沙漠區(qū)公路用風(fēng)積砂設(shè)計(jì)水穩(wěn)碎石基層配合比與施工質(zhì)量控制研究

董 彥 劉振興 董 恒

（中交二航局六分公司 湖北武漢 430080）

引言

水泥穩(wěn)定碎石基層作為公路路面工程的主要承重層，實(shí)際施工中質(zhì)量監(jiān)控重視程度不夠，認(rèn)為只要強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求即可，通過提高水泥劑量保障強(qiáng)度，混合料級(jí)配不合理，細(xì)集料0.075mm通過率超標(biāo)嚴(yán)重，集料中含土、風(fēng)化石、軟弱顆粒多，加上養(yǎng)護(hù)不到位導(dǎo)致基層容易出現(xiàn)縱橫向裂紋。G569線北山（蒙甘界）至仙米寺（甘青界）高速公路地處沙漠地段，筑路材料缺乏，光靠外運(yùn)材料勢(shì)必會(huì)增加成本，利用沙漠段風(fēng)積砂，代替石屑，用于水泥穩(wěn)定碎石基層施工，不僅可以控制成本，加快工程進(jìn)度，而且還可以使風(fēng)積沙得到有效利用。

1 原材料

風(fēng)積砂：

沙漠區(qū)的風(fēng)積砂顏色為淡黃色，顆粒均勻，經(jīng)過多年的風(fēng)吹積淀而成，風(fēng)積砂具有非親水性，天然含水量低，黏結(jié)性差，主要化學(xué)成分是硅氧化物及鈣、鋁、鐵、鎂等氧化物，其粒度成分以細(xì)砂（0.10～0.25mm）為主，中砂（0.25～0.5mm）較少，大于0.5mm和小于0.05mm顆粒含量極少。

表1 風(fēng)積砂技術(shù)指標(biāo)

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 確定各檔集料摻配比例

經(jīng)試驗(yàn)確定 5檔集料的摻配比例為：風(fēng)積砂（0～3mm）：石屑（0～4.75）mm：（4.75～9.5）mm：（9.5～19.0）mm：（19.0～26.5）mm＝10%：18%：11%：32%：29%。實(shí)際合成級(jí)配曲線如圖1所示，可以看出，合成集料級(jí)配良好，與中值曲線吻合良好，滿足工程設(shè)計(jì)及《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》的要求。

圖1 水泥穩(wěn)定碎石基層配合比篩分合成級(jí)配曲線

2.2 確定水泥劑量

成型無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試件采用振動(dòng)法，通過試驗(yàn)測(cè)定不同水泥劑量下混合料的7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

隨著水泥劑量的增加，最大干密度和7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度成正比關(guān)系增長(zhǎng)，這是因?yàn)樗鄤┝吭黾?，?huì)有更多粉料填充在砂礫骨料間，起到膠結(jié)作用，使更加密實(shí)，有效提高無側(cè)限強(qiáng)度。綜合考慮設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求、耐久性及經(jīng)濟(jì)性，選定水泥穩(wěn)定碎石基層目標(biāo)配合比水泥劑量為4.7%。

3 工程應(yīng)用

3.1 摻風(fēng)積砂與不摻風(fēng)積砂無側(cè)限抗壓強(qiáng)度對(duì)比

表2 摻風(fēng)積砂與不摻風(fēng)積砂無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

通過對(duì)比分析，等量替代石屑摻加風(fēng)積砂同水泥劑量的無側(cè)限強(qiáng)度提高0.5MPa，摻加風(fēng)積砂的芯樣嵌擠密實(shí)，取芯完整性較好。

3.2 容許延遲時(shí)間對(duì)強(qiáng)度和干密度的影響

北仙高速公路路線長(zhǎng)、工作面大，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)達(dá)40km，水泥的初凝結(jié)時(shí)間大于4h，終凝大于6h，以保證水穩(wěn)混合料有足夠的運(yùn)輸時(shí)間，以確定延遲時(shí)間對(duì)混合料干密度和水穩(wěn)層強(qiáng)度影響。目標(biāo)配合比水泥劑量通過試驗(yàn)定為4.7%，采用水泥為祁連山PF32.5，初凝時(shí)間4.5h，終凝時(shí)間 6.6h，分別成型 1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h 無側(cè)限強(qiáng)度試件，檢測(cè)容許延遲時(shí)間對(duì)強(qiáng)度和干密度的影響規(guī)律，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與延遲時(shí)間關(guān)系圖

圖3 水穩(wěn)混合料干密度與延遲時(shí)間關(guān)系圖

通過分析，可以看出延遲時(shí)間與強(qiáng)度關(guān)系成反比關(guān)系，干密度隨時(shí)間延長(zhǎng)呈遞減關(guān)系?？紤]施工運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)攤鋪等待時(shí)間，水穩(wěn)混合料生產(chǎn)后控制在6h內(nèi)完成攤鋪工作，通過取芯芯樣強(qiáng)度驗(yàn)證，能夠保證成品強(qiáng)度要求。

