罗阳高速公路水泥稳定碎石基层级配优化调整

摘 要

水泥稳定级配碎石(底)基层在路面结构层中主要起承重作用，具有强度高、稳定性好、刚度大等特点，并在一定程度上改善结构水稳定性能。但其也有不足之处，如抗变形能力及抗冲刷能力差，在湿度和温度变化及荷载作用下易产裂缝。因此越来越多的工程开始使用骨架密实型水泥稳定级配碎石(底)基层，罗阳项目亦采用了骨架密实型水泥稳定级配碎石(底)基层，但鉴于原材料质量及现场施工情况的限制，必须对规范推荐的级配进行优化调整。

关键词

水泥稳定碎石基层 | 级配 | 优化

水泥稳定级配碎石(底)基层在路面结构层中主要起承重作用，并在一定程度上改善结构水稳定性能，防止地下水上升和地表水下渗。另外，还需要兼顾水稳层的干、温缩开裂的治理，并要提升水稳结构层的成型稳定性能及抗疲劳性能。因此，水稳层原材料的生产加工、生产配合比设计、后场拌合站混合料搅拌、施工成型全过程均要充分考虑上述结构性能的实现要求，严格保证并稳定各项质量指标，确保水稳结构层路用功能的真正实现。尤其是配合比的设计，是控制上述性能要求的关键因素。

罗阳项目为提高水泥稳定碎石基层的整体质量，减

少反射裂缝的产生，路面施工图设计中水泥稳定碎石上、下基层均采用骨架密实型水泥稳定碎石基层，即抗裂型水稳基层，但鉴于原材料的现状(0.075mm筛孔通过率较大)及现场施工情况(必须利用已施工基层作为施工便道)，必须对规范推荐的级配进行优化调整。

骨架密实型水泥稳定碎石基层的特点

骨架密实型水泥稳定碎石基层须采用振动法成型法进行基层配合比设计，对减少半刚性基层收缩裂缝有很好的效果。振动成型法是指采用振动成型压实机进行水泥稳定碎石基层材料设计，从材料组成比例的确定到最大干密度及最佳含水量的确定，以及各项性能的检测，均采用振动压实成型试件的方法。

该方法突破了传统重型击实方法的局限，其室内成型方法与目前现场施工中的运用的大功率、重型压实工艺高度匹配，使室内成型试验数据更符合现场施工实际，避免了采用传统重型击实法取得的最大干密度计算的压实度普遍超百的情况，使现场压实度数据具有实际意义。采用振动成型法取得的最大干密度相对于传统击实法增大4%~6%，本项目水稳基层最大干密度已达2.39g/cm³。

罗阳高速公路招标文件中水稳基层级配的要求及存在问题

罗阳高速路面招标文件中骨架密实型水稳基层的级配范围(详见表1)，与规范中一致。该级配范围对4.75mm、0.075筛孔通过率要求较高。集料规格应至少划分为四档:0~5mm、5~10mm、10~20mm、10~25mm。

罗阳高速公路路面招标文件中的级配范围在4.75mm、0.075mm关键筛孔进行了对细料使用量的控制，趋向于水稳防裂及骨架密实结构设计。但其中0. 075mm筛孔的通过量限制过窄，仅为0~3%，对成型水稳层的稳定性能和抗疲劳性能造成一定程度的不利影响，且施工过程中运输车辆的通行将不可避免的造成基层表面松散损坏。

另外根据本项目的实际情况，0.075mm筛孔通过率难以达到设计范围要求，主要原因有:

(1)  周边石场石材均为石灰质岩，其脆性较大，易产生0.075mm以下的粉料。

(2)  由于当地石场较少，可供选择的资源较少，石

场生产碎石时仅采用了额式破和圆锥破，碎石针片状较多，约为12~15%，导致产生0.075mm以下的粉料较多;且经检测各石场的碎石粉尘含量在1.0~1.7%之间，石屑粉尘含量12~15%之间，基层配合比中石屑掺量基本在30%左右。因此0.075筛孔通过率肯定超过3%，基本在3%~5%之间。

