超厚水泥穩定碎石基層試驗研究

趙紫強 梁俊杰 王立偉

摘 要：以水泥碎石基層為研究對象，依托望謨至貞豐公路超厚寬幅水泥穩定碎石基層施工項目，首先進行原材料選擇與檢測;其次利用規劃求解法進行混合料配合比設計得出最優配比;然后進行室內擊實試驗獲得最大干密度與最優含水量、無側限壓縮試驗獲得無側限抗壓強度，通過合理設計骨料級配、加水量及水泥劑量以期進一步改善道路基層的使用質量，延長道路使用壽命，滿足道路行車安全舒適的需求及適應全國日益增長的經濟建設需求，以致實現更大的經濟和社會效益。

關鍵詞：水泥碎石基層;規劃求解法;擊實試驗;無側限壓縮試驗

水泥穩定碎石基層作為路面基層材料，具有取材方便、環境污染小、抗沖刷能力強度高、承載力強、剛度適宜、耐久性好、收縮裂縫小及施工成本低等優點[1-2]。根據統計，我國采用水泥穩定碎石作為路面基層材料的高速公路占通車里程的90%以上，并在目前公路建設中越來越占有特殊的重要地位。目前針對水泥穩定碎石基層的施工技術主要為雙機分層攤鋪施工，每層攤鋪厚度在15cm～20cm之間，分層攤鋪施工雖然施工方便，但水泥穩定碎石基層分層攤鋪施工還存在上下基層之間粘結不緊密、上基層施工完畢施工機械易對下基層造成損傷、施工工期較長及施工成本昂貴等問題[3-4]。隨著經濟發展，交通運輸的需要也隨之增加，分層施工水泥穩定碎石基層愈來愈難滿足我國高速公路長壽路面和大規模建設要求。針對以上問題，一次性攤鋪碾壓成型的超厚水泥穩定碎石基層應運而生，其可有效減小反射裂縫的產生、提高基層的整體使用性能，改善層間的離析，提高平整度，還具有施工速度較快、面層基層層間粘結性能優良、施工工期較短、施工費用較低等眾多優點。

本文以問題為導向，針對以上問題，依托S318望謨至貞豐公路改擴建工程，本文通過理論分析、室內試驗等手段相結合，對大厚度水泥穩定碎石基層骨料設計級配及水泥摻量作出一定研究，以利于延長道路使用壽命，推廣應用研究。

1 水泥穩定碎石配比優化設計

S318望謨至貞豐公路改擴建工程望謨縣城至北盤江段位于貴州省黔西南州，項目起點位于望謨縣，終點位于貞豐縣沙坪鎮。標段起訖樁號K0+000～K42+329.259，路線總長42.33km。設計時速40km/h，路基寬度8.5m，基層厚度為30cm，路面結構采用60mm中粒式瀝青混凝土+300mm水泥穩定碎石底基層+150mm級配碎石基層。

1.1 原材料選擇與控制

原材料的相關技術指標能否達到技術要求對水泥穩定碎石基層施工質量至關重要。

1.1.1 水泥

項目采用的水泥源自貴州森垚水泥有限公司生產的標號為P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，凝結時間初凝時間大于3h，終凝時間大于6h，安全性合格，28d膠砂強度滿足規范《公路路面基層施工技術細則》要求。

1.1.2 碎石

項目采用的碎石集料源自望謨縣岜賴秀明砂石場，依據粒徑大小可分為四種規格，進行取料并編號：1#集料為粒徑為20～30mm的碎石;2#集料為粒徑為10～20mm的碎石;3#集料為粒徑為5～10mm的碎石;4#集料為粒徑為0～5mm的碎石。經檢測其各項技術指標均符合規范要求。

1.1.3 水

根據《公路路面基層施工技術細則》（JTGT F20-2015）中35節規定，符合現行《生活飲用水衛生標準》（GB 5749）的飲用水可直接作為基層、底基層材料拌和與養生用水。故本次試驗采用自來水系統中的生活飲用水。

1.2 水泥穩定碎石混合料級配設計

本項目采用骨架密實型結構水泥穩定碎石，混合料配合比的設計及調整方法采用規劃求解法，在實際級配中值與設計級配中值之差的平方和為最小值的目標前提下，利用Excel電子表格計算礦料級配和繪制級配曲線圖[5]。經過計算，混合料級配設計為1#：2#：3#：4#=20：26：19：35。

2 試驗

2.1 擊實試驗

根據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51-2009）規定：試驗集料的最大粒徑控制在25mm以內，最大不得超過40mm。本項目水泥碎石基層材料采用的碎石粒徑最大為31.5mm，故可以根據試驗規程確定丙試驗方法。現將重型擊實試驗所得試驗數據進行收集分析，所得各檔水泥劑量下混合料的最佳含水量與最大干密度如下表1所示。

由上表得到，隨著水泥劑量的增加，混合料的最大干密度及最佳含水率與之成線性增大關系。

2.2 無側限壓縮試驗

按設計級配比例進行人工拌合后悶料，按照各水泥劑量下得出的最佳含水量和最大干密度的98%進行試件成型制件，然后通過無側限抗壓強度試驗得到每個水泥劑量在靜壓條件下的強度代表值Rod。

本次試驗通過壓力試驗機進行混合料試件的成型制作，試件制作高度要求滿足150cm±0.1cm，每組水泥劑量下試件制備數量為13件試件，總計65件。試件制備完成后嚴格按照規范要求進行7d養護室養護，養生溫度采用20℃±2℃，最后1d浸水之后，進行了7d無側限抗壓強度測定，測定結果見表2。

從上述實驗實驗數據可以看出，隨著混合料水泥劑量的增加，其7d無側限抗壓強度與之成線性增大關系。

根據《公路工程基層施工技術細則》（JTG/T F20-2015）中4.3.3節規定，應保證強度變異系數CV?bolcB@ 15%～20%，經檢驗上述試驗數據合理。

強度代表值R0d應不小于強度標準值Rd，當d0d

上述實驗均為實驗室室內試驗，與現場施工存在一定誤差，如室內擊實試驗采用的最佳含水量，建議現場施工應比室內試驗高0.5%～1.0%;試驗配合比設計采用的水泥劑量，建議現場施工控制應比室內試驗高0.5%。

3 結論

（1）針對超厚水泥穩定碎石基層，在原材料選擇的基礎上，利用規劃求解法獲得了混合料配合比設計得出最優配比。

（2）通過室內重型擊實試驗獲得了圓柱形試件的最大干密度與最優含水量，無側限壓縮試驗獲得了試件無側限抗壓強度，經檢測上述實驗成果可用于S318望謨至貞豐公路改擴建工程的水泥穩定碎石基層設計與施工，并可在類似的工程問題中予以借鑒推廣。

參考文獻：

[1]李選文.大厚度水泥穩定碎石基層施工標準化研究[D].長安大學，2016.

[2]楊自全，支啟恒，王瑞祥.待功高速公路大厚度水泥穩定碎石基層設計與施工[J].筑路機械與施工機械化，2016（8）：39-43.

[3]趙崢嶸.大厚度水泥穩定碎石基層路拌施工一次成型技術研究[D].重慶交通大學，2016.

[4]黃志忠.水泥穩定碎石基層分層攤鋪一次成型技術研究[J].福建建材，2018，（9）：77-79.

[5]李建斌，李強，韓永紅，等.骨架密實水泥穩定碎石混合料級配規劃求解設計研究[J].公路，2019，3（9）：255-258.