超厚水泥穩(wěn)定碎石基層試驗(yàn)研究

趙紫強(qiáng) 梁俊杰 王立偉

摘 要：以水泥碎石基層為研究對(duì)象，依托望謨至貞豐公路超厚寬幅水泥穩(wěn)定碎石基層施工項(xiàng)目，首先進(jìn)行原材料選擇與檢測(cè);其次利用規(guī)劃求解法進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)得出最優(yōu)配比;然后進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)獲得最大干密度與最優(yōu)含水量、無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)獲得無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，通過(guò)合理設(shè)計(jì)骨料級(jí)配、加水量及水泥劑量以期進(jìn)一步改善道路基層的使用質(zhì)量，延長(zhǎng)道路使用壽命，滿(mǎn)足道路行車(chē)安全舒適的需求及適應(yīng)全國(guó)日益增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求，以致實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：水泥碎石基層;規(guī)劃求解法;擊實(shí)試驗(yàn);無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)

水泥穩(wěn)定碎石基層作為路面基層材料，具有取材方便、環(huán)境污染小、抗沖刷能力強(qiáng)度高、承載力強(qiáng)、剛度適宜、耐久性好、收縮裂縫小及施工成本低等優(yōu)點(diǎn)[1-2]。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)采用水泥穩(wěn)定碎石作為路面基層材料的高速公路占通車(chē)?yán)锍痰?0%以上，并在目前公路建設(shè)中越來(lái)越占有特殊的重要地位。目前針對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層的施工技術(shù)主要為雙機(jī)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(wěn)定碎石基層分層攤鋪施工還存在上下基層之間粘結(jié)不緊密、上基層施工完畢施工機(jī)械易對(duì)下基層造成損傷、施工工期較長(zhǎng)及施工成本昂貴等問(wèn)題[3-4]。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，交通運(yùn)輸?shù)男枰搽S之增加，分層施工水泥穩(wěn)定碎石基層愈來(lái)愈難滿(mǎn)足我國(guó)高速公路長(zhǎng)壽路面和大規(guī)模建設(shè)要求。針對(duì)以上問(wèn)題，一次性攤鋪碾壓成型的超厚水泥穩(wěn)定碎石基層應(yīng)運(yùn)而生，其可有效減小反射裂縫的產(chǎn)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(jié)性能優(yōu)良、施工工期較短、施工費(fèi)用較低等眾多優(yōu)點(diǎn)。

本文以問(wèn)題為導(dǎo)向，針對(duì)以上問(wèn)題，依托S318望謨至貞豐公路改擴(kuò)建工程，本文通過(guò)理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)等手段相結(jié)合，對(duì)大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層骨料設(shè)計(jì)級(jí)配及水泥摻量作出一定研究，以利于延長(zhǎng)道路使用壽命，推廣應(yīng)用研究。

1 水泥穩(wěn)定碎石配比優(yōu)化設(shè)計(jì)

S318望謨至貞豐公路改擴(kuò)建工程望謨縣城至北盤(pán)江段位于貴州省黔西南州，項(xiàng)目起點(diǎn)位于望謨縣，終點(diǎn)位于貞豐縣沙坪鎮(zhèn)。標(biāo)段起訖樁號(hào)K0+000～K42+329.259，路線(xiàn)總長(zhǎng)42.33km。設(shè)計(jì)時(shí)速40km/h，路基寬度8.5m，基層厚度為30cm，路面結(jié)構(gòu)采用60mm中粒式瀝青混凝土+300mm水泥穩(wěn)定碎石底基層+150mm級(jí)配碎石基層。

1.1 原材料選擇與控制

原材料的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)能否達(dá)到技術(shù)要求對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層施工質(zhì)量至關(guān)重要。

1.1.1 水泥

項(xiàng)目采用的水泥源自貴州森垚水泥有限公司生產(chǎn)的標(biāo)號(hào)為P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，凝結(jié)時(shí)間初凝時(shí)間大于3h，終凝時(shí)間大于6h，安全性合格，28d膠砂強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》要求。