对招标文件中水稳基层级配的优化调整

(1) 2015年开始执行的《公路路面基层施工技术细则》(JTG/TF20-2015)中，提出了C-B-1、C-B-2、C-B-3三种推荐级配设计范围，C-B-1、C-B-2级配0.075mm筛孔通过量为2%~5%，C-B-3级配0.075mm筛孔通过量为0～3%。第4.5.4条规定，高速公路“级配宜符合表4.5.4中C-B-1、C-B-2的规定，混合料密实时也可采用C-B-3级配。C-B-1级配宜用于基层和底基层，C-B-2级配宜用于基层”。新规范总体上从2个方面对水稳合成级配进行了优化:①从水稳混合料的均匀性保证考虑，在粗料方面适度降低其公称最大粒径;②在细料要求上考虑水稳防收缩开裂因素，将合成级配的0.075mm通过量上限由7%减为5%。考虑另外若0.075筛孔通过率过低对成型水稳层的稳定性能和抗疲劳性能造成一定程度的不利影响，因此将合成级配的0.075mm通过量不得少于2%。

(2) 《广东省高等级公路沥青路面施工技术指南》的级配范围既体现了振动成型法配合比设计理念下的骨架密实型成型要求，又与新规范对水稳层配合比设计的通用性要求有较好的匹配性、符合新规范的修订理念与要求，亦能贴切反应目前水稳石料加工工艺水准现实。

水稳基层试验段情况

(1)配合比设计。根据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTJ057-94、《公路土工试验规程》JTGE40-2007及《广东省高等级公路沥青路面施工技术指南》的要求进行了配合比设计，各项试验结果如下:基层的配合比例为:(19-31.5)mm碎石:(9.5-19)mm碎石:(4.75-9.5)mm:(0-4.75)石屑=26:29:16:29，水泥用量为4.5%，最大干密度为2.399g/cm³，最佳含水量为5.4%，平均强度7.0MPa。

(2)试验段关键指标检测结果。试验段各项检测指标如下:压实度代表值98.13%大于标准值98%;采用静压法制作试件，经过保湿养生6天，浸水1天后，进行无侧限强度检测试件强度最小值:5.8MPa，试件强度最大值:8.6MPa，在水泥剂量4.5%条件下的平均强度为7.1MPa≥4.0MPa;3)弯沉总体平均值为:6.2(0.01mm)，代表值为11.1(0.01mm)，代表值小于设计值42.9(0.01mm);混合料筛分试验结果如表5。养生7天后，抽芯进行完整性检测，取芯过程顺畅，芯样完整。

(3)从试验段实施情况来看，本项目水稳基层基本达到了骨架密实型结构要求，施工质量较好，较好的控制了基层裂缝的产生，在施工过程中，也有效的降低了施工车辆通行对基层表面的损坏。依据罗阳高速水稳试验段的经验总结，最终确定了罗阳高速公路水稳结构层的设计级配范围采用《广东省高等级公路沥青路面施工技术指南》中的对应的级配范围。

水稳基层级配调整后的优点

水稳基层骨架密实结构成型基础上的强度保证，是其承重性能体现的关键。结构支撑力来源于“粗集料的嵌挤、细集料的填充支撑、水泥硬化反应后的粘结稳定”，因此要采用“振动成型法”的试验方式确保结构骨架密实的形成，粗集料外围要有一定量的细集料确保适度填充，并充分利用细集料的比表面积增大与水泥、粗集料的硬化粘结程度。

考虑水稳层综合路用性能的实现，以4.75mm和0.075mm为关键筛孔进行细集料的掺量控制。细集

料过多将易造成级配结构转变为悬浮型且不利于水稳裂缝防治;过少不利于细集料的有效填充支撑与硬化粘结，对结构成型压实、结构性防水造成不利影响。

0.075mm筛孔的通过量在考虑水稳层的干、温缩开裂防治的要求下，应同时根据新规范对水稳结构抗疲劳性能的要求、结构成型稳定受力的要求等前提下，尤其是施工过程中不可避免要开放交通形成施工运输通道情形下的前期防交通损伤，不应过度降低，宜按0~5%的通过量进行均衡考虑。