中交一公局第六工程有限公司 天津市 300000
摘要：本文以武靖11标路面基层为例，通过采用振动压实成型方法模拟现场施工进行水泥稳定碎石配合比优化，减少水泥用量，增加半刚性材料的强度和增加抗裂性，并为类似工程提供技术与实践经验。
关键词：振动压实成型；优化配合比。
水泥稳定碎石基层作为一种半刚性基层，它的力学性能主要通过无侧限抗压强度和劈裂强度来表征，用7d龄期的无侧限抗压强度来进行配合比的设计与施工质量的控制。为确保工程质量，降低成本，结合多年的实践，总结和探索常用的水泥稳定碎石配合比设计、施工技术及其质量控制，通过振动成型法模拟水稳基层施工设计配合比与重型击实法设计配合比做比较，具体研究：以振动击实密度作为压实标准，保证整体压实度；在降低水泥用量下，保证取芯的完整性及基层整体强度，并为类似工程提供技术与实践经验。
1、工程概况
本项目为新建高速公路路面工程，位于湖南省西南部山区，位于邵阳市境内，路线走向近东西向，地势总体西高东低。本项目呈东西走向连接已开工建设的包茂国家高速公路湖南境怀化至通道（湘桂界）段和洞口至新宁高速公路。项目起点在城步县西岩镇接洞口至新宁高速公路，向西南布线经关峡、枫香，在绥宁县城南继续向西经寨市、乐安铺，设乐安铺枢纽互通接怀化至通道高速公路，设计速度80km/h的四车道高速公路标准，整体式路基全幅宽24.5m，主线起止桩号：K51+500-K72+105，全长20.61km。
主线路面结构层包括：20cm厚4%水泥稳定碎石底基层、两层18cm厚5%水泥稳定碎石基层、8cm厚AC-25C粗粒式沥青混凝土面层（含抗车辙剂）、6cm厚AC-20C中粒式SBS改性沥青混凝土面层（含坑车辙剂）、4cm厚AC-13C细粒式SBS改性沥青混凝土面层；其中基层采用两层18cm厚5%水泥稳定碎石基层约90万㎡。
2、重型击实法设计配合比
2.1原材料的选用
选用优良的原材料是配合比设计和施工质量保证的关键，设计技术条件为：
2.1.1相关规范：
《公路路面基层施工技术细则》、《公路工程集料试验规程》、《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》、《公路路基路面现场测试规程》、《湖南省武冈至靖州高速公路水泥稳定碎石基层与底基层施工技术指南》。
2.1.2设计图纸要求
2.2原材料性质
2.2.1水泥性能指标
试验所用水泥为湖南省靖州台泥水泥有限公司生产的普通硅酸盐P.O42.5水泥，批号：JZA04CE16238，经检验其各项技术性能指标均符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）标准的要求。
2.2.2集料
试验所用集料为恒兴采石场生产碎石，规格分别为碎石最大粒径≤31.5mm，并按粒径A料19～31.5mm、B料9.5～19mm、C料4.75～9.5mm和D料0～4.75mm（石屑）加工，经检验各种规格集料试验结果均符合《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）的要求。
2.2.3配合比设计标准
矿料级配、强度和水泥剂量符合设计要求。
2.2.4确定集料掺配比例
集料掺配按电算法进行，根据工地实际使用集料的筛分结果和表4集料级配范围要求，掺配经试算调整后确定各材料的掺配比例为：19-31.5mm：9.5-19mm：4.75-9.5mm：0-4.75mm=23%：31%：14%：32%。该级配既满足强度要求又有良好的抗裂能力的半刚性基层水泥稳定碎石基层级配。经掺配后混合料筛分试验，级配已满足设计级配范围要求。
2.2.4最大干密度和最佳含水率和的确定
基层用4.0％，4.5％，5.0％，5.5%，6.0％五种水泥剂量配制矿料级配，然后分别取5个不同含水率，经人工拌和后用重型击实试验方法确定各水泥剂量混合料最大干密度和最佳含水率。
