浅析大孔隙水泥稳定碎石基层的设计与施工

　　[摘要]文章通过实际施工经验总结，论述了大孔隙水泥稳定碎石基层的优点、配合比设计方法及施工要点。

　　[关键词] 大孔隙水泥稳定碎石基层；配合比设计；试验段施工

　　[Abstract] The article through the actual construction experience, discusses the big pore base of the cement stable macadam mixture ratio, the advantages of the design method and construction points.

　　[Key words] big pore of the cement stable macadam; Mix design; Construction stage

　　中图分类号：U416.214           文献标识码：A              文章编号：

　　引言:

　　目前我国公路的主要结构形式为半刚性基层沥青路面，基层以石灰稳定类和水泥稳定类为主。半刚性基层由于其整体强度高、板体性好，使沥青路面具有较高的承载能力，在新建公路和改建工程中应用越来越广泛。

　　随着对半刚性基层认识的不断深入，半刚性基层的弱点不断暴露。首先由于温度和干缩引起的收缩裂缝及引起的反射裂缝难以避免，其次由于半刚性基层的致密性，水分的积存易造成基层表面的冲刷、唧浆等损害。大部分将水却由于缺乏适当的排水通道而滞留于面层与基层间，在行车下产生极大的动水压力而冲刷基层造成唧浆，最终导致基层丧失支撑及与面层的联结，从而使沥青面层出现网裂等破坏。

　　近年来超限车辆的增多，要求基层的承载能力大大增强，只有水稳碎石基层的强度才能满足强度要求，但该基层的裂缝问题无法避免。如果基层能够排除沥青层和裂缝中的渗入水，即可避免冲刷，杜绝唧浆现象，减少沥青路面网裂破坏，增强沥青路面使用寿命。借鉴国外研究成果和国内专家的设计理念，拟在国道改建工程加宽段路面中基层的施工过程中采用大孔隙水泥稳定碎石基层。

　　1混合料配合比设计

　　大孔隙水泥稳定碎石基层材料是由一定级配的无细料或少细料细料集料与水泥结合在一起，经适当的压实功压实后，形成一种具有稳定结构的透水水泥碎石混合料 。大孔隙水泥稳定碎石设计的基本原则是在满足强度及抗变形要求的基础上达到透水性能最优。

　　1.1材料要求：

　　粗集料应选用洁净、坚硬、未风化的碎石，不含有机质、风化物等。其压碎值不大于26%，针片状含量不大于10%，含泥量（冲洗法）不大于1%。细集料应选用质地坚硬、未风化、人工轧制的石屑或天然砂，其含泥量不大于3%。水泥可采用525号普通硅酸盐水泥。

　　1.2级配

　　混合料的空隙率、透水性能、强度及压实特性随级配范围的变化而改变，因此必须通过关键筛孔偏差范围来保持混合料性质的一致性。大孔隙水泥稳定碎石的关键筛孔为0.075、4.75、9.5、13.2、19、26.5mm，各筛孔的通过率偏差范围以试验段标准级配曲线为准。试验段标准级配曲线是指成功试验段混合料多次筛分结果的合成级配曲线。

　　大孔隙水泥稳定碎石关键筛孔允许偏差范围

　　施工中混合料的实际级配曲线以拌和站传送带上合成集料的筛分结果为准,原材料堆的筛分结果合成的级配仅作为参考。如发现生产实际合成级配曲线超出标准级配曲线允许偏差范围,应立即分析产生偏差的原因并进行适当调整。

　　1.3水灰比及水泥剂量

　　组成大孔隙水泥稳定碎石基层的水泥及拌和用水必须满足《施工技术规范》及招标文件的要求。本工程大孔隙水泥稳定碎石采用水灰比W/C=0.40,水泥剂量为11%.施工中水泥剂量滴定试验频率与允许误差范围以《施工技术规范》为准。

　　配合比设计汇总表

　　1.4体积指标及渗透系数要求

　　大孔隙水泥稳定碎石基层现场压实度通过规定的压实机具配置及压实遍数控制，以达到最大压实而不致集料破碎为准则。现场压实度应大于试验段压实度的99%以上，现场孔隙率范围控制在18%-24%之间。

