水泥穩(wěn)定碎石基層配合比優(yōu)化設(shè)計研究

趙志鮮

(山西省公路局朔州分局，山西朔州 036000)

0 引言

近年來隨著高等級公路的不斷修建，水泥穩(wěn)定材料以其強度高、穩(wěn)定性好、抗沖刷能力強等特點而廣泛應(yīng)用于高等級公路的基層或底基層中。據(jù)統(tǒng)計我國的高等級公路中90%以上是半剛性基層瀝青路面，而半剛性基層中水泥穩(wěn)定碎石占很大的比例?；鶎邮锹访娼Y(jié)構(gòu)的主要承重層，其施工質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響公路的使用功能和壽命，是影響路面使用質(zhì)量的關(guān)鍵。

本文結(jié)合山西省大忻線二級公路水泥穩(wěn)定碎石基層的施工，對水泥穩(wěn)定碎石基層配合比進行了優(yōu)化設(shè)計。

1 工程概況

省道大同—忻州公路(編號206線)起自大同市的西花園，經(jīng)朔州市的懷仁、山陰、朔城區(qū)，在忻州原平的界河鋪與北京至昆明公路(編號G108線)匯合，全長232 km。本文研究路段K102+743.618～K155+680，是1988年～1990年修建的二級公路，經(jīng)過十幾年的運營，特別是近幾年經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，重車的急劇增加，路面出現(xiàn)了龜裂、松散、沉陷等多種病害，實測彎沉值也遠超過了現(xiàn)有交通量要求的允許彎沉值;橋涵、防排水等構(gòu)造物也不同程度的出現(xiàn)損壞。為了消除上述危害，將現(xiàn)有二級路加寬改建。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層級配設(shè)計

根據(jù)大忻線二級公路路面基層材料情況，結(jié)合相關(guān)的國內(nèi)外研究結(jié)論，試驗研究采用三種級配，分別為規(guī)范級配上限、規(guī)范級配中值、規(guī)范級配下限。按相關(guān)規(guī)范的要求分別進行最佳水泥用量的設(shè)計。分別對三種設(shè)計級配進行無側(cè)限抗壓強度試驗，分析比較設(shè)計級配的優(yōu)劣性能，確定合理的水泥穩(wěn)定碎石基層級配及各種添加材料的組成建議。

對水泥穩(wěn)定碎石基層集料取樣進行篩分，篩分結(jié)果見表1。

按照篩分試驗結(jié)果，以及《公路基層施工技術(shù)規(guī)范》進行級配設(shè)計，設(shè)計結(jié)果見表2，繪制曲線見圖1。

表2 水泥穩(wěn)定碎石基層混合料級配設(shè)計結(jié)果 %

圖1 水泥穩(wěn)定碎石混合料級配曲線圖

3 設(shè)計級配的重型擊實試驗

根據(jù)上述級配設(shè)計結(jié)果，設(shè)計水泥劑量分別為3.5%，4.0%，4.5%，按照《公路土工試驗規(guī)程》重型擊實標(biāo)準(zhǔn)進行各級配不同水泥劑量下基層混合料的擊實試驗，擊實試驗結(jié)果見表3。

表3 不同水泥劑量下重型擊實試驗結(jié)果

級配2水泥劑量與含水量及干密度關(guān)系圖如圖2～圖4所示。

根據(jù)抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層施工規(guī)范中關(guān)于靜壓法成型強度代表值應(yīng)大于3.5 MPa的技術(shù)要求，考慮到水泥穩(wěn)定碎石的拌和以及現(xiàn)場攤鋪施工控制精度有限，且存在較大的變異性，參照以往的經(jīng)驗，綜合考慮本次成型方法所得強度試驗結(jié)果，水泥穩(wěn)定碎石混合料的設(shè)計水泥劑量取為4.0%。

從試驗結(jié)果來看，采用較粗的級配有利于提高水泥碎石混合料的強度;隨著混合料摻砂量的增加，相同劑量水泥用量下，水泥碎石的強度無側(cè)限抗壓強度減小，抗壓性能降低。

圖2 水泥劑量3.5%含水量和干密度關(guān)系

4 最佳水泥劑量的確定

根據(jù)確定的最佳含水量和最大干密度，拌制水泥穩(wěn)定碎石混合料，采用靜壓法按壓實度(98%)成型無側(cè)限抗壓強度試件。在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護6 d，浸水1 d后取出，進行無側(cè)限抗壓強度。試驗結(jié)果見表4。

圖3 水泥劑量4.0%含水量和干密度關(guān)系

圖4 水泥劑量4.5%下的含水量和干密度關(guān)系曲線圖

表4 水泥穩(wěn)定碎石混合料7 d靜壓成型強度試驗結(jié)果

5 主要結(jié)論

該水泥穩(wěn)定碎石基層混合料目標(biāo)配合比的試驗結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表5 水泥穩(wěn)定碎石目標(biāo)配合比設(shè)計結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果，粗級配有利于提高混合料的強度，但其施工和易性要比細級配差，施工控制要求高于細級配，建議省道大忻線二級公路水泥穩(wěn)定碎石基層級配采用規(guī)范級配偏下限，即設(shè)計級配介于規(guī)范中值與規(guī)范下限之間，這樣利于減少水泥用量，減少基層材料的收縮，強度性能良好，可用于水泥穩(wěn)定碎石基層的施工指導(dǎo)。

根據(jù)相關(guān)研究成果，振動成型法設(shè)計得到的水穩(wěn)碎石混合料指標(biāo)與現(xiàn)場施工具有較好的一致性，而振動成型法獲得的混合料最大干密度一般為靜壓成型法的1.02倍～1.04倍，根據(jù)本項目特點及相關(guān)經(jīng)驗，作為現(xiàn)場施工控制參數(shù)，建議采用設(shè)計結(jié)果的1.03倍控制現(xiàn)場壓實度。

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