2.2.5无侧限抗压强度
2.2.5.1结合设计压实度要求，分别计算不同剂量水泥稳定碎石混合料试件应有的干密度和最佳含水率，按照规范静力压实成型试件法制备不同剂量水泥稳定碎石φ15cm×h15cm圆柱体试件，每组试件不小于13个，经标准养护室养生后进行无侧限抗压强度试验。
2.2.5.2强度代表值R应不小于强度设计值Rd，见下式；在本项目中，底基层与基层强度设计值Rd分别取3.5 MPa与4.5MPa；采用振动压实成型法强度应相应提高0.5Mpa。：
R≥Rd
当R≤Rd时，应重新进行配合比试验。
2.2.6水泥剂量标准曲线
采用集中厂拌法施工时，为了更好的控制水泥剂量，按照上述掺配比例分别以2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%水泥剂量配料做标准曲线。
2.2.7延迟试验
从加水拌和到碾压终了的延迟时间对水泥稳定碎石底基层的强度和所能达到的干密度有明显的影响。延迟时间越长，混合料强度和干密度损失愈大。
2.2.8结论
2.2.8.1现场压实度的控制标准为标准击实试验确定的混合料的最大干密度、最佳含水率，压实度要求大于等于98%。
2.2.8.2试验结果分析：标准击实试验确定的混合料的最大干密度，最佳含水率制备的4.5%、5.0%水泥剂量静力压实的无侧线试件强度0.95保证系数均能满足基层4.5MPa设计要求，考虑到施工均匀性，采用集中厂拌法施工时，根据《公路路面基层施工技术细则》JTG/T F20-2015建议实际施工过程中将水泥剂量提高0.3～0.5%。
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3、施工技术方案进行调整优化
3.1根据重型击实法得到的最大干密度和最佳含水率指导试验段施工，出现了压实度很容易就满足规范的要求，甚至远远超过了规范的要求，达到100以上。在随后的检测中还出现了干缩和温缩裂缝的质量问题。
3.2针对以上问题，项目部开展专题研究并得出结论，随着大吨位压路机的使用和对路面结构层压实度的高要求，采用重型击实法得到的最大干密度来计算基层压实度往往会发现很容易就满足规范的要求，甚至出现了超百。这说明在当前基层施工的实际情况下，对于重载交通道路而言，采用重型击实法得到的最大干密度偏小，用它计算的基层压实度来进行施工质量的控制已无法满足实际要求，并且还出现了干缩和温缩裂缝的质量问题。因此我项目根据实际情况提出在所用原材料保持一致的情况下用振动成型法进行配合比设计，对配合比进行优化。
4、振动成型法配合比设计
4.1原材料性质
4.1.1水泥性能指标
试验所用水泥为湖南省靖州台泥水泥有限公司生产的普通硅酸盐P.O42.5水泥，批号：JZA04CE16238，经检验其各项技术性能指标均符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）标准的要求。
4.1.2集料
试验所用集料为恒兴采石场生产碎石，规格分别为碎石最大粒径≤31.5mm，并按粒径A料19～31.5mm、B料9.5～19mm、C料4.75～9.5mm和D料0～4.75mm（石屑）加工，经检验各种规格集料试验结果均符合《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）的要求。
4.2配合比设计标准
矿料级配、强度和水泥剂量符合设计要求。
4.3确定集料掺配比例
集料掺配按电算法进行，根据工地实际使用集料的筛分结果和表4集料级配范围要求，掺配经试算调整后确定各材料的掺配比例为：19-31.5mm：9.5-19mm：4.75-9.5mm：0-4.75mm=23%：31%：14%：32%。该级配既满足强度要求又有良好的抗裂能力的半刚性基层水泥稳定碎石基层级配。经掺配后混合料筛分试验，级配已满足设计级配范围要求。
