港口陸域堆場工程基層配合比設(shè)計(jì)分析研究

王堃 武漢四達(dá)工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司

1.前言

水泥穩(wěn)定碎石是以級(jí)配碎石作骨料，采用一定數(shù)量的膠凝材料和足夠的灰漿體積填充骨料的空隙，按嵌擠原理攤鋪壓實(shí)。水泥穩(wěn)定碎石基層作為一種瀝青面層下的主要承重層或水泥混凝土面板下的結(jié)構(gòu)層，因其具有較好的抗壓性和穩(wěn)定性，在公路工程和水運(yùn)工程中得到廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際工程中，其強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性及抗裂性等工程性能對路基的整體質(zhì)量是很重要的影響因素，想要達(dá)到更好的使用效果，就必須經(jīng)過客觀、準(zhǔn)確地試驗(yàn)檢測，有必要對其混合料配比進(jìn)行優(yōu)化，使其具有良好的綜合性能，同時(shí)加強(qiáng)各項(xiàng)工程性能研究。

水泥穩(wěn)定碎石水泥用量一般為混合料的3%～6%，基層試件的7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度是其代表性的工程性能指標(biāo)之一，根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）規(guī)定，本文結(jié)合某港口的陸域堆場工程對水泥穩(wěn)定碎石基層的原材料試驗(yàn)、擊實(shí)試驗(yàn)及配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究，并以7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度加以驗(yàn)證，既達(dá)到工程設(shè)計(jì)要求，又經(jīng)濟(jì)合理，以期為同類工程的基層配合比設(shè)計(jì)提供重要的參考價(jià)值和意義。

2.基層的設(shè)計(jì)要求

本文以某港口的陸域堆場工程的水泥穩(wěn)定碎石基層為例進(jìn)行基層配合比設(shè)計(jì)研究，該項(xiàng)目基層的設(shè)計(jì)要求見表1。

表1 基層的設(shè)計(jì)要求

3.原材料試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 碎石粒組分組原則

為了使碎石的混合料級(jí)配更加良好、粗細(xì)顆粒比例更加合理、達(dá)到更好的工程效果，將碎石分為4個(gè)粒組，分別為0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～26.5mm。再根據(jù)4個(gè)碎石粒組的篩分結(jié)果將碎石進(jìn)行混合，并調(diào)配比例以符合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）中要求的顆分比例。

3.2 碎石篩分結(jié)果及分析

按照《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）表4.5.4中一級(jí)公路等級(jí)的C-B-1級(jí)配要求選擇篩孔尺寸，對4個(gè)碎石粒組進(jìn)行篩分試驗(yàn)，并將篩分結(jié)果與規(guī)范JTG/T F20-2015中基層的粗集料規(guī)格要求表格3.6.2進(jìn)行了比較，結(jié)果見表2。

通過表2中碎石篩分?jǐn)?shù)據(jù)可以看出，碎石的篩分結(jié)果與規(guī)范JTG/T F20-2015中表3.6.2的粗集料規(guī)格要求并不完全符合，存在個(gè)別粒徑不符合的情況，并且在實(shí)際工程中同樣存在類似的情況。分析有以下幾種原因：

表2 集料篩分試驗(yàn)結(jié)果及規(guī)范中集料規(guī)格要求

1）如果是天然碎石（卵石），一般級(jí)配和分選性較差，想要篩選出規(guī)范JTG/T F20-2015中表3.6.2要求的集料規(guī)格，難度非常大，基本只存在理論上的可能性。

表3 集料級(jí)配組成配合比設(shè)計(jì)

2）針對本項(xiàng)目中使用的機(jī)制碎石，在生產(chǎn)時(shí)存在對該規(guī)范的理解偏差、未嚴(yán)格按該規(guī)范要求、生產(chǎn)設(shè)備與該規(guī)范不匹配等的可能性。

3）機(jī)制碎石在生產(chǎn)、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)運(yùn)及取樣等過程中均存在一定的人為因素，導(dǎo)致室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)未能完全與該規(guī)范要求的集料規(guī)格相符合。

