二灰穩定碎石基層混合料配合比設計的探討

劉德賓（西安市公路勘察設計院，陜西 西安 710065）

近年來，干線公路養護大修工程路面補強設計大多采用加鋪二灰碎石路面基層。二灰碎石基層混合料的配合比設計雖經反反復復的施工試驗，但均在教訓和經驗中摸索徘徊，從按照規范規定級配施工到采用單一粒徑碎石，二灰混合料含量從15%～30%，混合料的7天無側限強度從0.7MPa～1.1MPa，白灰劑量從5%～8%，均未收到滿意的工程效果。

西寶南線路面大修工程施工中，我們在歷年施工經驗的基礎上，認真進行二灰碎石混合料配合比設計，取得了施工過程無翻漿、基層強度均勻穩定的工程效果。

1 施工材料的工程性質

1.1 白灰

白灰技術指標應符合《公路路面基層施工技術規范》（JTJ 034-2000）（以下簡稱《基層施工技術規范》）相關條款的要求。

1） 高速公路、一級公路或者重交通二級公路路面基層施工，宜采用磨細生石灰粉。

2） 混合料含水量過大時，水分會阻隔白灰與空氣的接觸，其鈣化速度較慢，基層強度很難短時間內形成；混合料含水量過小，白灰顆粒之間缺少粒子運動，很快鈣化成為單一的顆粒粉末而不能形成強度。

1.2 粉煤灰

粉煤灰質量應符合《基層施工技術規范》5.2.2條要求。

粉煤灰吸水能力較強，混合料含水量較大時，粉煤灰將成為泥漿狀，不但沒有粘結力，而且成為減弱礦料嵌擠摩阻力的潤滑劑；混合料含水量較小時，其不但自身難以壓實，而且吸收白灰鈣化所需水分，影響白灰鈣化強度的形成。

1.3 集料

二灰碎石基層的主要材料就是集料，根據結構層厚度和強度要求，二灰碎石基層使用集料除應滿足《基層施工技術規范》相關條款技術指標的要求。

1）粗集料：最大顆粒粒徑應控制在37.5mm以內；要求具有足夠的強度，粒徑比較單一，風化石、針片狀含量較少。

2）細集料：最大顆粒粒徑應控制在10mm以內，粒徑小于0.075mm的顆粒含量宜趨近于0；要求無風化、無泥土、無腐殖質等。

1.4 水

不含酸性物質的飲用水均可。

2 問題分析及對策

在公路養護工程中，特別是三級公路養護工程中，由于施工條件限制，一般采用邊通車邊施工、半幅施工半幅通車，有的基層甚至是剛剛鋪好就要經受行車碾壓。如果配合比設計不合理，所鋪基層很快就遭到損壞。例如下圖1。

圖1 二灰穩定碎石基層混合料

2.1 骨架嵌鎖型結構

二灰穩定混合料的礦料級配中，粗顆粒集料含量偏大，甚至全部為單一粗顆粒集料時，結構的強度形成主要有兩個方面：一是礦料經過碾壓，之間存在一定的相互嵌擠摩阻力；二是在礦料間隙中填充的二灰混合料的粘結力。

采用這種結構易出現翻漿、裂縫等病害，分析主要原因如下：

1）骨架結構中，集料間存在大量空隙，如果二灰含量較少，不但攤鋪工程過程中容易產生離析現象，而且集料空隙間所填充的二灰混合料亦不易達到密實狀態，遇雨水將很快浸入基層內部，引起翻漿等病變。

2）骨架型結構中，如果二灰含量較大，骨料將處于懸浮狀態，雖說二灰混合料在強大的振動壓力下能夠密實，但由于二灰極易吸收水分，遇水后在行車作用下很快就會引起翻漿；正常養護凝固后，由于較厚的二灰結構的冷縮應力作用，很容易產生橫向裂縫等病變。

2.2 密實型結構

采用規范表5.2.6-2“二灰級配碎石中集料的顆粒組成范圍”的2號級配，集料處于連續級配狀態。該結構二灰碎石施工不易產生離析，基層成型后具有強度高、干縮性小、抗沖刷能力強、施工不易產生離析現象等優點。但這種結構初期穩定性較差，在行車碾壓下易產生車轍、擁抱、網裂狀沉陷等病害；當含水量較高、或者施工中遇到雨天時，亦易產生翻漿等病害。

