水泥穩定碎石基層的施工

如東縣交通工程有限責任公司

摘要：通過對城市道路中水泥穩定碎石層的施工工藝的研究和分析，提出了適合于江蘇地區的材料組成及性能，從而提高了水泥穩定碎石層的強度值，使其具有良好的整體性和耐久性，可逐步取代城市道路中應用較多的石灰土基層。

關鍵詞：道路；水泥穩定碎石；工藝流程；組成；性能；效益

隨著城市交通的不斷發展，對道路的質量要求越來越高，因此道路結構基層的材料成為影響道路質量和使用壽命的主要因素。在部分城市道路結構中基層應用較多的是石灰土，當道路面層出現裂縫或其抗滲性較差時，水就會滲入基層和路基，會發生軟化，唧泥等情況，導致基層強度降低，路面破壞加速。水泥穩定碎石層相對于石灰土是一種良好的基層材料，因為水泥穩定碎石具有強度高、穩定性好、耐久性好的特點，因此可廣泛應用于各級道路、特別是高等級道路的基層或底基層。

1 水泥穩定碎石基礎原理及工藝流程

水泥穩定碎石層是將水泥、級配碎石、石屑和水按一定比例混和攪拌，攤鋪碾壓后形成的一種半剛性結構層。當水泥與級配碎石拌合后，水泥礦物與集料上的水分發生水化反應，其主要的水化產物是水化的硅酸鈣、鋁酸鈣和氫氧化鈣。前兩種是主要的膠結成分，而氫氧化鈣則從溶液里分離出來參與各種反應；各種水物產生后有的自身繼續進行反應，主要有離子交換及團粒化作用、硬凝反應及碳酸化作用。級配好的集料經壓實后，本身就有較高的強度和穩定性，添加了適當水泥后更能增加其強度和穩定性，使水泥穩定粒料滿足高等級道路對基層的強度和穩定性要求。

水泥穩定碎石工藝流程：

原材料進場檢驗→混合料試配→混合料集中廠拌→自卸車運料→攤鋪機攤鋪→輕壓→平地機整平、整型→重型壓路機碾壓成型→養生→取樣檢測

2 水泥穩定碎石層的組成及性能

2.1 水泥穩定碎石層原材料的選擇

2.1.1 水泥

普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥都可用于水泥穩定碎石，但應選用終凝時間較長（宜在6h以上）的水泥，最好采用標號低的水泥（如32.5MPa）。

2.1.2 碎石

碎石的級配采用《公路工程集料試驗規程》（JTJ058—2000）路面基層及底基層用集料規格，一種碎石很難滿足要求，需采用幾種碎石進行級配調整。級配碎石可用10～20mm、16～31.5mm碎石、石屑組成，其中16～31·5mm中的30mm以上的粒徑極少，石屑中又含有一定石粉，通過多次篩分選用其比例組成為20%、40%、34%，篩分結果見表1。

另外經檢測碎石的壓碎值為13%，通過0.075mm篩孔的顆粒含量小于7%，這樣可減少水泥穩定粒料的收縮并能提高其抗沖刷能力。

2.1.3 水

拌合水泥穩定碎石的水采用自來水即可。

2.2 水泥穩定碎石層混和料的組成設計

由于穩定級配碎石已滿足上述試驗規程要求，所以混和料組成設計僅需確定必須的水泥劑量和混合料的最佳含水量。選一個水泥用量（占級配碎石的質量百分比），假定一個最大干密度（水泥和碎石的質量和）按照下表中各用水量（占水泥和級配碎石的質量百分比）進行擊實，結果見表2

從表2可見在其他材料用量不變時，當用水量低于5%時隨著用水量的增加，干密度不斷增大，當用水量高于5%后，干密度停止增長，當用水量>7%時拌和物溶液開始流出，導致擊點的干密度降低，故按上述方確定水泥穩定碎石的用水量為W=5.1%

通過對其他水泥用量的擊點試驗，用水量在5%左右。

按5%的用水量選定占級配碎石用量的4%、5%、6%、8%四組不同水泥劑量進行試驗，分別成型7d做無側限抗壓強度試件，放入標準養護室按規定齡期試驗。

2.2.1 無側限抗壓強度試驗結果如表3：

從表3可見，7d齡期抗壓強度隨水泥劑量增加而增加，若僅從抗壓強度方面考慮，水泥劑量4%強度低于高等級公路要求，而8%的強度明顯偏高。

2.2.2 抗壓回彈模量試驗

試驗表明，水泥劑量在4%～6%范圍內時試件的回彈模量隨水泥含量的增加而線性增長，而8%的水泥劑量增加值則明顯高于這一關系。

2.2.3 干縮試驗

從試驗中可知：4%水泥劑量試件的干縮應變量大，干縮系數也較高，6%水泥劑量的試件有最小的干縮應變和干縮系數；8%的水泥劑量的干縮系數最高。

綜合現行規范和試驗結果，可以認為8%的水泥劑量在試驗中僅作為對比劑量，不宜使用，因為過高的強度和剛度與瀝青面層的強度相差過大，是對面層結構不利的，且高的水泥劑量對應較大的收縮和較多裂縫，故強度穩定性滿足要求的情況下，建議水泥劑量為5%～5.5%

3 經濟、社會效益分析

3.1 采用新結構與原結構的價格比較

（1）原建道路結構以機動車道設計為例。

1 5cm厚中粒式瀝青砼

2 6cm厚黑色碎石

3 2.5kg/cm2瀝青穩定碎石

4 12cm厚碎石承重層

5 35cm厚2∶8灰土基層

價格計算：取道路面積參數10000m2，采用現價計算，單位經濟指標76.51元/m2，總造價765107元。

（2）采用15cm碎石穩定層設計結構：

1 5cm厚中粒式瀝青砼

2 6cm厚黑色碎石

3 15cm厚水泥穩定碎石層，水泥含量6%

4 25cm厚2∶8灰土基層

價格計算：取道路面積參數10000m2，采用現價計算，單位經濟指標79.27元/m2，總造價792668元。

（3）兩種類型設計結構單位經濟指標價格比較

按上述結果推斷：新型道路結構（采用15cm厚水泥穩定碎石層）與原道路結構價格比較，新式道路結構單位經濟指標每平方米造價提高3.6%。

兩種類型結構價格比較計算基數，均采用同種基期基價計算，即計費水平一致。

（4）15cm厚水泥穩定碎石層（水泥含量6%）單位經濟指標20·17元/m2是目前投標工程參照的價格依據之一。

3.2 經濟效益分析

根據3.1價格比較，新型道路結構單位經濟指標每平方米造價提高3.6%。

3.3 社會效益分析

（1）該水泥穩定碎石實施后，與2∶8灰土基層比較，提高了道路基層的施工質量和耐久性，減少養護費用。

（2）水泥穩定碎石采用集中拌合，避免施工現場灰土拌合，減少粉塵的污染，同時減少施工現場拌合灰土占用面積，適合于交通量大，道路改建工期要求快的工程。

（3）用水泥穩定碎石取代2∶8灰土做道路基層，避免石灰的燒制過程中對環境的污染。

4 結語

水泥穩定碎石層由于該結構原材料來源豐富，價格較低，施工易操作、易于控制質量和加快施工速度、環保、經濟等優點，將有逐步取代灰土基層的趨勢，它特別適用于城市道路和城市管道開挖施工后道路恢復時的基層。同時與2∶8灰土基層相比，施工中減少了粉塵污染，節約土地資源，使用期間又可減少養護費用，社會效益和經濟效益顯著，易于在城市道路中大力推廣。