工程质量控制及路基施工工艺

'工程质量控制及路基施工工艺讲座主讲人：张武茅徐涛6/30/20211 提示本讲座中的个人观点和有些未径正式认可的试验数据仅供参考。原则性技术问题，以有关《规范》、《规定》为准。本讲作内容中有关数据由荆东高速公路工程建设管理部中心试验室提供。6/30/20212 概述——我国高速公路沥青路面现状在2000年全国高速公路沥青路面研讨会上，竟无一篇有关施工和监理的内容。证明施工和监理仍然是工程质量中的一个落弱环节。其原因：1、设计、研究、咨询与施工脱节，不分层次追求高、新、尖。2、管理体制与施工企业对商品经济的不适应性。3、现行规范对现场施工工艺、动态管理规定不细。4、过度拨高质量指标和数据不真实。5、科技和行政总结只讲经验不讲教训。后期缺陷分析无可追踪性。6、照抄照办盲目推广某些不合适的经验。7、不重视技术推广和技术创新。8、技术与管理相互脱节。6/30/20213 一、工程质量控制与监理1、工程质量控制通过工程质量信息的分析与处理，对工程的实施行为施加以影响力，使工程质量系统中的各种动态因素处于受控状态，有效地实施工程质量目标的一种方法。6/30/20214 2、工程质量控制的对象——质量偏差工程质量控制的过程就是一个不断纠正质量偏差的过程。6/30/20215 3、非控制因素与可控制因素可控因素——产生质量偏差，而又能有效控制的可知因素。如：以知的技术质量指标与参数。设计强度、配合比、规定操作工艺等。非控因素——产生质量偏差，但又不能有效控制的不可知因素所以，要有效地控制工程质量，就要不断地变非控因素为可控因素。4、质量控制的必备条件a、真正的质量特征与代用质量特性。6/30/20216 就路基而言：使用性能真正的质量特性安全舒适耐久安全设施平直外形设计美化变形压实度路基稳定土质改善配合比压实软基处理含水量沉降控制工艺结合料强度质量就是适用性代用质量特性6/30/20217 6/30/20218 b、真正的质量特性与代用质量特性存在某种相关性.如：压实度与含水量的关系所以，控制代用质量特性，才能实现真正的质量特性。这就是所谓：目的即手段、手段即目的6/30/20219 目的即手段——手段即目的如系统图：目的路基不变形手段路基压实度目的最终的目的土质含水量气象压实工艺手段6/30/202110 客观因素决定之后，主观因素起决定作用。但主观要求决定之后，客观因素也就显得十分重要。有人总结了现代科学的三大要素：能量材料智慧水、柴土火气温、机器开水广义工艺概念6/30/202111 ②问题意识数据说话，预防为主的观点。由管结果变为管因素③质量是波动的观点——质量的动态控制与定量分析：控制源头监控前移6/30/202112 统计特征数h——样本数x——平均值α——中位数中间位置s——标准偏差R——极差Cv——变异系数离散程度t——保证率系数Φ（n）——保证率对照标准的离散程度%——合格率对照标准的合格程度6/30/202113 ③质量是波动的观点保证率系数的计算X平均值R允许值（x-R）S保证率系数（查正态分布表得保证率）X6/30/202114 6/30/202115 6/30/202116 6/30/202117 6/30/202118 5、质量控制必备条件的审核（1）、监理、施工单位的各种资质、业绩审核。企业资质与业绩个人资质与工作经历试验资质与设施。6/30/202119 （2）、质量管理保证体系的审核五大体系检查层层培训情况。重点强调现施工人员工艺培训制度体系责任体系奖罚体系考核体系信息体系6/30/202120 （3）、工序质量审核人员机械材料工艺环境①开工前试验数据与配合比设计②开工前施工组织设计③试验路施工与验收④选取合适的施工方案与工艺⑤动态质量分析（通常采用直方图法）与现场工艺监理控制。如：砼应在试生产期确定实际施工偏差值，并消除不利影响因素。6/30/202121 三、土基施工有关质量控制问题的试验分析1、气象分析与常规施工日的推导与计算。（1）公安县10年平均1—12月气温趋势仅从气温看，6—9月施工最为有利6/30/202122 （2）．公安县10年平均非雨日（含阴天）日数与气温综合比较。一般看，11月—次年1月气温低，但非雨日较多。