2.3 懸浮型結構

即細顆粒集料將粗顆粒集料包裹懸浮的結構形式，該結構基層不但白灰用量較大、強度低，而且具有骨架結構二灰含量大及密實型結構兩種類型的所有缺點。

表1 西寶南線二灰碎石基層用集料級配合成計算表

3 混合料的配合比設計

為了確保二灰碎石基層的施工質量，我們通過多次嚴格的試驗確定，混合料的配合比設計應選用骨架嵌擠型結構。

3.1 骨架嵌擠型混合料配合比設計原理

1）取重量為mt，容積為20升的鐵桶，將干粗集料填滿鐵桶并振動搗實；并稱重為mg；

2）給裝滿干粗集料的鐵桶注滿水，24小時后將水面與鐵桶上沿補平齊，稱水料重mw；

3）將鐵桶中的水分倒出，稱鐵桶及飽水粗集料重為ms；

4）經計算知道：干粗料mg-mt中，空隙體積為mw-ms公升；

5）按照不同二灰含量（二灰混合料壓實干密度按照1.15g/cm3（所有密度均以試驗結果為準）、碎石視密度2.54 g/cm3計）計算二灰所占空隙。以二灰含量為20%的二灰碎石混合料，最大干密度為2.03g/cm3為例，計算出干粗集料重mg-mt中，二灰所占空隙體積約為

6）細集料視密度按照2.54g/cm3計，計算細集料用量約為

因mg、mt、mw、ms均為試驗測得數據，故由公式①、②可以解得Ve、mx。

3.2 總結

通過大量室內試驗及工程實踐總結，白灰︰粉煤灰=1︰2～1︰3，二灰含量15%～20%，通過4.75mm篩孔的細集料占混合料總質量20%-24%時，二灰碎石基層不但初期穩定性較好，而且后期工程效果也較為顯著。

3.3 碎石基層集料級配

西寶南線二灰穩定碎石基層集料級配詳見表1。

4 工藝及效果

二灰碎石基層施工應切合工程實際，首先通過大量試驗來確定理想的混合料配合比設計，然后嚴格遵守《基層施工技術規范》進行施工。

4.1 混合料拌合施工要求

1）施工材料堆放要求。粉煤灰、白灰、粗集料和細集料均應隔離堆放，以免串料導致級配難以控制。白灰、粉煤灰盡量采用防御設施覆蓋，以免起塵或浸水過濕。

2）拌合機械性能要求。混合料拌合采用臥式強制穩定土拌合設備，要求電子計量，至少配4個上料斗，儲料口配儲料斗。

3）拌合比例控制。嚴格按照試驗室提供的集料配合比例進行上料拌合，并將拌好的混合料在料場儲備6-12h，以保證碎石表面吸收水分而與二灰混合料充分粘結，避攤鋪施工產生避免離析現象。

4）嚴格混合料含水量控制，基層養護過程中，在保持基層始終處于潮濕狀態下，盡量避免行車碾壓。

4.2 工程實施效果

1）混合料外觀質量。采用骨架嵌擠型結構拌制的二灰碎石混合料，色澤統一穩定，經試驗室檢測，拌出的混合料含石量始終處在控制范圍之內；標準擊實試驗所取得的最大干密度較其它類型結構高0.03-0.06g/cm3。

2）混合料攤鋪效果。該二灰碎石混合料在施工攤鋪過程中，攤鋪后未出現離析現象，集料均勻穩定。

3）混合料養護實施效果。由于交通保暢壓力較大，在基層養護初期，采用骨架嵌擠型結構拌制的二灰碎石混合料所攤鋪的路面基層，經受住了大量車輛碾壓，新鋪基層在4天的陰雨天中，經受不少車輛碾壓，均沒出現嚴重翻漿現象。

4）工程質量評定。西寶南線12.066km路面基層工程施工中，二灰穩定碎石混合料七天無側限抗壓強度保持在0.9-1.2MPa之間，全路段基層均在28天后取出完整芯樣。

5 結語

在公路養護大修工程中，采用骨架嵌擠型結構二灰碎石混合料攤鋪的路面基層，具有初期強度高、整體穩定性優良、施工工藝可靠等優點。但在應用前應加強原路基整體性、穩定性調查，對路基強度不足地段應予以徹底處理，以確保路面基層工程施工質量。

[1]中華人民共和國交通部《公路路面基層施工技術規范》JTJ 034-2000 北京:人民交通出版社，2000.9.

[2]中華人民共和國交通運輸部《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》JTG E51—2009 北京:人民交通出版社，2009.12.

[3]中華人民共和國交通部《公路土工試驗規程》JTG E40—2007 北京:人民交通出版社，2009.3.

[4]姜愛鋒.任惠清；二灰碎石組成配合比設計[J].同濟大學學報,1999年03期