水泥穩定碎石基層配合比優化設計研究

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，水泥穩定材料以其強度高、穩定性好、抗沖刷能力強等特點而廣泛應用于高等級公路的基層或底基層中。據統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定碎石占很大的比例。基層是路面結構的主要承重層，其施工質量的優劣將直接影響公路的使用功能和壽命，是影響路面使用質量的關鍵。

本文結合山西省大忻線二級公路水泥穩定碎石基層的施工，對水泥穩定碎石基層配合比進行了優化設計。

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，經朔州市的懷仁、山陰、朔城區，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，經過十幾年的運營，特別是近幾年經濟的持續快速發展，重車的急劇增加，路面出現了龜裂、松散、沉陷等多種病害，實測彎沉值也遠超過了現有交通量要求的允許彎沉值;橋涵、防排水等構造物也不同程度的出現損壞。為了消除上述危害，將現有二級路加寬改建。

2 水泥穩定碎石基層級配設計

根據大忻線二級公路路面基層材料情況，結合相關的國內外研究結論，試驗研究采用三種級配，分別為規范級配上限、規范級配中值、規范級配下限。按相關規范的要求分別進行最佳水泥用量的設計。分別對三種設計級配進行無側限抗壓強度試驗，分析比較設計級配的優劣性能，確定合理的水泥穩定碎石基層級配及各種添加材料的組成建議。

對水泥穩定碎石基層集料取樣進行篩分，篩分結果見表1。

按照篩分試驗結果，以及《公路基層施工技術規范》進行級配設計，設計結果見表2，繪制曲線見圖1。

表2 水泥穩定碎石基層混合料級配設計結果 %

圖1 水泥穩定碎石混合料級配曲線圖

3 設計級配的重型擊實試驗

根據上述級配設計結果，設計水泥劑量分別為3.5%，4.0%，4.5%，按照《公路土工試驗規程》重型擊實標準進行各級配不同水泥劑量下基層混合料的擊實試驗，擊實試驗結果見表3。

表3 不同水泥劑量下重型擊實試驗結果

級配2水泥劑量與含水量及干密度關系圖如圖2～圖4所示。

根據抗裂型水泥穩定碎石基層施工規范中關于靜壓法成型強度代表值應大于3.5 MPa的技術要求，考慮到水泥穩定碎石的拌和以及現場攤鋪施工控制精度有限，且存在較大的變異性，參照以往的經驗，綜合考慮本次成型方法所得強度試驗結果，水泥穩定碎石混合料的設計水泥劑量取為4.0%。

從試驗結果來看，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%含水量和干密度關系

4 最佳水泥劑量的確定

根據確定的最佳含水量和最大干密度，拌制水泥穩定碎石混合料，采用靜壓法按壓實度(98%)成型無側限抗壓強度試件。在標準條件下養護6 d，浸水1 d后取出，進行無側限抗壓強度。試驗結果見表4。

圖3 水泥劑量4.0%含水量和干密度關系

圖4 水泥劑量4.5%下的含水量和干密度關系曲線圖

表4 水泥穩定碎石混合料7 d靜壓成型強度試驗結果

5 主要結論

該水泥穩定碎石基層混合料目標配合比的試驗結果匯總如表5所示。

表5 水泥穩定碎石目標配合比設計結果

根據試驗結果，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定碎石基層級配采用規范級配偏下限，即設計級配介于規范中值與規范下限之間，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，可用于水泥穩定碎石基層的施工指導。

根據相關研究成果，振動成型法設計得到的水穩碎石混合料指標與現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，根據本項目特點及相關經驗，作為現場施工控制參數，建議采用設計結果的1.03倍控制現場壓實度。

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