水泥的硬化过程，并可减少水泥用量。 掺加石灰还可扩大水泥稳定土的适用范围。一些不适于单独用水泥稳定的土（如酸性粘土、重亚粘土等），若先用石灰处理，可加速水泥土结构的形成。,33,此外，由于石灰可吸收部分水分并改变土的塑性性质，故用水泥稳定过湿土（比最佳含水量高4%6%）时，先用石灰处理，能获得良好的效果。 （二）稳定土材料的组成设计 混合料组成设计的目的是：所设计的混合料组成在强度上满足设计要求，抗裂性达到最优且便于施工。 混合料组成设计的内容：是根据的强度标准，通过试验选取适宜于稳定的材料，确定材料的配合比以及最大干密度和最佳含水量，无侧限抗压强度。 具体设计步骤如下： .制备同一种土样，不同结合料剂量的混合料。2.采用重型击实试验确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度。.按工地预定达到的压实度，分别计算不同石灰剂量的试件应有的干密度。.按最佳含水量和计算得的干密度制备试件。5.试件在规定温度下保湿养生6d，浸水1d后，进行无侧限抗压强度试验。6.根据强度标准，选定混合料的配合比，在此配合比下使试件室内试验结果的平均抗压强度满足要求：,34,（三）稳定土基层（底基层）施工 稳定土基层（底基层）的施工方法有路拌法 和厂拌法。 1. 路拌法施工 主要工序为： 准备下承层施工测量备料摊铺拌和整平与碾压成型初期养护。 2厂拌法施工 稳定土混合料可以在中心站用多种机械进行集中拌和。 集中拌和时，必须掌握下列各要点： （1）土块、粉煤灰块要粉碎，土块最大尺寸不应大于15mm；（2）配料要准确；（3）含水量要略大于最佳值，使混合料运到现场摊铺后碾压时的含水量能接近最佳值；（4）拌和要均匀。 目前，我国高等级公路的稳定土层施工多采用集中厂拌和摊铺机摊铺。不仅提高了工程质量，而且加快了施工进度。,35,（四）质量管理与检查验收,施工过程质量控制的主要项目有：含水量、集料级配、石料压碎值、结合料剂量、无侧限抗压强度、拌和均匀性、压实度等。 外形管理项目有高程、厚度、宽度、横坡度、平整度等。在公路路面基层施工技术规范中规定了以上各检测项目具体测定频率和质量标准。,36,（一）级配型碎（砾）石类基垫层 1. 路拌法施工 级配碎石施工工艺流程如图,（五）、 不同路面基层（底基层）施工,37,2. 中心站集中厂拌法施工 （二）结合料稳定类基（垫）层 1. 水泥稳定类基（垫）层 （1）水泥稳定土施工前的准备 1）原材料准备： 2）混合料组成设计 (2)水泥稳定土的施工,38,39,2. 石灰稳定土基垫层 （1）施工前的准备 1）原材料准备 土 石灰 水 2）混合料 组成设计,40,（2）石灰稳定土的施工,41,（3）石灰土的主要质量问题及处理措施 1）控制压实含水量 通常以小于最佳含水量12为好 2）严格控制压实标准 实践证明，压实度小时产生的干缩要比压实度大时严重 3）温缩的最不利季节是温度在010时 4）干缩的最不利情况是在石灰土成型初期。 5）石灰土施工结束后及早铺筑面层，使石灰土基层含水量不发生大的变化，以减轻于缩裂缝 6）在石灰土中掺加集料（如砂砾、碎石等），集料含量使混合料满足最佳组成要求，一般为70左右。 7）在石灰土基层上铺筑厚度大于15cm的碎石过渡层或设置沥青碎石（或沥青贯入式）联结层，可减轻或防止反射裂缝的出现,42,3. 石灰工业废渣基垫层 （1）施工准备 1）原材料 2）混合料组成设计 （2）石灰工业废渣层的施工,43,44,二、沥青路面施工,沥青路面是用沥青材料作结合料粘结矿料或混合料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构。 在我国，高等级公路路面面层的最常见类型是沥青混凝土和沥青碎石。 （一）沥青路面的分类 1按强度构成原理可将沥青路面分为密实类（级配类）和嵌挤类两大类： （1）按密实级配原则构成的沥青混合料的结构强度，是以沥青与矿料之间的粘结力为主，矿料的嵌挤力和内摩阻力为辅而成的。沥青混凝土属于此类。这类沥青混合料的结构强度受温度的影响较大。 （2）嵌挤类沥青混合料的强度是以矿料之间的嵌挤力为主和内摩阻力为辅而构成的。