2—6月气侯上升，但非雨日较少。直至7月上旬处梅雨季节，雨水频繁。7月—9月三个月气温很高非雨日持中。6/30/202123 （3）气象分析的目的在于弄清在什么时间利于过湿土的水份散发，所以，气候的蒸发量指标显得十分重要。它是气候、湿度、风力的综合表现。十年平均蒸发量的分月变化趋势如下。初步看，5月—9月的蒸发量都较高。7月—8月蒸发量最高，但如果雨天多，蒸发量再大也显得没有意义。所以，只能以蒸发量×非雨日数作为双重有利因素的综合指标。如下图：6/30/202124 综上分析，7、8、9三个月施工是极为有利的，而且专家预测：2003年冬旱的可能性很大，也就是说10月、11月，虽然蒸发量不大，但雨天较少、如果采用其他技术手段降低土的含水量，对施工也是十分有利的。6/30/202125 （4）综合蒸发量和非雨日，可以初步推算出分月的有效工作日，如下表：由上表计算，如果仅靠气候蒸发量进行过湿土施工，未来6月—12月的有效工作日为98天。也就是说总体半年工作量，只能用98天进行施工组织分解。月份123456789101112有效工作日6.35.37.38.213.613.621.722.215.98.88.36.66/30/202126 （5）在有代表性土场进行选点连续晴天含水量观测试验，发现土的含水量降低率与日蒸发量存在较为显著的相关关系。如下图：y=4.8538e0.2191x，R=0.92借助公式，可以近似计算任意施工季节日蒸发量条件下，将土含水量降低到所需含水量时所需要的非雨日天数。以确定相应的工期安排和工艺措施。6/30/202127 月分日蒸发量如下图和下表供计算使用。(6)根据荆东主线的土场的天然含水量调查，经过一系列推导，得出不同月份，填土路基86区、91区、94区由天然含水量达到对应含水量所需的蒸发天数。如下表：6/30/202128 6/30/202129 表中数据显示，未来的9月份和10月份，欲将原地基表面压实度达到86%时，水田大致需2—3天，旱田大致需1.5—2天，而欲使压实度达到91%时，水田大致需3—4天，旱田大致需2—3天。在7—8月高温季节土基压实一般也需2—3天使土水分降低到压实要求。也就是说少于这个天数的晴天，实际上是无法进行压实施工的。按照这个模式考虑，选择气象专家认为的与2003年气象相似的99年为例（如下表），未来6月—12月可以施工的连续晴天的统计数为124天。6/30/202130 月份第1次连续天数第2次连续天数第3次连续天数第4次连续天数第5次连续天数月合计62441076432318812321793121025103521011328316121131428合计124进而，选择工艺要求连续晴3天以上的有效工作日则能按136天安排日生产量；选择工艺要求连续晴5天以上的有效工作日为93天；选择工艺要求连续晴10天以上的有效工作日为68天。6/30/202131 2、建议施工组织与工艺改进对策如按上述工作日进行常规施工，工程进度将受到严重影响。如何利用雨天进行施工，显得十分必要。（1）．总体施工组织鉴于荆东5月底开工，6月至7月上旬正处梅雨期，工序安排宜为：首先应在主线原地基两侧和土场周围开沟滤水，沟深宜为1—1.5米。否则将由于地下水的补给造成地表水无法蒸发，且由于清表机械在高含水量土上的作业，破坏土体的自然毛细作用，反而使地面硬壳层产生软化。6/30/202132 在梅雨季节期完成原地基清表除杂工作和原地基调平工作。建议采用河砂调平，并同时展开软基处理工作，随后在有利条件的地方采用河砂填筑91区。93区填筑和96区改善土填筑尽可能安排在高温季节或冬旱期进行。这样，宜使91区填土能满足含水量要求。一般讲91区填土基本能满足现场CBR值和弹性模量要求，由于CBR值随压实度而变化，有些CBR值不合格的土，通过提高压实度也能达到同等的强度要求。91区填筑正处高温季节，也可以采用同样方法处理CBR值较低的土，只有在无法施工的情况下再考虑改善处理。6/30/202133 整个填土施工宜采用短促突击战方法，抢在晴天平行作业进行，而不宜采用常规流水作业法。6/30/202134 机械装备1、不同机械采用不同工艺。2、亦采用农用工具临时突击作战。