碼頭堆場級(jí)配碎石基層配合比設(shè)計(jì)

劉志宏, 張艷林, 沈達(dá)佳

(1.中交二航局第一工程有限公司，湖北 武漢 430012；2.中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武漢 430012;3.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430063)

良好的級(jí)配碎石基層強(qiáng)度主要體現(xiàn)在集料自身強(qiáng)度及集料顆粒之間的嵌擠密實(shí)咬合力。因此，對(duì)于級(jí)配碎石基層，高質(zhì)量的集料原材料，優(yōu)化的配合比設(shè)計(jì)，合理的碾壓施工工藝，是施工生產(chǎn)質(zhì)量控制的有力保證，也是工程實(shí)踐中的主要控制點(diǎn)。

1 項(xiàng)目概況

某碼頭堆場位于前沿胸墻和后方軌道梁之間，面積為45 000 m2。根據(jù)設(shè)計(jì)，聯(lián)鎖塊鋪面形式堆場結(jié)構(gòu)層自上而下依次為：聯(lián)鎖塊100 mm、中粗砂30 mm、級(jí)配碎石層1 000 mm、碎石墊層150 mm，如圖1所示。

圖1 堆場結(jié)構(gòu)層示意圖

2 檢測指標(biāo)控制要求

2.1 混合料級(jí)配

混合料級(jí)配是影響級(jí)配碎石承載力及基層穩(wěn)定性最主要的技術(shù)指標(biāo)。通過對(duì)拌和站拌和級(jí)配碎石干樣篩分試驗(yàn)，可以確定拌和站各計(jì)量系統(tǒng)是否精確，保證級(jí)配碎石成品級(jí)配及其穩(wěn)定性。同時(shí)，經(jīng)現(xiàn)場壓實(shí)后對(duì)混合料級(jí)配檢測，分析施工后的級(jí)配碎石基層質(zhì)量是否滿足要求。級(jí)配技術(shù)規(guī)格要求詳見表1。

表1 混合料篩分控制范圍

2.2 壓實(shí)度和含水量

堆場級(jí)配碎石基層壓實(shí)度不小于98%，含水量不超過最佳含水量的±0.5%。壓實(shí)度是結(jié)構(gòu)層密實(shí)程度的直觀反應(yīng)，是施工中質(zhì)量控制的必要指標(biāo)。

2.3 現(xiàn)場CBR值

CBR值反映了級(jí)配碎石基層在特定變形條件下的承載能力，是材料的強(qiáng)度是否符合要求、碾壓施工工序是否合理的反射，是黏結(jié)整體在點(diǎn)荷載作用下的變形特征顯示。提高級(jí)配碎石CBR值的途徑在于保持級(jí)配的均勻性，碾壓的合理性，以期結(jié)構(gòu)層在施工后形成穩(wěn)定的整體骨架。現(xiàn)場CBR值大于80%。

3 級(jí)配碎石原材料及性能

品質(zhì)優(yōu)良的集料原材料是級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量保證的先決條件。原材料質(zhì)量主要體現(xiàn)在強(qiáng)度、粒徑、級(jí)配及含泥和有害物質(zhì)含量等方面，因此要擇優(yōu)選擇合格料源，破碎生產(chǎn)工藝先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量可控的石場。級(jí)配碎石原材料性能影響一般有如下的幾個(gè)因素：

(1)集料強(qiáng)度：級(jí)配碎石集料壓碎值應(yīng)不大于26%，且洛杉磯磨耗率不大于30%。

(2)集料粒徑、級(jí)配：集料應(yīng)飽滿且破碎面較多，級(jí)配合理。控制光圓顆粒礫石含量，且針片狀含量不應(yīng)大于20%，避免在施工碾壓過程中發(fā)生二次破碎，改變?cè)牧系募?jí)配，影響壓實(shí)度和CBR值。

(3)液限、塑性指數(shù)：試驗(yàn)表明，當(dāng)小于0.5 mm粒料的含量較大時(shí)，其液限、塑性指數(shù)會(huì)發(fā)生較大變化，影響級(jí)配碎石性能。小于0.5 mm含量越大，級(jí)配碎石混合料的CBR值越小，其穩(wěn)定性越差。

(4)含泥量、泥塊含量：含泥量和泥塊含量過大會(huì)對(duì)級(jí)配碎石強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性產(chǎn)生較大負(fù)面影響，故在集料生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制。

