水泥穩(wěn)定碎石基層配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)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(lái)隨著高等級(jí)公路的不斷修建，水泥穩(wěn)定材料以其強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、抗沖刷能力強(qiáng)等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于高等級(jí)公路的基層或底基層中。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)的高等級(jí)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。基層是路面結(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(jí)公路水泥穩(wěn)定碎石基層的施工，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層配合比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 工程概況

省道大同—忻州公路(編號(hào)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(hào)G108線)匯合，全長(zhǎng)232 km。本文研究路段K102+743.618～K155+680，是1988年～1990年修建的二級(jí)公路，經(jīng)過(guò)十幾年的運(yùn)營(yíng)，特別是近幾年經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，重車(chē)的急劇增加，路面出現(xiàn)了龜裂、松散、沉陷等多種病害，實(shí)測(cè)彎沉值也遠(yuǎn)超過(guò)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(jí)路加寬改建。

2 水泥穩(wěn)定碎石基層級(jí)配設(shè)計(jì)

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

對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層集料取樣進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果見(jiàn)表1。

按照篩分試驗(yàn)結(jié)果，以及《公路基層施工技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2，繪制曲線見(jiàn)圖1。

表2 水泥穩(wěn)定碎石基層混合料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果 %

圖1 水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配曲線圖

3 設(shè)計(jì)級(jí)配的重型擊實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)上述級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)水泥劑量分別為3.5%，4.0%，4.5%，按照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各級(jí)配不同水泥劑量下基層混合料的擊實(shí)試驗(yàn)，擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同水泥劑量下重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

級(jí)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(qiáng)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(chǎng)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(yàn)，綜合考慮本次成型方法所得強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，水泥穩(wěn)定碎石混合料的設(shè)計(jì)水泥劑量取為4.0%。

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，采用較粗的級(jí)配有利于提高水泥碎石混合料的強(qiáng)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(qiáng)度無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(shí)度(98%)成型無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件。在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)6 d，浸水1 d后取出，進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(qiáng)度試驗(yàn)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(yàn)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(jì)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，粗級(jí)配有利于提高混合料的強(qiáng)度，但其施工和易性要比細(xì)級(jí)配差，施工控制要求高于細(xì)級(jí)配，建議省道大忻線二級(jí)公路水泥穩(wěn)定碎石基層級(jí)配采用規(guī)范級(jí)配偏下限，即設(shè)計(jì)級(jí)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(qiáng)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(dòng)成型法設(shè)計(jì)得到的水穩(wěn)碎石混合料指標(biāo)與現(xiàn)場(chǎng)施工具有較好的一致性，而振動(dòng)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(xiàng)目特點(diǎn)及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，作為現(xiàn)場(chǎng)施工控制參數(shù)，建議采用設(shè)計(jì)結(jié)果的1.03倍控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度。

[1] 辛 健.水泥穩(wěn)定碎石的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型及其在侵爆數(shù)值模擬中的運(yùn)用[D].北京:國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

[2] 王沛生.水泥穩(wěn)定碎石在徐州地區(qū)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

[3] 孔 斌.水泥穩(wěn)定碎石冷再生基層技術(shù)應(yīng)用研究[D].重慶:重慶交通大學(xué)，2010.

[4] 成伯君.水泥穩(wěn)定碎石施工工藝應(yīng)用研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

[5] 邊開(kāi)磊.水泥穩(wěn)定碎石透水基層性能研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

[6] 王海朋.摻細(xì)廢舊料水泥穩(wěn)定碎石抗裂性研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[7] JTJ T034-93，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[8] JTJ 059-95，公路路面路基現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程[S].

[9] JCT 1083-2008，水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法[S].

[10] JC/T 578-1995，水泥強(qiáng)度勻質(zhì)性試驗(yàn)方法[S].

[11] GB/T 12573-2008，水泥取樣方法[S].