如：农用铲运机小型履带圆盘耙旋耕机3、填砂：振动碾胶轮碾填土：振动碾羊脚碾胶轮碾视含水量而定6/30/202135 （2）建议采用的工艺对策填砂路堤。松西河试验结果①细度模数=1.32，为极细砂。②液限=27，塑限指数=8。③天然含水量=7.6；最大干密度=1.7；最佳含水量=13%。6/30/202136 ④天然含水量（7.6%）击实压实度=92.4。水沉法含水量=24.7%、压实度=89%稠度=0.25弹性模量=54Mpa。6/30/202137 ⑤用高于最佳含水量的含水量击实压实度=90时：含水量=18%、稠度=1.13、弹性模量=72Mpa压实度=93时：含水量=17%、稠度=1.25、弹性模量=80Mpa6/30/202138 结论1、水沉法（如吹砂法）：①适合雨天备料。②可直接用91区施工。2、压实法：①容易陷车。②用于94区要等小份散失，进行碾压。③填砂过高要考虑失水沉降和包边问题。6/30/202139 填砂施工1、尽可能利用雨天进行填砂备料工作，采用水沉法施工。在91区宜采用加长振动泵方法振动密实其填筑厚度可以较大幅度加厚，但要保持两侧排水。如94区采用填砂工艺，应严格按30cm压实厚铺筑，保证含水量不大于17%，并采用履带初压，振动压路机和胶轮压路机复压。6/30/202140 2.填后与检验：①考虑碾压表面松散，压实厚40cm—50cm。②在松散层下进行“超层”检验。③使用环刀法、核子仪法检验。6/30/202141 填土路堤没经改善的素土的施工一般有如下几种方法：6/30/202142 ①分层取土法使土场的取土作业面形成一个坡面，坡面下部开沟排水或抽排水，使土场表面凉干后，宜采用铲运机或推土机分层剥取表面干土层，轮番加大土场表面的暴晒面积。优点：取土含水量低。缺点：取土量小工作效率低。6/30/202143 ②翻耕暴晒法采用铧犁将土表面翻耕成块状，先晒干，再结合分层取土法取土填筑。优点：可以利用小型农具。缺点：作业面积分散。6/30/202144 ③原状土晾晒法在水平线较低，地下水较多的土场，采用挖掘机进行深层挖掘使土块保持原有状态运输至土基上，进行风干晾晒，分段轮番备土。对此类土切忌在高含水量状态下翻松扰动，原状土晾晒后再用推土机推平碾压。优点：利于水田土场深层取土，雨天吸水少。缺点：须要较长晾晒日。6/30/202145 （3）改善土填筑6/30/202146 石灰质量①改善土一般采用生石灰进行改善，宜采用消解爆发力较强的欠火石灰而不采用过火石灰。过火石灰消解速度慢，且消解后呈团粒状，裹复利用率不高。承包商应指定石灰生产厂家定点煅烧石灰，并提出此项煅烧要求。但要注意欠火过多造成石块过多，消解率低下。6/30/202147 ②在露天堆放的石灰应选择较高场地，不宜长期被雨水浸湿，应在雨前将石灰堆用土加以复盖，以防止石灰浸水浆化。有条件时宜搭临时雨棚予以储存。6/30/202148 土料质量须改善的土系指如下几类：①CBR值不合格且又无法提高压实度的土：②含水量过高且又无法降低含水量或需加快进度及时进行填筑的土：③高液限土。高塑指土，上路床需进行精加工铺筑的土：④填挖交界处二者压实度明显差别太大，需对压实度低的一段进行加强处理的土；6/30/202149 填挖交错段软基稳定与沉降段出现残余沉降问题6/30/202150 示意图原地貌基层现浇水沟水沟裂缝挖方填方填方6/30/202151 石灰用量根据试验路段提供的参数，石灰用量一般为干土：干石灰=100：5—8一般首次用量为石灰用量的80%，剩余部分供雨后或处理软弹使用。6/30/202152 天然状态的干密度为1.5g/cm3左右；生石灰的松方单位在1kg/t左右，熟石灰的松方单位在0.75kg/t左右。6/30/202153 掺石灰后一般可以素土的含水量降低3%—5%，最佳含水量一般提高3%—4%，最大干密度一般下降0.08左右。6/30/202154 改善土施工工艺改善土施工工艺一般采用如下几种施工方法：6/30/202155 预先闷料法适用含水量＞30%的土在预计随后连续雨天用6/30/202156 步骤：①按比例布生石灰块。②用履带或压路基初步压碎灰块。③推土机混推。④闷料吸水。⑤消解粉状后抄拌上车。⑥或者将料堆推、搓。⑦亦用圆盘耙碎土。