(5)含水量：含水量是保證級(jí)配碎石攤鋪層碾壓施工后達(dá)到密實(shí)和提高承載力的重要因素。含水量較低時(shí)，碾壓施工中級(jí)配碎石顆粒之間的摩擦力較大，達(dá)不到預(yù)期的密實(shí)效果和承載力要求；含水量過高則會(huì)造成級(jí)配碎石經(jīng)碾壓一定時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)“反彈”的現(xiàn)象。

3.1 原材料規(guī)格選定

本級(jí)配碎石料源為當(dāng)?shù)卣{(diào)研料場，選用五種不同規(guī)格集料，各規(guī)格見表2。

表2 級(jí)配碎石規(guī)格明細(xì)表

3.2 原材料各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果

原材料物理力學(xué)性能檢測如下：

(1)粗集料：詳見表3。

表3 粗集料各項(xiàng)指標(biāo)值

(2)細(xì)集料：詳見表4。

表4 細(xì)集料各項(xiàng)指標(biāo)值

(3) 拌合用水:水使用地下水,其各項(xiàng)檢測指標(biāo)見表5。

表5 水檢測結(jié)果

4 配合比設(shè)計(jì)

4.1 室內(nèi)試配

取上述五種規(guī)格材料，進(jìn)行篩分試驗(yàn)，其篩分結(jié)果詳見表6。

表6 各規(guī)格材料篩分結(jié)果

針對(duì)各規(guī)格集料篩分結(jié)果，計(jì)算出粒徑級(jí)配滿足要求的配比方案，進(jìn)行試配，并通過混合料篩分結(jié)果來驗(yàn)證。選定級(jí)配比例及篩分結(jié)果詳見表7、表8及圖3。

表7 選定級(jí)配比例

表8 混合料篩分結(jié)果

4.2 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)上述選定級(jí)配使用重型擊實(shí)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定室內(nèi)最大干密度、最佳含水量。本次試驗(yàn)所有的試模體積為2177cm3,擊實(shí)錘為4.5kg，試驗(yàn)結(jié)果詳見表9及圖3。

圖2 混合料篩分曲線圖

圖3 擊實(shí)試驗(yàn)曲線圖

表9 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，最佳含水量為6.0%，最大干密度為2.211g/cm3。

4.3 配合比的確定

根據(jù)室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果，確定級(jí)配碎石配合比詳見表10。

表10 配碎石配合比

5 堆場試驗(yàn)段驗(yàn)證

目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)完成，需要在實(shí)際施工中應(yīng)用才能驗(yàn)證其強(qiáng)度和穩(wěn)定性是否滿足現(xiàn)場要求。級(jí)配碎石基層質(zhì)量的好壞，壓實(shí)度、含水量和CBR值是最重要的內(nèi)在指標(biāo)，通過一定的頻率來檢測驗(yàn)收，并用于指導(dǎo)后續(xù)施工。在級(jí)配碎石的級(jí)配和分層厚度一定的情況下，壓實(shí)度大小和CBR值與碾壓機(jī)具性能、碾壓工藝(壓路機(jī)組合方式、碾壓順序和碾壓遍數(shù))以及級(jí)配碎石含水量有關(guān)。

為了較好的驗(yàn)證室內(nèi)試驗(yàn)配合比、材料各性能指標(biāo)，在大面積堆場基層施工前，選取面積約為500m2的試驗(yàn)段，進(jìn)行不同的攤鋪壓實(shí)工藝比較，以確定合理的松鋪厚度、壓實(shí)工藝及遍數(shù)、施工控制含水量及接縫處理，用于指導(dǎo)大面積施工。

在堆場試驗(yàn)段施工后，組織了現(xiàn)場壓實(shí)度和CBR值檢測。根據(jù)現(xiàn)場檢測情況反映，壓實(shí)度檢測結(jié)果值在98%～103%，CBR值均超過105%。由此可見，在合理的施工組織下，此級(jí)配碎石配合比符合現(xiàn)場施工要求。

6 結(jié) 論

通過對(duì)級(jí)配碎石原材料性能檢測和室內(nèi)試驗(yàn)，以及現(xiàn)場施工驗(yàn)證，堆場基層的級(jí)配碎石最佳配合比為：1#∶2#∶3#∶4#∶5#=35%∶20%∶10%∶25%∶10%。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)施，本配合比符合設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范要求，經(jīng)濟(jì)性良好，可供今后公路或市政道路級(jí)配碎石配合比設(shè)計(jì)時(shí)參考。