3.3 目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)及分析

根據(jù)表2試驗(yàn)結(jié)果對4個(gè)碎石粒組進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)級(jí)配范圍符合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）表4.5.4中一級(jí)公路等級(jí)的C-B-1級(jí)配要求。配合比設(shè)計(jì)結(jié)果見表3。

雖然表2中單個(gè)粒組碎石的級(jí)配與規(guī)范中的要求并不完全相符合，但從表3中數(shù)據(jù)可以看出，4個(gè)粒組0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～26.5mm分別按比例40%、25%、20%、15%相混合后，集料級(jí)配完全符合JTG/T F20-2015表4.5.4中一級(jí)公路等級(jí)的C-B-1級(jí)配要求范圍。分析原因如下：

1）表2中的碎石級(jí)配不符合規(guī)范要求的比例為27.3%，不符合比例相對偏低；而符合規(guī)范要求的總比例達(dá)到了72.7%，符合比例相對偏高，起到了相對決定性的作用。

2）通過表3中4個(gè)粒組0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～26.5mm集料配合比的調(diào)配，能夠彌補(bǔ)表2中“不符合”的缺陷，從而使4個(gè)粒組碎石混合后的集料級(jí)配完全符合JTG/T F20-2015表4.5.4中一級(jí)公路等級(jí)的C-B-1級(jí)配要求范圍。

表4 試件7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

3.4 擊實(shí)試驗(yàn)

將4個(gè)粒組的碎石烘干后，根據(jù)目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)進(jìn)行混合并按照6%的水泥摻量添加水泥，采用重型擊實(shí)試驗(yàn)，擊實(shí)曲線如圖1所示，最大干密度為2.32g/cm，最優(yōu)含水率為5.01%。

圖1 水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石基層擊實(shí)試驗(yàn)

3.5 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)及分析

按照表3的配合比設(shè)計(jì)混合4個(gè)粒組的碎石，水泥摻量6%，并以擊實(shí)試驗(yàn)的最大干密度2.32g/cm和最優(yōu)含水率5.01%作為控制指標(biāo)，制備無側(cè)限抗壓試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)6天，第7天飽水，測試試件的7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

從表4中數(shù)據(jù)可以看出，試件的7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度滿足表1中基層的設(shè)計(jì)要求，也就是說明本文中的水泥穩(wěn)定碎石基層的配合比設(shè)計(jì)基本達(dá)到了基層的設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)論與建議

（1）在港口陸域堆場工程中，水泥穩(wěn)定碎石基層作為一種瀝青面層下的主要承重層或水泥混凝土面板下的結(jié)構(gòu)層，承上啟下，發(fā)揮著重要的承重作用和銜接作用。因此，對碎石的顆粒級(jí)配要求非常高，在生產(chǎn)過程中需嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范要求，并加強(qiáng)生產(chǎn)過程管理。

（2）本文中4個(gè)粒組0～5mm、5～10mm、10～20mm、20～26.5mm分別按比例40%、25%、20%、15%相混合后，集料級(jí)配完全符合JTG/T F20-2015表4.5.4中一級(jí)公路等級(jí)的C-B-1級(jí)配要求范圍，并且試件的7天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也滿足了基層的設(shè)計(jì)要求。說明文中的水泥穩(wěn)定碎石基層的配合比設(shè)計(jì)能夠?yàn)轭愃乒こ痰幕鶎釉O(shè)計(jì)、試驗(yàn)檢測及施工管理提供重要的參考價(jià)值和經(jīng)驗(yàn)。

（3）在實(shí)際工程施工過程中，原材料一般不會(huì)一次性進(jìn)場，可能會(huì)發(fā)生變化，建議根據(jù)原材料的變化跟進(jìn)試驗(yàn)檢測環(huán)節(jié)，并及時(shí)作出調(diào)整。同時(shí)建議加強(qiáng)工程現(xiàn)場的取芯檢測、回彈彎沉檢測等，從多方面來綜合控制基層的工程質(zhì)量。

（4）建議在后續(xù)試驗(yàn)研究中，進(jìn)一步根據(jù)基層的設(shè)計(jì)要求加強(qiáng)對水泥、碎石等原材料的溯源研究和配合比研究，力爭更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、合理。