3.3 保證EDTA滴定法準(zhǔn)確性措施

水穩(wěn)混合料生產(chǎn)過程中，用EDTA滴定法檢測(cè)水泥劑量的影響因素主要是含水量、混合料取樣代表性，集料的級(jí)配。石屑中0.075mm以下含量的超標(biāo)，水穩(wěn)混合料通過添加沙漠地段天然風(fēng)積砂，減少了石屑用量，間接性減少了0.075mm的石粉含量，通過試驗(yàn)比對(duì)，含水量對(duì)滴定結(jié)果影響很小，混合料0.075mm以下通過率高低對(duì)水泥劑量的測(cè)定結(jié)果有很大影響，0.075mm通過率越大，EDTA溶液的消耗量越高。為了驗(yàn)證水泥劑量準(zhǔn)確性，可以根據(jù)水穩(wěn)配合比稱取各種材料用量，拌合均勻，再做EDTA滴定試驗(yàn)，和拌合站取料做的EDTA滴定試驗(yàn)結(jié)果做對(duì)比，驗(yàn)證水泥劑量標(biāo)準(zhǔn)曲線是否相符，定期復(fù)核標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性。

3.4 生產(chǎn)拌和及施工控制要點(diǎn)

3.4.1 水穩(wěn)拌合站管理工作重點(diǎn)

拌合站操作人員要依據(jù)試驗(yàn)室提供的施工配合比進(jìn)行配料拌和，試驗(yàn)人員對(duì)混合料生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督，抽樣試驗(yàn)。

（1）進(jìn)場(chǎng)材料加強(qiáng)檢測(cè)，不合格材料進(jìn)行處理。

（2）生產(chǎn)過程抽樣檢測(cè)混合料級(jí)配，進(jìn)行水洗篩分，拌合站與攤鋪現(xiàn)場(chǎng)分別取樣對(duì)比分析，以作為指導(dǎo)施工配合比的重要依據(jù)。

（3）定期對(duì)拌和設(shè)備劑量系統(tǒng)進(jìn)行校核，每周進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，生產(chǎn)過程加強(qiáng)水泥劑量滴定檢測(cè)頻率，隨時(shí)觀察混合料顏色、成團(tuán)狀態(tài)，有無離析現(xiàn)象，當(dāng)天計(jì)算總生產(chǎn)量與水泥消耗量與配合比設(shè)定水泥劑量消耗量是否吻合。

（4）為保證混合料到施工現(xiàn)場(chǎng)的含水量，生產(chǎn)混合料用水量比最佳含水率大0.5～1.0%，根據(jù)氣溫變化情況以及運(yùn)輸距離試驗(yàn)人員合理調(diào)整用水量。

3.4.2 水穩(wěn)混合料運(yùn)輸

水穩(wěn)混合料生產(chǎn)后應(yīng)盡快運(yùn)至攤鋪現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸車量采取覆蓋措施，以減少水分損失，現(xiàn)場(chǎng)等待車輛保持3～5輛為宜，裝料時(shí)采用前后中裝料法，保證混合料的均勻性，防止混合料離析。

3.4.3 水穩(wěn)混合料攤鋪

攤鋪速度控制在2m/min以內(nèi)，攤鋪過程中攤鋪機(jī)夯錘頻率、開度設(shè)置穩(wěn)定，保證混合料攤鋪后的初始?jí)簩?shí)度。攤鋪機(jī)布料倉(cāng)內(nèi)始終保持一定量的混合料，調(diào)整螺旋布料器的轉(zhuǎn)速，是攤鋪機(jī)勻速穩(wěn)定工作，有利于保證平整度。有專職技術(shù)員檢查寬度、厚度、松鋪厚度是否符合設(shè)計(jì)要求，以方便及時(shí)調(diào)整攤鋪厚度，出現(xiàn)離析現(xiàn)象時(shí)由人工鏟除，補(bǔ)撒新料及時(shí)處理。

3.4.4 混合料壓實(shí)

保證混合料壓實(shí)度，加強(qiáng)混合料含水率測(cè)試，碾壓遍數(shù)，機(jī)械組合、松鋪系數(shù)嚴(yán)格按照試驗(yàn)段確定的碾壓施工方案，保證壓實(shí)度合格率。

3.4.5 養(yǎng)生措施

水穩(wěn)層碾壓完成并經(jīng)壓實(shí)度檢驗(yàn)合格后，立即采用土工布覆蓋，保濕養(yǎng)生。養(yǎng)生期不少于7d，養(yǎng)生期間，采用噴霧灑水車進(jìn)行灑水。養(yǎng)生期間進(jìn)行封閉交通，防止施工過程其他車輛對(duì)水穩(wěn)層碾壓損壞。

4 結(jié)束語

通過試驗(yàn)路段確定各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，摻風(fēng)積砂與不摻風(fēng)積砂現(xiàn)場(chǎng)鋪筑試驗(yàn)段，取芯對(duì)比等試驗(yàn)，摻風(fēng)積砂的水穩(wěn)層滿足設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了添加風(fēng)積砂優(yōu)化集料級(jí)配，不但提高了細(xì)集料質(zhì)量，而且降低了施工成本，保證水穩(wěn)施工質(zhì)量。為一帶一路西部沙漠地區(qū)交通項(xiàng)目建設(shè)降本增效。

[1]曹紅.水泥穩(wěn)定碎石配比在路基施工過程中的應(yīng)用.城市建設(shè)理論研究，2013（24）.

[2]《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF20-2015）.

[3]《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE51-2009）.