超厚水泥稳定碎石基层试验研究

赵紫强 梁俊杰 王立伟

摘 要：以水泥碎石基层为研究对象，依托望谟至贞丰公路超厚宽幅水泥稳定碎石基层施工項目，首先进行原材料选择与检测;其次利用规划求解法进行混合料配合比设计得出最优配比;然后进行室内击实试验获得最大干密度与最优含水量、无侧限压缩试验获得无侧限抗压强度，通过合理设计骨料级配、加水量及水泥剂量以期进一步改善道路基层的使用质量，延长道路使用寿命，满足道路行车安全舒适的需求及适应全国日益增长的经济建设需求，以致实现更大的经济和社会效益。

关键词：水泥碎石基层;规划求解法;击实试验;无侧限压缩试验

水泥稳定碎石基层作为路面基层材料，具有取材方便、环境污染小、抗冲刷能力强度高、承载力强、刚度适宜、耐久性好、收缩裂缝小及施工成本低等优点[1-2]。根据统计，我国采用水泥稳定碎石作为路面基层材料的高速公路占通车里程的90%以上，并在目前公路建设中越来越占有特殊的重要地位。目前针对水泥稳定碎石基层的施工技术主要为双机分层摊铺施工，每层摊铺厚度在15cm～20cm之间，分层摊铺施工虽然施工方便，但水泥稳定碎石基层分层摊铺施工还存在上下基层之间粘结不紧密、上基层施工完毕施工机械易对下基层造成损伤、施工工期较长及施工成本昂贵等问题[3-4]。随着经济发展，交通运输的需要也随之增加，分层施工水泥稳定碎石基层愈来愈难满足我国高速公路长寿路面和大规模建设要求。针对以上问题，一次性摊铺碾压成型的超厚水泥稳定碎石基层应运而生，其可有效减小反射裂缝的产生、提高基层的整体使用性能，改善层间的离析，提高平整度，还具有施工速度较快、面层基层层间粘结性能优良、施工工期较短、施工费用较低等众多优点。

本文以问题为导向，针对以上问题，依托S318望谟至贞丰公路改扩建工程，本文通过理论分析、室内试验等手段相结合，对大厚度水泥稳定碎石基层骨料设计级配及水泥掺量作出一定研究，以利于延长道路使用寿命，推广应用研究。

1 水泥稳定碎石配比优化设计

S318望谟至贞丰公路改扩建工程望谟县城至北盘江段位于贵州省黔西南州，项目起点位于望谟县，终点位于贞丰县沙坪镇。标段起讫桩号K0+000～K42+329.259，路线总长42.33km。设计时速40km/h，路基宽度8.5m，基层厚度为30cm，路面结构采用60mm中粒式沥青混凝土+300mm水泥稳定碎石底基层+150mm级配碎石基层。

1.1 原材料选择与控制

原材料的相关技术指标能否达到技术要求对水泥稳定碎石基层施工质量至关重要。

1.1.1 水泥

项目采用的水泥源自贵州森垚水泥有限公司生产的标号为P.O42.5的普通硅酸盐水泥，凝结时间初凝时间大于3h，终凝时间大于6h，安全性合格，28d胶砂强度满足规范《公路路面基层施工技术细则》要求。

1.1.2 碎石

项目采用的碎石集料源自望谟县岜赖秀明砂石场，依据粒径大小可分为四种规格，进行取料并编号：1#集料为粒径为20～30mm的碎石;2#集料为粒径为10～20mm的碎石;3#集料为粒径为5～10mm的碎石;4#集料为粒径为0～5mm的碎石。经检测其各项技术指标均符合规范要求。

1.1.3 水

根据《公路路面基层施工技术细则》（JTGT F20-2015）中35节规定，符合现行《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）的饮用水可直接作为基层、底基层材料拌和与养生用水。故本次试验采用自来水系统中的生活饮用水。

1.2 水泥稳定碎石混合料级配设计

本项目采用骨架密实型结构水泥稳定碎石，混合料配合比的设计及调整方法采用规划求解法，在实际级配中值与设计级配中值之差的平方和为最小值的目标前提下，利用Excel电子表格计算矿料级配和绘制级配曲线图[5]。经过计算，混合料级配设计为1#：2#：3#：4#=20：26：19：35。

2 试验

2.1 击实试验

根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）规定：试验集料的最大粒径控制在25mm以内，最大不得超过40mm。本项目水泥碎石基层材料采用的碎石粒径最大为31.5mm，故可以根据试验规程确定丙试验方法。现将重型击实试验所得试验数据进行收集分析，所得各档水泥剂量下混合料的最佳含水量与最大干密度如下表1所示。

由上表得到，随着水泥剂量的增加，混合料的最大干密度及最佳含水率与之成线性增大关系。

2.2 无侧限压缩试验

按设计级配比例进行人工拌合后闷料，按照各水泥剂量下得出的最佳含水量和最大干密度的98%进行试件成型制件，然后通过无侧限抗压强度试验得到每个水泥剂量在静压条件下的强度代表值Rod。

本次试验通过压力试验机进行混合料试件的成型制作，试件制作高度要求满足150cm±0.1cm，每组水泥剂量下试件制备数量为13件试件，总计65件。试件制备完成后严格按照规范要求进行7d养护室养护，养生温度采用20℃±2℃，最后1d浸水之后，进行了7d无侧限抗压强度测定，测定结果见表2。

从上述实验实验数据可以看出，随着混合料水泥剂量的增加，其7d无侧限抗压强度与之成线性增大关系。

根据《公路工程基层施工技术细则》（JTG/T F20-2015）中4.3.3节规定，应保证强度变异系数CV bolcB@ 15%～20%，经检验上述试验数据合理。

强度代表值R0d应不小于强度标准值Rd，当d0d

上述实验均为实验室室内试验，与现场施工存在一定误差，如室内击实试验采用的最佳含水量，建议现场施工应比室内试验高0.5%～1.0%;试验配合比设计采用的水泥剂量，建议现场施工控制应比室内试验高0.5%。

3 结论

（1）针对超厚水泥稳定碎石基层，在原材料选择的基础上，利用规划求解法获得了混合料配合比设计得出最优配比。

（2）通过室内重型击实试验获得了圆柱形试件的最大干密度与最优含水量，无侧限压缩试验获得了试件无侧限抗压强度，经检测上述实验成果可用于S318望谟至贞丰公路改扩建工程的水泥稳定碎石基层设计与施工，并可在类似的工程问题中予以借鉴推广。

参考文献：

[1]李选文.大厚度水泥稳定碎石基层施工标准化研究[D].长安大学，2016.

[2]杨自全，支启恒，王瑞祥.待功高速公路大厚度水泥稳定碎石基层设计与施工[J].筑路机械与施工机械化，2016（8）：39-43.

[3]赵峥嵘.大厚度水泥稳定碎石基层路拌施工一次成型技术研究[D].重庆交通大学，2016.

[4]黄志忠.水泥稳定碎石基层分层摊铺一次成型技术研究[J].福建建材，2018，（9）：77-79.

[5]李建斌，李强，韩永红，等.骨架密实水泥稳定碎石混合料级配规划求解设计研究[J].公路，2019，3（9）：255-258.