水泥稳定碎石基层配合比优化设计研究

赵志鲜

(山西省公路局朔州分局，山西朔州 036000)

0 引言

近年来随着高等级公路的不断修建，水泥稳定材料以其强度高、稳定性好、抗冲刷能力强等特点而广泛应用于高等级公路的基层或底基层中。据统计我国的高等级公路中90%以上是半刚性基层沥青路面，而半刚性基层中水泥稳定碎石占很大的比例。基层是路面结构的主要承重层，其施工质量的优劣将直接影响公路的使用功能和寿命，是影响路面使用质量的关键。

本文结合山西省大忻线二级公路水泥稳定碎石基层的施工，对水泥稳定碎石基层配合比进行了优化设计。

1 工程概况

省道大同—忻州公路(编号206线)起自大同市的西花园，经朔州市的怀仁、山阴、朔城区，在忻州原平的界河铺与北京至昆明公路(编号G108线)汇合，全长232 km。本文研究路段K102+743.618～K155+680，是1988年～1990年修建的二级公路，经过十几年的运营，特别是近几年经济的持续快速发展，重车的急剧增加，路面出现了龟裂、松散、沉陷等多种病害，实测弯沉值也远超过了现有交通量要求的允许弯沉值;桥涵、防排水等构造物也不同程度的出现损坏。为了消除上述危害，将现有二级路加宽改建。

2 水泥稳定碎石基层级配设计

根据大忻线二级公路路面基层材料情况，结合相关的国内外研究结论，试验研究采用三种级配，分别为规范级配上限、规范级配中值、规范级配下限。按相关规范的要求分别进行最佳水泥用量的设计。分别对三种设计级配进行无侧限抗压强度试验，分析比较设计级配的优劣性能，确定合理的水泥稳定碎石基层级配及各种添加材料的组成建议。

对水泥稳定碎石基层集料取样进行筛分，筛分结果见表1。

按照筛分试验结果，以及《公路基层施工技术规范》进行级配设计，设计结果见表2，绘制曲线见图1。

表2 水泥稳定碎石基层混合料级配设计结果 %

图1 水泥稳定碎石混合料级配曲线图

3 设计级配的重型击实试验

根据上述级配设计结果，设计水泥剂量分别为3.5%，4.0%，4.5%，按照《公路土工试验规程》重型击实标准进行各级配不同水泥剂量下基层混合料的击实试验，击实试验结果见表3。

表3 不同水泥剂量下重型击实试验结果

级配2水泥剂量与含水量及干密度关系图如图2～图4所示。

根据抗裂型水泥稳定碎石基层施工规范中关于静压法成型强度代表值应大于3.5 MPa的技术要求，考虑到水泥稳定碎石的拌和以及现场摊铺施工控制精度有限，且存在较大的变异性，参照以往的经验，综合考虑本次成型方法所得强度试验结果，水泥稳定碎石混合料的设计水泥剂量取为4.0%。

从试验结果来看，采用较粗的级配有利于提高水泥碎石混合料的强度;随着混合料掺砂量的增加，相同剂量水泥用量下，水泥碎石的强度无侧限抗压强度减小，抗压性能降低。

图2 水泥剂量3.5%含水量和干密度关系

4 最佳水泥剂量的确定

根据确定的最佳含水量和最大干密度，拌制水泥稳定碎石混合料，采用静压法按压实度(98%)成型无侧限抗压强度试件。在标准条件下养护6 d，浸水1 d后取出，进行无侧限抗压强度。试验结果见表4。

图3 水泥剂量4.0%含水量和干密度关系

图4 水泥剂量4.5%下的含水量和干密度关系曲线图

表4 水泥稳定碎石混合料7 d静压成型强度试验结果

5 主要结论

该水泥稳定碎石基层混合料目标配合比的试验结果汇总如表5所示。

表5 水泥稳定碎石目标配合比设计结果

根据试验结果，粗级配有利于提高混合料的强度，但其施工和易性要比细级配差，施工控制要求高于细级配，建议省道大忻线二级公路水泥稳定碎石基层级配采用规范级配偏下限，即设计级配介于规范中值与规范下限之间，这样利于减少水泥用量，减少基层材料的收缩，强度性能良好，可用于水泥稳定碎石基层的施工指导。

根据相关研究成果，振动成型法设计得到的水稳碎石混合料指标与现场施工具有较好的一致性，而振动成型法获得的混合料最大干密度一般为静压成型法的1.02倍～1.04倍，根据本项目特点及相关经验，作为现场施工控制参数，建议采用设计结果的1.03倍控制现场压实度。

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