1.1.2 碎石

項(xiàng)目采用的碎石集料源自望謨縣岜賴(lài)秀明砂石場(chǎng)，依據(jù)粒徑大小可分為四種規(guī)格，進(jìn)行取料并編號(hào)：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(jīng)檢測(cè)其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

1.1.3 水

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT F20-2015）中35節(jié)規(guī)定，符合現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749）的飲用水可直接作為基層、底基層材料拌和與養(yǎng)生用水。故本次試驗(yàn)采用自來(lái)水系統(tǒng)中的生活飲用水。

1.2 水泥穩(wěn)定碎石混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用骨架密實(shí)型結(jié)構(gòu)水泥穩(wěn)定碎石，混合料配合比的設(shè)計(jì)及調(diào)整方法采用規(guī)劃求解法，在實(shí)際級(jí)配中值與設(shè)計(jì)級(jí)配中值之差的平方和為最小值的目標(biāo)前提下，利用Excel電子表格計(jì)算礦料級(jí)配和繪制級(jí)配曲線(xiàn)圖[5]。經(jīng)過(guò)計(jì)算，混合料級(jí)配設(shè)計(jì)為1#：2#：3#：4#=20：26：19：35。

2 試驗(yàn)

2.1 擊實(shí)試驗(yàn)

根據(jù)《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009）規(guī)定：試驗(yàn)集料的最大粒徑控制在25mm以?xún)?nèi)，最大不得超過(guò)40mm。本項(xiàng)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(jù)試驗(yàn)規(guī)程確定丙試驗(yàn)方法?，F(xiàn)將重型擊實(shí)試驗(yàn)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(xiàn)性增大關(guān)系。

2.2 無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)

按設(shè)計(jì)級(jí)配比例進(jìn)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(jìn)行試件成型制件，然后通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得到每個(gè)水泥劑量在靜壓條件下的強(qiáng)度代表值Rod。

本次試驗(yàn)通過(guò)壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行混合料試件的成型制作，試件制作高度要求滿(mǎn)足150cm±0.1cm，每組水泥劑量下試件制備數(shù)量為13件試件，總計(jì)65件。試件制備完成后嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行7d養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)生溫度采用20℃±2℃，最后1d浸水之后，進(jìn)行了7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

從上述實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，隨著混合料水泥劑量的增加，其7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與之成線(xiàn)性增大關(guān)系。

根據(jù)《公路工程基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20-2015）中4.3.3節(jié)規(guī)定，應(yīng)保證強(qiáng)度變異系數(shù)CV?bolcB@ 15%～20%，經(jīng)檢驗(yàn)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)合理。

強(qiáng)度代表值R0d應(yīng)不小于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值Rd，當(dāng)d0d

上述實(shí)驗(yàn)均為實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)試驗(yàn)，與現(xiàn)場(chǎng)施工存在一定誤差，如室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)采用的最佳含水量，建議現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)比室內(nèi)試驗(yàn)高0.5%～1.0%;試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)采用的水泥劑量，建議現(xiàn)場(chǎng)施工控制應(yīng)比室內(nèi)試驗(yàn)高0.5%。

3 結(jié)論

（1）針對(duì)超厚水泥穩(wěn)定碎石基層，在原材料選擇的基礎(chǔ)上，利用規(guī)劃求解法獲得了混合料配合比設(shè)計(jì)得出最優(yōu)配比。

（2）通過(guò)室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)獲得了圓柱形試件的最大干密度與最優(yōu)含水量，無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)獲得了試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，經(jīng)檢測(cè)上述實(shí)驗(yàn)成果可用于S318望謨至貞豐公路改擴(kuò)建工程的水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)與施工，并可在類(lèi)似的工程問(wèn)題中予以借鑒推廣。

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