水泥稳定碎石土底基层的实验研究及其在商周高速公路上的应用

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摘要：路面底基层在路面结构层中起着承上启下的作用，它把面层上的车辆荷载的垂直力传递到路床，因此，底基层的材料和施工质量的好坏直接影响到路面的使用性能和使用寿命。本文介绍了水泥稳定碎石土的配合比实验室优化设计的研究，以及其在商周高速公路中的成功应用。

关键词：水泥稳定碎石土；配合比优化设计；施工工艺和质量控制

中图分类号：O213.1 文献标识码：A

前言

《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）提供了水泥、石灰、粉煤灰稳定类、石灰稳定类、级配碎石类等底基层结构形式。随着公路等级的提高，特别是高速公路的发展，车辆荷载的加重，底基层结构有与基层结构形式相同的趋势，即所谓的“全水泥稳定碎石路面基层结构”。河南省干线公路商周高速公路，原施工图设计路面底基层为水泥石灰综合稳定土，但由于本项目所在区域为粉砂土地区，用于路基填料的土质CBR值满足不了96区的要求，对路床范围96区顶面50cm采用5%水泥土进行处理以满足设计要求。处理后的路床上层弹性模量和强度都大大提高，根据路面结构层最佳组合从下到上强度由低到高逐渐过渡及各结构层的强度尽量连续的原理，对原设计的路面结构层从底基层、下基层和上基层强度调整为2MPa、3MPa和4MPa。因此原设计综合稳定土底基层满足不了强度要求，水泥土虽能满足强度要求，但水泥用量过高，容易形成大面积龟裂，且抗冲刷能力较差。若采用水泥稳定碎石结构，则按2MPa的强度进行配合比设计时水泥用量非常低，施工不易控制，并且施工成本很高。经过综合分析，底基层采用了水泥稳定碎石土结构，该结构就是碎石土及水泥按一定的比例掺配后碾压成形，因此水泥稳定碎石土结构对水泥、石料的要求不高，同时该结构满足规范规定地基层强度要求，又克服了水泥稳定细粒土抗冲刷、防裂性能差的特点。

2. 配合比的室内实验

2.1 原材料试验

为确定出水泥稳定碎石土的最佳配合比，首先对集料、水泥和土做了室内常规试验，其试验结果见表1、表2。

2.2 水泥稳定碎石土配合比优化

商周高速公路水泥稳定碎石土底基层，要求7天龄期无侧限抗压强度设计值Rd≥2.0MPa，以此为依据进行配合比优化设计。

2.2.1 水泥剂量的优化

选用塑性指数较大（4标，Ip=8.3）的土及塑性指数较小（8标，Ip=5.5）的土，固定碎石含量为40%，变化水泥剂量，进行重型击实及7天龄期无侧限抗压强度试验，试验结果见表3。

由表3看出，集料含量比例固定，随着水泥剂量的增加，混合料的最佳含水量、最大干密度及7天无侧限抗压强度增大。

由图1可以看出，水泥剂量小于7%时，土的塑性指数较小的8标水泥稳定碎石土7天无侧限抗压强度小于塑性指数较大的4标水泥稳定碎石土，且混合料无侧限抗压强度均不满足R平均≥Rd/(1-ZaCv)的要求。而当水泥剂量大于等于8%时，土的塑性指数较小的8标水泥稳定碎石土7天无侧限抗压强度大于塑性指数较大的4标水泥稳定碎石土，且混合料无侧限抗压强度均满足R平均≥Rd/(1-ZaCv)的要求。因此综合技术、经济两方面的考虑，选择7%~8%水泥剂量作为优化剂量。

不同水泥剂量的水泥稳定碎石土7天龄期无侧限抗压强度试验结果表 表3

图1固定碎石含量下水泥稳定碎石土7天无侧限抗压强度与水泥剂量关系

2.2.2 集料比例的优化

选用塑性指数较大（4标，Ip=8.3）的土及塑性指数较小（8标，Ip=5.5）的土，固定水泥剂量为7%、8%，变化集料比例，进行重型击实及7天龄期无侧限抗压强度试验。由表3可知，固定水泥剂量7%、8%，两种水泥稳定碎石土的最佳含水量、最大干密度及7天无侧限抗压强度随集料比例的增加而增大。除配合比7:53:40的混合料7天无侧限抗压强度不能满足设计要求外，其余各配合比的水泥稳定碎石土混合料的无侧限抗压强度均满足设计要求。

不同集料比例的水泥稳定碎石土7天龄期无侧限抗压强度试验结果表 表4

3.配合比的经济分析

根据商高速公路施工期间材料价格，进行了经济性分析。可以得出，水泥:土:碎石=8:52:40的混合料成本最低，且强度满足要求，因此，通过配合比的优化设计和经济比较，最终选定商周高速公路的路面底基层水泥稳定碎石土的配合比结果为：水泥:土:碎石=8:52:40。

4．水泥稳定碎石土的施工工艺流程及质量控制

工艺流程为：准备下承层施工放样培路肩（立模板）配料拌和覆盖运输摊铺整形碾压检测覆盖养生验收

准备下承层

准备下承层之前，施工底基层前必须清理干净松散杂物，并洒水湿润。

施工放样

按设计桩号恢复中线和边桩，测量路床标高，根据测量结果和设计的底基层标高及松铺系数，计算出每段底基层的摊铺厚度，并分别布设松铺标高和压实后标高的控制标高点。

配料拌和

配料准确、拌和均匀是满足级配和混合料强度符合设计要求的关键。

覆盖运输

运输自卸汽车的配备数量要满足连续作业的要求，要尽可能的缩短混

合料的运输时间。

摊铺整形

半幅路基范围内采用幅宽可调整的两台摊铺机进行底基层混合料的摊铺，一前一后，相距6~10m。摊铺现场设专人控制供料进度和摊铺速度，专人指挥自卸车卸料。

碾压

碾压是混合料形成强度的关键，正确的碾压方法、碾压遍数、碾压时间是保证压实检测结果满足评定标准的基础。

检测

底基层质量检测的实测项目有压实度、平整度、纵断高程、宽度、厚度、横坡和强度，按照《公路工程质量检验评定标准》和《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）的要求及时检测。

覆盖养生

底基层碾压检测合格后应立即进行覆盖养生，覆盖保湿7天以上。养生期间，封闭交通，禁止车辆行驶。

结语

影响底基层施工质量的因素很多，如设计、材料、水文、气象、施工工艺、机械操作方法、技术措施、管理制度等。商周高速公路各标段施工单位根据批准的实验室设计的优化配合比，在路面底基层水泥稳定碎石土的施工中，严格执行了施工工艺流程及质量控制措施，使得底基层的施工质量的各项指标均满足设计要求，达到了预期目的并取得了较好的经济效益。