碼頭堆場級配碎石基層配合比設計

劉志宏, 張艷林, 沈達佳

(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，湖北 武漢 430063)

良好的級配碎石基層強度主要體現(xiàn)在集料自身強度及集料顆粒之間的嵌擠密實咬合力。因此，對于級配碎石基層，高質量的集料原材料，優(yōu)化的配合比設計，合理的碾壓施工工藝，是施工生產質量控制的有力保證，也是工程實踐中的主要控制點。

1 項目概況

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。根據設計，聯(lián)鎖塊鋪面形式堆場結構層自上而下依次為：聯(lián)鎖塊100 mm、中粗砂30 mm、級配碎石層1 000 mm、碎石墊層150 mm，如圖1所示。

圖1 堆場結構層示意圖

2 檢測指標控制要求

2.1 混合料級配

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

表1 混合料篩分控制范圍

2.2 壓實度和含水量

堆場級配碎石基層壓實度不小于98%，含水量不超過最佳含水量的±0.5%。壓實度是結構層密實程度的直觀反應，是施工中質量控制的必要指標。

2.3 現(xiàn)場CBR值

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

3 級配碎石原材料及性能

品質優(yōu)良的集料原材料是級配碎石配合比設計和施工質量保證的先決條件。原材料質量主要體現(xiàn)在強度、粒徑、級配及含泥和有害物質含量等方面，因此要擇優(yōu)選擇合格料源，破碎生產工藝先進，產品質量可控的石場。級配碎石原材料性能影響一般有如下的幾個因素：

(1)集料強度：級配碎石集料壓碎值應不大于26%，且洛杉磯磨耗率不大于30%。

(2)集料粒徑、級配：集料應飽滿且破碎面較多，級配合理?？刂乒鈭A顆粒礫石含量，且針片狀含量不應大于20%，避免在施工碾壓過程中發(fā)生二次破碎，改變原材料的級配，影響壓實度和CBR值。

(3)液限、塑性指數(shù)：試驗表明，當小于0.5 mm粒料的含量較大時，其液限、塑性指數(shù)會發(fā)生較大變化，影響級配碎石性能。小于0.5 mm含量越大，級配碎石混合料的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對級配碎石強度、穩(wěn)定性和耐久性產生較大負面影響，故在集料生產過程中應嚴格控制。

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

3.1 原材料規(guī)格選定

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

表2 級配碎石規(guī)格明細表

3.2 原材料各項指標結果

原材料物理力學性能檢測如下：

(1)粗集料：詳見表3。

表3 粗集料各項指標值

(2)細集料：詳見表4。

表4 細集料各項指標值

(3) 拌合用水:水使用地下水,其各項檢測指標見表5。

表5 水檢測結果

4 配合比設計

4.1 室內試配

取上述五種規(guī)格材料，進行篩分試驗，其篩分結果詳見表6。

表6 各規(guī)格材料篩分結果

針對各規(guī)格集料篩分結果，計算出粒徑級配滿足要求的配比方案，進行試配，并通過混合料篩分結果來驗證。選定級配比例及篩分結果詳見表7、表8及圖3。

表7 選定級配比例

表8 混合料篩分結果

4.2 室內擊實試驗

根據上述選定級配使用重型擊實進行擊實試驗，確定室內最大干密度、最佳含水量。本次試驗所有的試模體積為2177cm3,擊實錘為4.5kg，試驗結果詳見表9及圖3。

圖2 混合料篩分曲線圖

圖3 擊實試驗曲線圖

表9 室內擊實試驗結果

由試驗數(shù)據得出，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

根據室內擊實試驗結果，確定級配碎石配合比詳見表10。

表10 配碎石配合比

5 堆場試驗段驗證

目標配合比設計完成，需要在實際施工中應用才能驗證其強度和穩(wěn)定性是否滿足現(xiàn)場要求。級配碎石基層質量的好壞，壓實度、含水量和CBR值是最重要的內在指標，通過一定的頻率來檢測驗收，并用于指導后續(xù)施工。在級配碎石的級配和分層厚度一定的情況下，壓實度大小和CBR值與碾壓機具性能、碾壓工藝(壓路機組合方式、碾壓順序和碾壓遍數(shù))以及級配碎石含水量有關。

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

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

6 結 論

通過對級配碎石原材料性能檢測和室內試驗，以及現(xiàn)場施工驗證，堆場基層的級配碎石最佳配合比為：1#∶2#∶3#∶4#∶5#=35%∶20%∶10%∶25%∶10%。經現(xiàn)場實施，本配合比符合設計及施工技術規(guī)范要求，經濟性良好，可供今后公路或市政道路級配碎石配合比設計時參考。