⑧补灰加拌、碾压。6/30/202157 优点：利于短暂晴天施工，长期雨天闷料，吸水率大，可直接利用土方机械。缺点：土块偏大。6/30/202158 ②直接拌和法土场、路上均可进行适入含水量＜30的土6/30/202159 步骤：①初步消解石灰。②将土翻耕耙松。③布灰（总量的80—90%）。④补灰拌和机拌和（可用旋耙机）。⑤亦用推土机集堆再推开。⑥摊平、碾压。6/30/202160 优点：土块小适于较短的连续晴天，可随即进行碾压。缺点：适于含水量略为偏大，CBR值不合格的土，有小块的消解不彻底的生石灰块。需配备专用机具。6/30/202161 ③压实削切法在如下两种情况下采用此方法：a．缺乏拌和机和耙具时；b.在拌和没达到均匀度而即将下雨时。将未拌和均匀或土块过大的混合土初步压实，保持较大坡度，两侧开挖排水沟，防止雨水过多渗入。待晴天表面水蒸发，且剩余石灰块消解爆发后，采用推土机分层削刮，再次集堆再此摊铺碾压。当具有铧犁和圆盘耙时，可再次耕松晾晒、耙细、拌和后再碾压。6/30/202162 混合土已拌和均匀但含水量仍然偏大，又即将下雨，急需压实时，应预先压实，再采用素土填筑一节中所述的重复碾压法进行碾压。无论素土还是改善土，出现局软弹压实度不足时，应再次撒布消解石灰粉，翻耕拌和后再碾压密实。优点：能应急防雨，土块小，利用土方机械。缺点：浸水过长时含水量增大。6/30/202163 ⑹.整个路基施工应采用“晴雨结合，土洋结合”的施工方法。在水田地带和便道备小型铲运机农用拖拉机进“麻雀战“、“晴天突击”式的作业方法。6/30/202164 3．路基质量控制（1）最大干密度审核击实试验6/30/202165 6/30/202166 6/30/202167 6/30/202168 击实要求高于最佳含水量的曲线段，一直要延伸到压实度等于86%。6/30/202169 （2）土液限与最大干密度、最佳含水量的关系参照宜黄公路、京珠公路的试验模式，对公安地区土的实际试验分析，土的液限与土的最大干密度和最佳含水量存在显著的相关关系，关系式如下：6/30/202170 y=-0.000152*X2+0.0089585*X+1.7388关系曲线图如下：6/30/202171 a、液限与最佳含水量的关系：y=9.5716Ln(x)-20.961，R=0.947关系曲线图如下：6/30/202172 黑线为京珠中心试验室数据红线为荆州市质检中心公安、荆州数据黄线为仙桃市公路质检中心仙桃数据蓝点为某单位公安地区数据6/30/202173 (3)现场击实试验当施工现场土质产生局部变化，或改善土石灰剂量产生变化时（如临时处理软弹时，有必要增大掺灰量，而最佳含水量将随之增大，反之，最大干密度将随之下降），应临时取现场土样进行单点击实试验，以确定其可能压实和应该压实的干密度，（可以采用手动击实仪，也可以直接用湿密度进行现场施工控制）。但最终质量评估应参照标准击实数据进行。6/30/202174 2、CBR值试验①河砂填料不受室内CBR值指标限制。②土的CBR值系指相应压实状态的CBR值。③不同压实度CBR值试件的成型含水量应以击实曲线对应的含水量分别拌和成型，而不以最佳含水量统一拌料。研究实验表明，预拌含水量越小，试件的膨胀量越大，CBR值也越小。初步试验数据列入下表，以资参考：6/30/202175 6/30/202176 过干土基问题简述①过干土基一旦湿度回升，强度衰减严重。②大量的工程实践证明了这一结论。③不同压实填筑区亦采用对应含水量。④干燥季节应在雨后进行弯沉测量。⑤雨后浸水压实度降低要复压，稀泥要铲除。⑥挖方段要及时两侧开沟。6/30/202177 3、含水量预控压实度方法压实前宜采用含水量预测方法进行压实度控制，基本步骤如下：6/30/202178 ①取得土从压实度为100%—86%的击实曲线，确定不同压实区的所需含水量。②在欲压段抽查6个以上的含水量，计算出平均值（x）、标准偏差（s）。6/30/202179 ③计算保证率为95%的含水量评定值（Wr）。即：Wr=含水平均值+1.645×S当Wr≤规定压实度所需含水量时，即认为该段填料可以压实到规定压实度。6/30/202180 四、检验要点1、核子仪的用途与对比校正⑴、用途①对土场和欲掺灰土基做密度试验。