沙漠區公路用風積砂設計水穩碎石基層配合比與施工質量控制研究

董 彥 劉振興 董 恒

（中交二航局六分公司 湖北武漢 430080）

引言

水泥穩定碎石基層作為公路路面工程的主要承重層，實際施工中質量監控重視程度不夠，認為只要強度符合設計要求即可，通過提高水泥劑量保障強度，混合料級配不合理，細集料0.075mm通過率超標嚴重，集料中含土、風化石、軟弱顆粒多，加上養護不到位導致基層容易出現縱橫向裂紋。G569線北山（蒙甘界）至仙米寺（甘青界）高速公路地處沙漠地段，筑路材料缺乏，光靠外運材料勢必會增加成本，利用沙漠段風積砂，代替石屑，用于水泥穩定碎石基層施工，不僅可以控制成本，加快工程進度，而且還可以使風積沙得到有效利用。

1 原材料

風積砂：

沙漠區的風積砂顏色為淡黃色，顆粒均勻，經過多年的風吹積淀而成，風積砂具有非親水性，天然含水量低，黏結性差，主要化學成分是硅氧化物及鈣、鋁、鐵、鎂等氧化物，其粒度成分以細砂（0.10～0.25mm）為主，中砂（0.25～0.5mm）較少，大于0.5mm和小于0.05mm顆粒含量極少。

表1 風積砂技術指標

2 配合比設計

2.1 確定各檔集料摻配比例

經試驗確定 5檔集料的摻配比例為：風積砂（0～3mm）：石屑（0～4.75）mm：（4.75～9.5）mm：（9.5～19.0）mm：（19.0～26.5）mm＝10%：18%：11%：32%：29%。實際合成級配曲線如圖1所示，可以看出，合成集料級配良好，與中值曲線吻合良好，滿足工程設計及《公路路面基層施工技術細則》的要求。

圖1 水泥穩定碎石基層配合比篩分合成級配曲線

2.2 確定水泥劑量

成型無側限抗壓強度試件采用振動法，通過試驗測定不同水泥劑量下混合料的7d無側限抗壓強度。

隨著水泥劑量的增加，最大干密度和7d無側限抗壓強度成正比關系增長，這是因為水泥劑量增加，會有更多粉料填充在砂礫骨料間，起到膠結作用，使更加密實，有效提高無側限強度。綜合考慮設計強度要求、耐久性及經濟性，選定水泥穩定碎石基層目標配合比水泥劑量為4.7%。

3 工程應用

3.1 摻風積砂與不摻風積砂無側限抗壓強度對比

表2 摻風積砂與不摻風積砂無側限抗壓強度

通過對比分析，等量替代石屑摻加風積砂同水泥劑量的無側限強度提高0.5MPa，摻加風積砂的芯樣嵌擠密實，取芯完整性較好。

3.2 容許延遲時間對強度和干密度的影響

北仙高速公路路線長、工作面大，運輸距離遠達40km，水泥的初凝結時間大于4h，終凝大于6h，以保證水穩混合料有足夠的運輸時間，以確定延遲時間對混合料干密度和水穩層強度影響。目標配合比水泥劑量通過試驗定為4.7%，采用水泥為祁連山PF32.5，初凝時間4.5h，終凝時間 6.6h，分別成型 1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h 無側限強度試件，檢測容許延遲時間對強度和干密度的影響規律，具體試驗結果如圖2所示。

圖2 無側限抗壓強度與延遲時間關系圖

圖3 水穩混合料干密度與延遲時間關系圖

通過分析，可以看出延遲時間與強度關系成反比關系，干密度隨時間延長呈遞減關系。考慮施工運輸與現場攤鋪等待時間，水穩混合料生產后控制在6h內完成攤鋪工作，通過取芯芯樣強度驗證，能夠保證成品強度要求。

3.3 保證EDTA滴定法準確性措施

水穩混合料生產過程中，用EDTA滴定法檢測水泥劑量的影響因素主要是含水量、混合料取樣代表性，集料的級配。石屑中0.075mm以下含量的超標，水穩混合料通過添加沙漠地段天然風積砂，減少了石屑用量，間接性減少了0.075mm的石粉含量，通過試驗比對，含水量對滴定結果影響很小，混合料0.075mm以下通過率高低對水泥劑量的測定結果有很大影響，0.075mm通過率越大，EDTA溶液的消耗量越高。為了驗證水泥劑量準確性，可以根據水穩配合比稱取各種材料用量，拌合均勻，再做EDTA滴定試驗，和拌合站取料做的EDTA滴定試驗結果做對比，驗證水泥劑量標準曲線是否相符，定期復核標準曲線的準確性。

3.4 生產拌和及施工控制要點

3.4.1 水穩拌合站管理工作重點

拌合站操作人員要依據試驗室提供的施工配合比進行配料拌和，試驗人員對混合料生產進行監督，抽樣試驗。

（1）進場材料加強檢測，不合格材料進行處理。

（2）生產過程抽樣檢測混合料級配，進行水洗篩分，拌合站與攤鋪現場分別取樣對比分析，以作為指導施工配合比的重要依據。

（3）定期對拌和設備劑量系統進行校核，每周進行動態標定，生產過程加強水泥劑量滴定檢測頻率，隨時觀察混合料顏色、成團狀態，有無離析現象，當天計算總生產量與水泥消耗量與配合比設定水泥劑量消耗量是否吻合。

（4）為保證混合料到施工現場的含水量，生產混合料用水量比最佳含水率大0.5～1.0%，根據氣溫變化情況以及運輸距離試驗人員合理調整用水量。

3.4.2 水穩混合料運輸

水穩混合料生產后應盡快運至攤鋪現場，運輸車量采取覆蓋措施，以減少水分損失，現場等待車輛保持3～5輛為宜，裝料時采用前后中裝料法，保證混合料的均勻性，防止混合料離析。

3.4.3 水穩混合料攤鋪

攤鋪速度控制在2m/min以內，攤鋪過程中攤鋪機夯錘頻率、開度設置穩定，保證混合料攤鋪后的初始壓實度。攤鋪機布料倉內始終保持一定量的混合料，調整螺旋布料器的轉速，是攤鋪機勻速穩定工作，有利于保證平整度。有專職技術員檢查寬度、厚度、松鋪厚度是否符合設計要求，以方便及時調整攤鋪厚度，出現離析現象時由人工鏟除，補撒新料及時處理。

3.4.4 混合料壓實

保證混合料壓實度，加強混合料含水率測試，碾壓遍數，機械組合、松鋪系數嚴格按照試驗段確定的碾壓施工方案，保證壓實度合格率。

3.4.5 養生措施

水穩層碾壓完成并經壓實度檢驗合格后，立即采用土工布覆蓋，保濕養生。養生期不少于7d，養生期間，采用噴霧灑水車進行灑水。養生期間進行封閉交通，防止施工過程其他車輛對水穩層碾壓損壞。

4 結束語

通過試驗路段確定各項技術參數，摻風積砂與不摻風積砂現場鋪筑試驗段，取芯對比等試驗，摻風積砂的水穩層滿足設計要求，驗證了添加風積砂優化集料級配，不但提高了細集料質量，而且降低了施工成本，保證水穩施工質量。為一帶一路西部沙漠地區交通項目建設降本增效。

[1]曹紅.水泥穩定碎石配比在路基施工過程中的應用.城市建設理論研究，2013（24）.

[2]《公路路面基層施工技術細則》（JTG/TF20-2015）.

[3]《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTGE51-2009）.