　　从现场钻取芯样的密度用体积计算法确定。将钻取的芯样在常温中晾干或用电风扇风干后，用天平称量试件的质量，用游标卡尺量取试件的直径和高度，通过计算得到试件的密度。计算公式如下：

　　ρ=m/(πr2h)

　　式中：ρ-试件密度，g/cm3；

　　m-风干试件的质量，g；

　　r-试件半径，cm；

　　h-试件高度，cm。

　　如钻取的试件不符合标准圆柱体几何形状，应进行修正。

　　混合料的最大理论密度通过集料表观密度计算确定。集料表观密度的测定方法以JTJ058-2000《公路工程集料试验规程》〉的测定方法为准。为了保证混合料孔隙率计算的 准确性，应定期测定集料的表观相对密度。。混合料的最大理论密度计算公式为：

　　式中：γ1-最大理论密度，g/cm3；

　　Pa-水泥剂量，%；

　　P1…Pa-各种集料占总质量的百分率，%；

　　γ1…γn-各种集料的表观相对密度。

　　本工程大孔隙水泥稳定碎石的渗水系数不作为现场质量的控制指标，这是由于渗水系数的测定方法及使用设备没有统一的标准，此外施工单位也没有条件配备国际上较通用的无侧限渗水试验设备，渗水系数测定结果争议较大。采用  JTJ052-2000《公路工程沥青混合料及沥青混合料试验规程》T0730-2000测定其渗水系数，并将钻取的芯样送至山东省交通科学研究所做ASTM PS129-01渗水试验，作为质量控制的参考和进一步研究的数据基础。

　　1.5强度指标

　　本工程要求大孔隙水泥稳定碎石的7天无侧限抗压强度大于3 MPa。施工过程中要求从拌和站、运输车上或施工现场取水泥碎石混合料成型试件。取样时应多取代表性混合料，并按四分法准备试验用料。成型的试件按标准养生方法养生后作无侧限抗压强度试验和其他有关试验。

　　室内试件成型时，用不带垫块的CBR试模，试筒内径152mm ，高170mm ，夯锤底面直径50mm，重4.5kg。击实方法为将试件分三层插捣后击实，每层插到15次，各层的击实次数由下至上分别为25，30，35次在击实完毕后，将试件顶面进行整平处理，然后放到标准养护室养护。

　　现场的养生方法及钻芯取样用于强度试验的试件个数和检测频率以《施工技术规范》为准。

　　2试验段施工

　　为验证配合比设计和确定施工工艺，采用2#、3#配合比各进行100M的试验段施工，压实度采用精密水准仪控制，并确定压实组合和压实变数。试验段资料汇总如下：

　　路面压实系数确定1.3；

　　摊铺速度为1.5m/min；

　　碾压遍数为：18B强振3遍，20T胶轮碾压2遍。压实度达到要求。

　　3混合料施工及养生

　　严格按照试验段确定的各项施工参数进行施工。为了保证混合料的性能，应尽可能缩短从加水拌和到碾压终了的延迟时间，延迟时间不应超过2小时。

　　由于大空隙水泥稳定碎石是一种粗骨料嵌挤结构混合料。因此，必须遵循一定的碾压工艺。经过试验段的压实试验和比较，提出了相应的压实机具配备要求和碾压工艺。压实机具基本配备如下

　　18t振动压路机      1台

　　20-30吨胶轮压路机      1台

　　通常轮胎压路机的轮胎压力要求为552-621KPa,或更高,每个轮胎重量至少在1270-2041kg。

　　压实过程中，具体压实工艺为:先用振动压路机强振3遍，压实速度宜为1.5-2 ，振动压路机相邻碾压带轮迹重合20  左右，再用轮压路机压实2遍。

　　采用麻袋片覆盖保湿养生，在养生结束后不得长时间暴露，应尽快进行上基层的施工。

　　7天取芯情况汇总表

　　7天室内无侧限抗压强度汇总表

　　空隙率汇总表

　　4结语

　　通过对大孔隙水泥稳定碎石基层施工中原材料控制、配合比设计、试验段施工、总结及施工过程中压实控制等多项措施，该层结构在强度、厚度、稳定性、抗冲刷等方面达到规范的要求。经过一个雨季和冬季的行车碾压，该段未出现网裂现象。在今后的施工中可以作为基层来使用。