计算掺灰量和拌和深度。②进行过程质量控制。③估计过湿土含水量，对压实度进行预控。6/30/202181 ⑵、对比校正步骤A、线形回归法①最好选购精度较高的进口核子仪。②选择代表断面采用不同的压实遍数取得不同压实段（改善土和素土分别试验）。要求：最低值85%最高值95%③采用环刀法或灌砂法在不同压实段与核子仪作对比试验。一般每个取样点边周预先做2—4点各核子仪试验，不少于15个点。④整理数据作回归分析。（如图）要求回归系数γ值＞0.96/30/202182 6/30/202183 6/30/202184 B、保证率计算法（30个以下数据采用t分布表）。①在规定压实度土层与A法同样步骤作对比试验。②计算单点修正系数单修正系数=核子仪压实度/灌砂法或环刀压实度③计算总的修正系数的n、x、sx-s×ta√nta√n——保证率为0.9的t分布系数。（见《公路工程质量检验评定标准》）④计算规定压实层的核子仪测定值修正。核子仪测定×总体修正值6/30/202185 2、改善土石灰检验取样问题1、采用EDTA法或直读式钙质仪法。2、应在一个取样点将土块碾碎、拌匀。3、检验结果一般偏差较大，应取平均值。4、最大值和最小值应在规定灰量的最大量和最小量范围（如5%—8%）。6/30/202186 3、有关土基弹性模量计算公式（一般用于原地基）⑴长杆贯入仪法计算弹性模量N80=（20N1+12N2+7N3+4N4+2.5N5+2N6+1.5N7+N8）/50E0=aN80a为试验确定的系数，一般为12—20，经验值为16.9。6/30/202187 ⑵、经验法砂性土E0=300K2（W/WL）-K粘性土E0=175K3（W/WL）-1.8K粉性土E0=105K2.5（W/WL）-2.5K式中：W为含水量、WL为液限、K为土基压实度。6/30/202188 开工前的试验工作一、路基1、土场调查①界限含水量。②天然含水量。（要求达到取土深度）③击实试验。④CBR值试验。⑤宜可做弹性模量试验。6/30/202189 2、河砂试验①筛分—计算细度模数。②含泥量试验（0.075以下含量或砂当量）③界限含水量试验。其中液限取入土深度16mm和6mm左右两个点。④击实试验。6/30/202190 4、改善土试验①确定过湿土标准天然稠度＜1.1、液限大于40、塑性指数大于18的粘性土用作下路床时天然稠度=液限-天然含水量塑性指数6/30/202191 ②其它试验与土场调查相同。③掺灰量试验（一般掺6%可以满足）。④以确定灰比的改善土的试验。a、击实试验。b、CBR值试验。c、石灰含量的表准曲线试验。6/30/202192 二、构造物1、石料全套试验。2、水泥全套试验。3、中、粗砂全套试验。4、砼配合比试验。5、其它材料的外委试验。6/30/202193 三、软基处理1、深层软土水泥用量试验及搅拌土强度试验。参照1996《铁规》进行。2、试桩钻芯试验。3、塑插板试插试验。4、砂的筛分和含泥量试验。6/30/202194 四、外委试验项目1、桥梁静载试验2、桩基静载试验3、桩基声测试验4、大梁试验5、伸缩缝材料试验6/30/202195 6、橡胶支座试验7、钢绞线试验8、桩基钻芯试验9、水泥首件外委试验10、锚具试验11、各种土工布试验6/30/202196 12、塑料插板试验13、塑料排水管试验14、粉喷桩钻芯试验15、沥青初混合料稳定度试验16、沥青混合料旋转压实试验17、沥青首件外委试验18、车载路面平整度试验6/30/202197 开工前的有关工作一、通过土场调查和料源确定施工方案。填土填砂改善二、按确定方案划分断面，组织相应机械。三、写出详细施工组织设计报告。6/30/202198 四、试验室仪器校正与资质认证。五、各高驻办组织《监理细则学习》和有关技术规范、文件的学习。六、施工人员施工工艺的层层培训。七、各类进场机械的要求与审核检查。6/30/202199 八、各种文件、表格、资料编制方法培训九、确定结构物施工方案，写出施工组织设计方案。十、结构物主要技术工人的现场审核检查。十一、各类试验段及重点观测段的确定。6/30/2021100 本讲座完毕谢谢！6/30/2021101'