基层用4.0％，4.5％，5.0％，5.5%，6.0％五种水泥剂量配制矿料级配，然后分别取5个不同含水率，经人工拌和后用重型击实试验方法确定各水泥剂量混合料最大干密度和最佳含水率。
4.5无侧限抗压强度
4.5.1结合设计压实度要求，按表5中结果分别计算不同剂量水泥稳定碎石混合料试件应有的干密度和最佳含水率，按照规范振动压实成型试件法制备不同剂量水泥稳定碎石φ15cm×h15cm圆柱体试件，每组试件不小于13个，经标准养护室养生后进行无侧限抗压强度试验。
4.5.6强度代表值R应不小于强度设计值Rd，见下式；在本项目中，底基层与基层强度设计值Rd分别取3.5 MPa与4.5MPa；采用振动压实成型法强度应相应提高0.5MPa，
R≥Rd
当R≤Rd时，应重新进行配合比试验。
4.6水泥剂量标准曲线
采用集中厂拌法施工时，为了更好的控制水泥剂量，按照上述掺配比例分别以2.0%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%水泥剂量配料做标准曲线。
4.7延迟试验
从加水拌和到碾压终了的延迟时间对水泥稳定碎石底基层的强度和所能达到的干密度有明显的影响。延迟时间越长，混合料强度和干密度损失愈大。
4.8结论
4.8.1现场压实度的控制标准为标准击实试验确定的混合料的最大干密度、最佳含水率，压实度要求大于等于98%。
4.8.2试验结果分析：标准击实试验确定的混合料的最大干密度，最佳含水率制备的4.5%水泥剂量振动压实成型的无侧限试件强度0.95保证系数均能满足基层4.5MPa设计要求，考虑到施工均匀性，采用集中厂拌法施工时，根据《公路路面基层施工技术细则》JTG/T F20-2015建议实际施工过程中将水泥剂量提高0.3～0.5%。
4.9振动压实成型设计的配合比与重型击实法设计的配合比具有：
4.9.1在保持压实度相同的条件下，静压成型的7d无侧限抗压强度平均值小于振动成型75%左右，若前提条件为强度等效时，使用静压成型法对水泥稳定碎石进行压实其所用的水泥量比振动成型更多。
4.9.2在保持物理指标相同的条件下，振动成型7d无侧限抗压强度比静压成型平均提高57%～60%，其来源在于骨架的嵌挤作用，基于强度等效原则，水泥稳定碎石振动成型可较静压成型节约水泥2%。
5、经济效益分析
在水泥稳定碎石基层施工中，本项目严格按照优化后的配合比进行指导施工，对原材料和配合比进行严格而灵活的控制，加强了碎石的试验检测频率，保证使用的材料质量和配合比设计时材料一致，保证了优化后的配合比真正使用，为施工质量奠定了良好的基础。
经优化配合比后基层施工中水泥设计用量由原来的18257t降至16724t，优化费用50.59万元，达到了预期目标。
6、结束语
通过振动成型法施工的水泥稳定碎石基层，基层无侧限抗压强度和最大干密度等质量指标得到了提高。基层振动成型法设计施工能够有效减少反射裂缝及提高路面使用寿命，显著提高道路通行能力和服务水平，提高公路使用者的满意度，并在一定程度上提高交通行业在人民群众中的威信和地位，社会效益显著。
参考文献：
【1】《公路路面基层施工技术细则》 中华人民共和国交通运输部 2015 人民交通出版社
【2】《公路工程集料试验规程》 中华人民共和国交通部 2005 人民交通出版社
【3】《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》 中华人民共和国交通运输部 2009 人民交通出版社
论文作者:熊站成,张方义
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：水泥论文; 基层论文; 碎石论文; 剂量论文; 强度论文; 压实论文; 密度论文; 《基层建设》2018年第13期论文;