低劑量水泥穩(wěn)定天然砂礫路面底基層應(yīng)用研究

江明洋

摘要：本文通過實例，介紹在貴州省干線公路底基層施工中，采用從巖體中開挖且未經(jīng)機(jī)械破碎得到的天然礫石，通過試驗、分析，并結(jié)合天然砂礫的特性，在干線公路底基層中應(yīng)用，實現(xiàn)就地將沿線強(qiáng)度較低的石材用于路面底基層，達(dá)到因地制宜、節(jié)約成本的目的，促進(jìn)生態(tài)公路的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：天然砂礫低劑量水泥干線公路底基層

公路交通建設(shè)工程是原材料用量巨大的行業(yè)之一，西南地區(qū)的公路行業(yè)蓬勃發(fā)展迫切需要尋求同時滿足技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境友好的建設(shè)材料，若存在一種可以直接用于公路工程的技術(shù)指標(biāo)合格的天然石材，則可減少過度開采對生態(tài)環(huán)境的破壞、降低工程造價，對促進(jìn)公路工程的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

事實上，在貴州，適用于筑路材料的優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r分布不均勻，部分路線周邊缺乏優(yōu)質(zhì)的石灰?guī)r集料。沿線分布的白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖由于強(qiáng)度較低、且破碎后的集料與瀝青的粘附性較差，并不適用于公路工程，若無法做到就地取材，則將顯著增加工程造價。但在部分地方的巖石由于強(qiáng)度較低、節(jié)理豐富，開挖后即可得到一定級配的天然砂礫，研究表明其可用于干線公路底基層中。雖然水泥穩(wěn)定天然砂礫用于底基層的技術(shù)已經(jīng)很成熟，并且水泥穩(wěn)定天然砂礫在我國新疆、東北地區(qū)也得到了廣泛應(yīng)用，但是其在貴州省的路面基層中尚未得到應(yīng)用，所以缺乏經(jīng)驗?；诖?，本文將針對從巖體中開挖且未經(jīng)機(jī)械破碎得到的天然礫石，從原材料適應(yīng)性、混合料配合比設(shè)計和施工工藝方面介紹低劑量水泥穩(wěn)定天然砂礫在貴州省干線公路底基層中的應(yīng)用，實現(xiàn)就地取材將沿線強(qiáng)度較低的石材用于路面底基層，達(dá)到因地制宜、節(jié)約成本的目的，促進(jìn)生態(tài)公路的建設(shè)。

1工程概況

1.1依托工程概況

貴州省都勻公路局S306線福泉下洛邦至甘巴哨公路改擴(kuò)建工程。路線全長20.01公里。起于福泉市與凱里市交界的下洛邦，沿老路布線，止于福泉市甘巴哨與G210線相交。在S306沿線缺乏優(yōu)質(zhì)的石灰?guī)r、玄武巖等路面材料，沿線擁有開挖后具有一定級配的天然砂礫，儲量充足。該項目具備試驗路開展的條件。

1.2原材料適應(yīng)性研究

天然砂礫的級配分布具有不均勻性，不同地區(qū)的砂礫級配一般不相同，甚至同一地區(qū)的砂礫也不盡相同，導(dǎo)致天然砂礫級配存在一定的波動，而水泥穩(wěn)定砂礫底基層作為路面結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的承重層，在路面系統(tǒng)中扮演著重要的作用，優(yōu)質(zhì)的原材料和穩(wěn)定的料源是這一功能得以實現(xiàn)的保證，因此有必要對原材料的級配及性能指標(biāo)進(jìn)行試驗分析，論證其適用性。

（1）天然砂礫級配分析

合理的級配是底基層強(qiáng)度得以體現(xiàn)的保證，按照《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF20-2015）的要求分別抽取了樁號為K0+800、K1+900、K3+600和K5+200四處的天然砂礫，并進(jìn)行原材料篩分試驗。結(jié)果四處天然砂礫的級配篩分曲線均不滿足規(guī)范要求，僅K0+800處的天然砂礫相對接近規(guī)范要求的級配范圍，缺少部分細(xì)集料，經(jīng)研究后決定在開采過程中增加挖掘機(jī)翻拌次數(shù)，落實后再取樣進(jìn)行篩分，篩分結(jié)果滿足規(guī)范級配范圍要求，故根據(jù)對多次篩分結(jié)果，最終確定選用該處的天然砂礫作為原材料

（2）天然砂礫性能研究《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF20-2015）中規(guī)定二級及二級以下公路粗集料用于基層時，僅對壓碎值作要求，規(guī)范要求壓碎值不低于35%，用于底基層時壓碎值不低于40%。另外，考慮到針片狀顆粒為非理想顆粒，在施工期間和交通狀態(tài)下有斷裂傾向，從而影響混合料性能，所以該項目增加檢測了針片狀顆粒含量和洛杉磯磨耗損失值。同樣檢測了K0+800、K1+900、K3+600和K5+200四處的天然砂礫性能指標(biāo)得到如下試驗結(jié)果該試驗結(jié)果進(jìn)一步說明了天然砂礫經(jīng)水泥改良后可用于底基層中。