沥青碎石就属于此类，这类沥青混合料的结构受温度的影响较小，但因空隙率较大，易渗水，因而耐久性较差。,45,2按施工工艺的不同，沥青路面分为层铺法和路拌法两类： （1）层铺法是用分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑。 优点：工艺和设备简便，功效较高，施工进度快，造价较低。 缺点：是路面成型期较长，需要经过炎热季节行车碾压之后路面才能成型。 用这种方法修筑的沥青路面有沥青表面处治和沥青贯入式两种。 层铺法施工宜选择在干燥和较热的季节施工，并在雨季前及日最高温度低于15到来以前半个月结束，使面层通过开放交通压实，成型稳定。,46,（2）拌和法是由一定级配的矿料和沥青材料在沥青拌和厂（场、站）用专用设备加热拌和，然后送到工地摊铺碾压而成的路面。 矿料中细颗粒含量少，含少量填料（或不加填料），压实后剩碎石混合料； 若矿料中含有余空隙率在10%以上的半开式沥青混合料，称为沥青填料，各种粒径的颗粒级配连续，相互嵌挤密实的矿料与沥青拌合，压实后剩余空隙率小于10%的称为沥青混凝土混合料。 厂拌法： 按混合料铺筑时温度的不同，又可分为热拌热铺、热拌冷铺和冷拌冷铺三种。,47,二、沥青路面施工技术 用层铺法施工的沥青路面面层，包括沥青表面处治和沥青贯入式两种。其施工过程分述如下： （一）沥青表面处治施工方法 沥青表面处治路面是指用沥青和集料按层铺法或拌和法施工的厚度不大于3cm的一种薄层面层。 层铺法表面处治按照洒布沥青及铺撒矿料的层次多少，可分为单层式、双层式和三层式三种。 沥青表面处治适用于三级及三级以下公路、城市道路的支路、县镇道路、各级公路的施工便道以及在旧沥青面层上加铺的罩面层。 沥青表面处治可采用道路石油沥青、煤沥青或乳化沥青。 层铺法沥青表面处治施工一般采用“先油后料”法，即先洒布一层沥青，后铺撒一层矿料。,48,双层式沥青表面处治施工工序,以双层式沥青表面处治为例，其施工工序如下： （1）备料； （2）清理基层及放样； （3）浇洒透层沥青； （4）洒布第一层沥青； （5）铺撒第一层集料； （6）碾压； （7）洒布第二层沥青； （8）铺撒第二层集料； （9）碾压； （10）初期养护。 单层式和三层式沥青表面处治的施工程序与双层式相同，仅需相应地减少或增加一次洒布沥青、一次集料和碾压工序。,各类沥青路面选用的沥青标号,49,（二）沥青贯入式施工方法 在初步压实的碎石（或破碎砾石）上，分层浇洒沥青、撒布嵌缝料，或再在上部铺筑热拌沥青混合料封层，经压实而成的沥青面层称为沥青贯入式沥青路面。 根据沥青材料贯入深度的不同，贯入式路面可分为深贯入式（68cm）和浅贯入式（45cm）两种 。 沥青贯入式路面适用于二级及二级以下的公路。沥青贯入层也可作为沥青混凝土路面的联结层。 沥青贯入式路面具有较高的强度和稳定性，其强度的构成，主要以矿料的嵌挤为主，沥青的粘结力为辅而构成的。 沥青贯入式路面的集料应选择有棱角、嵌挤性好的坚硬石料，其规格和用量应根据贯入层厚度选用 。,50,沥青贯入式路面的施工工序,(1)整修和清扫基层； (2)浇洒透层或粘层沥青 (3)撒布主层集料； (4)第一次碾压； (5)浇洒第一层沥青； (6)撒布第一层嵌缝料； (7)第二次碾压； (8)浇洒第二层沥青； (9)撒布第二次嵌缝料； (10)第三次碾压； (11)洒布第三层沥青； (12)撒布封层料； (13)最后碾压； (14)初期养护。 沥青贯入式路面施工要求与沥青表面处治基本相同。,各类沥青路面选用的沥青标号,51,(三)拌和法沥青路面的施工 拌和法施工的沥青路面包括沥青混凝土、沥青碎石和沥青表面处治，其施工过程可分为沥青混合料的拌制与运输及现场铺筑两个阶段。 1沥青混合料的拌制与运输 沥青混合料必须在沥青拌和厂（场、站）采用拌和机械拌制。,52,运输：沥青混合料用自卸汽车运至工地，车厢底板及周壁应涂一薄层油水（柴油：水为1：3）混合液。 2铺筑 （1） 基层准备和放样； （2） 摊铺； （3） 碾压。,3开放交通 （四）质量管理与检查验收 施工过程中抽检项目有：马歇尔稳定度、流值、空隙率、饱和度、沥青含量试验、沥青混合料矿料级配组成、油温等