低劑量水泥穩定天然砂礫路面底基層應用研究

江明洋

摘要：本文通過實例，介紹在貴州省干線公路底基層施工中，采用從巖體中開挖且未經機械破碎得到的天然礫石，通過試驗、分析，并結合天然砂礫的特性，在干線公路底基層中應用，實現就地將沿線強度較低的石材用于路面底基層，達到因地制宜、節約成本的目的，促進生態公路的建設。

關鍵詞：天然砂礫低劑量水泥干線公路底基層

公路交通建設工程是原材料用量巨大的行業之一，西南地區的公路行業蓬勃發展迫切需要尋求同時滿足技術可靠、經濟合理、環境友好的建設材料，若存在一種可以直接用于公路工程的技術指標合格的天然石材，則可減少過度開采對生態環境的破壞、降低工程造價，對促進公路工程的可持續發展具有重要意義。

事實上，在貴州，適用于筑路材料的優質石灰巖分布不均勻，部分路線周邊缺乏優質的石灰巖集料。沿線分布的白云質灰巖及白云巖由于強度較低、且破碎后的集料與瀝青的粘附性較差，并不適用于公路工程，若無法做到就地取材，則將顯著增加工程造價。但在部分地方的巖石由于強度較低、節理豐富，開挖后即可得到一定級配的天然砂礫，研究表明其可用于干線公路底基層中。雖然水泥穩定天然砂礫用于底基層的技術已經很成熟，并且水泥穩定天然砂礫在我國新疆、東北地區也得到了廣泛應用，但是其在貴州省的路面基層中尚未得到應用，所以缺乏經驗。基于此，本文將針對從巖體中開挖且未經機械破碎得到的天然礫石，從原材料適應性、混合料配合比設計和施工工藝方面介紹低劑量水泥穩定天然砂礫在貴州省干線公路底基層中的應用，實現就地取材將沿線強度較低的石材用于路面底基層，達到因地制宜、節約成本的目的，促進生態公路的建設。

1工程概況

1.1依托工程概況

貴州省都勻公路局S306線福泉下洛邦至甘巴哨公路改擴建工程。路線全長20.01公里。起于福泉市與凱里市交界的下洛邦，沿老路布線，止于福泉市甘巴哨與G210線相交。在S306沿線缺乏優質的石灰巖、玄武巖等路面材料，沿線擁有開挖后具有一定級配的天然砂礫，儲量充足。該項目具備試驗路開展的條件。

1.2原材料適應性研究

天然砂礫的級配分布具有不均勻性，不同地區的砂礫級配一般不相同，甚至同一地區的砂礫也不盡相同，導致天然砂礫級配存在一定的波動，而水泥穩定砂礫底基層作為路面結構系統中的承重層，在路面系統中扮演著重要的作用，優質的原材料和穩定的料源是這一功能得以實現的保證，因此有必要對原材料的級配及性能指標進行試驗分析，論證其適用性。

（1）天然砂礫級配分析

合理的級配是底基層強度得以體現的保證，按照《公路路面基層施工技術細則》（JTG/TF20-2015）的要求分別抽取了樁號為K0+800、K1+900、K3+600和K5+200四處的天然砂礫，并進行原材料篩分試驗。結果四處天然砂礫的級配篩分曲線均不滿足規范要求，僅K0+800處的天然砂礫相對接近規范要求的級配范圍，缺少部分細集料，經研究后決定在開采過程中增加挖掘機翻拌次數，落實后再取樣進行篩分，篩分結果滿足規范級配范圍要求，故根據對多次篩分結果，最終確定選用該處的天然砂礫作為原材料

（2）天然砂礫性能研究《公路路面基層施工技術細則》（JTG/TF20-2015）中規定二級及二級以下公路粗集料用于基層時，僅對壓碎值作要求，規范要求壓碎值不低于35%，用于底基層時壓碎值不低于40%。另外，考慮到針片狀顆粒為非理想顆粒，在施工期間和交通狀態下有斷裂傾向，從而影響混合料性能，所以該項目增加檢測了針片狀顆粒含量和洛杉磯磨耗損失值。同樣檢測了K0+800、K1+900、K3+600和K5+200四處的天然砂礫性能指標得到如下試驗結果該試驗結果進一步說明了天然砂礫經水泥改良后可用于底基層中。

1.3混合料配合比設計

根據《公路路面基層施工技術細則》（JTG/TF20-2015），低劑量水泥穩定天然砂礫混合料的配合比設計方法可概括如下。對所用的天然砂礫碎石和水泥進行性能試驗，要求達到技術要求。對天然砂礫碎石混合料進行水洗篩分，確定其天然級配是否滿足要求。按不同水泥劑量分組試驗，確定各組混合料的最佳含水率和最大干密度。根據確定的最佳含水率，拌制水泥穩定碎石混合料，進行無側限抗壓強度試驗。無側限抗壓強度反映了水泥穩定天然砂礫底基層的強度和整體性，是水泥穩定天然砂礫混合料設計和施工質量控制的重要指標。因此，需根據無側限抗壓強度設計要求，確定水泥用量。建議低劑量水泥穩定天然砂礫以7d無側限抗壓強度為主要設計指標，強度標準應控制在1.0～3.0MPa之間，以選擇合適水泥劑量用于施工。

根據無側限抗壓強度的試驗結果，水泥穩定天然砂礫碎石混合料的無側限抗壓強度隨水泥劑量增加而增加。水泥劑量為1.7%～2.4%時，水泥穩定天然砂礫碎石的無側限抗壓強度均能滿足二級公路作為底基層的強度要求（1.0MPa～3.0MPa）。

工程施工該項目采用路拌法和廠拌法兩種施工方法，在進行了不同水泥劑量下無側限抗壓強度試驗通過室內試驗驗證得出兩種拌和條件下水泥劑量及最佳含水量如表所示。低劑量水泥穩定天然砂礫設計結果

路拌法施工和廠拌法施工均效果良好，但路拌法施工仍存在以下問題：

（1）用料存在人為誤差，較難準確控制水泥劑量。

（2）混合料含水量無法準確控制。

（3）砂礫混合料中存在的超粒徑顆粒無法有效控制。

1.4經濟與社會效益

（1）經濟效益：項目原設計底基層為級配碎石，因全線缺少優質石灰巖碎石需從距離30km外的福泉市外購，運距遠且經濟成本較大。相比于級配碎石，采用低劑量水泥穩定天然砂礫底基層能夠有效的節約工程建設成本，當水泥用量在1.7%～3.0%之間時，工程可節省15%-48%的成本。

（2）社會效益：因大量天然砂礫可在路基開挖時獲得，因此減少了新開料場和棄方占用土地對環境的不利影響。也減少了運輸和再加工過程產生的能耗，減少了碳排放量。

結語：

通過S306福泉下洛邦至甘巴哨公路改擴建工程施工實例，可知在道路施工時如果沿途存在大量天然砂礫，可通過對天然砂礫的系統分析、試驗、設計，最后將其運用在公路底基層施工中，不僅能夠節約工程建設成本，同時降低了再加工過程的生產能耗，減少了碳排放，避免了揚塵污染，減少了植被破壞，保護了環境，經濟與社會效益俱佳，對今后類似的工程能提供一定的借鑒作用。

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