1.3混合料配合比設(shè)計

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF20-2015），低劑量水泥穩(wěn)定天然砂礫混合料的配合比設(shè)計方法可概括如下。對所用的天然砂礫碎石和水泥進(jìn)行性能試驗，要求達(dá)到技術(shù)要求。對天然砂礫碎石混合料進(jìn)行水洗篩分，確定其天然級配是否滿足要求。按不同水泥劑量分組試驗，確定各組混合料的最佳含水率和最大干密度。根據(jù)確定的最佳含水率，拌制水泥穩(wěn)定碎石混合料，進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。無側(cè)限抗壓強(qiáng)度反映了水泥穩(wěn)定天然砂礫底基層的強(qiáng)度和整體性，是水泥穩(wěn)定天然砂礫混合料設(shè)計和施工質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。因此，需根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度設(shè)計要求，確定水泥用量。建議低劑量水泥穩(wěn)定天然砂礫以7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為主要設(shè)計指標(biāo)，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)控制在1.0～3.0MPa之間，以選擇合適水泥劑量用于施工。

根據(jù)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗結(jié)果，水泥穩(wěn)定天然砂礫碎石混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨水泥劑量增加而增加。水泥劑量為1.7%～2.4%時，水泥穩(wěn)定天然砂礫碎石的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度均能滿足二級公路作為底基層的強(qiáng)度要求（1.0MPa～3.0MPa）。

工程施工該項目采用路拌法和廠拌法兩種施工方法，在進(jìn)行了不同水泥劑量下無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗通過室內(nèi)試驗驗證得出兩種拌和條件下水泥劑量及最佳含水量如表所示。低劑量水泥穩(wěn)定天然砂礫設(shè)計結(jié)果

路拌法施工和廠拌法施工均效果良好，但路拌法施工仍存在以下問題：

（1）用料存在人為誤差，較難準(zhǔn)確控制水泥劑量。

（2）混合料含水量無法準(zhǔn)確控制。

（3）砂礫混合料中存在的超粒徑顆粒無法有效控制。

1.4經(jīng)濟(jì)與社會效益

（1）經(jīng)濟(jì)效益：項目原設(shè)計底基層為級配碎石，因全線缺少優(yōu)質(zhì)石灰?guī)r碎石需從距離30km外的福泉市外購，運(yùn)距遠(yuǎn)且經(jīng)濟(jì)成本較大。相比于級配碎石，采用低劑量水泥穩(wěn)定天然砂礫底基層能夠有效的節(jié)約工程建設(shè)成本，當(dāng)水泥用量在1.7%～3.0%之間時，工程可節(jié)省15%-48%的成本。

（2）社會效益：因大量天然砂礫可在路基開挖時獲得，因此減少了新開料場和棄方占用土地對環(huán)境的不利影響。也減少了運(yùn)輸和再加工過程產(chǎn)生的能耗，減少了碳排放量。

結(jié)語：

通過S306福泉下洛邦至甘巴哨公路改擴(kuò)建工程施工實例，可知在道路施工時如果沿途存在大量天然砂礫，可通過對天然砂礫的系統(tǒng)分析、試驗、設(shè)計，最后將其運(yùn)用在公路底基層施工中，不僅能夠節(jié)約工程建設(shè)成本，同時降低了再加工過程的生產(chǎn)能耗，減少了碳排放，避免了揚(yáng)塵污染，減少了植被破壞，保護(hù)了環(huán)境，經(jīng)濟(jì)與社會效益俱佳，對今后類似的工程能提供一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊金智.新疆高等級公路天然砂礫路基壓實質(zhì)量控制快速檢測技術(shù)[J].交通世界，2019（Z2）：110-111+113.

[2]卜超.公路路基換填天然砂礫施工技術(shù)[J].黑龍江交通科技，2019，42（02）：13-14.

[3]榮春堂.基米事故庫天然礫石土混合料筑壩技術(shù)論證[J].技術(shù)與市場，2018，25（11）：33-34.

[4]宋濤.公路路基換填天然砂礫施工技術(shù)研究[J].交通世界，2018（21）：20-21.

[5]王燕.西音水庫膠凝砂礫石壩設(shè)計綜述[J].福建水力發(fā)電，2018（01）：7-8+15.

[6]秦銀煥.天然砂礫改良重黏土路基施工工藝[J].居舍，2018（10）：28+76.

[7]馮斌.天然砂礫改良膨脹土脹縮變形試驗及相關(guān)模型預(yù)估[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，28（01）：7-15.