二灰稳定碎石基层混合料配合比设计的探讨

刘德宾（西安市公路勘察设计院，陕西 西安 710065）

近年来，干线公路养护大修工程路面补强设计大多采用加铺二灰碎石路面基层。二灰碎石基层混合料的配合比设计虽经反反复复的施工试验，但均在教训和经验中摸索徘徊，从按照规范规定级配施工到采用单一粒径碎石，二灰混合料含量从15%～30%，混合料的7天无侧限强度从0.7MPa～1.1MPa，白灰剂量从5%～8%，均未收到满意的工程效果。

西宝南线路面大修工程施工中，我们在历年施工经验的基础上，认真进行二灰碎石混合料配合比设计，取得了施工过程无翻浆、基层强度均匀稳定的工程效果。

1 施工材料的工程性质

1.1 白灰

白灰技术指标应符合《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000）（以下简称《基层施工技术规范》）相关条款的要求。

1） 高速公路、一级公路或者重交通二级公路路面基层施工，宜采用磨细生石灰粉。

2） 混合料含水量过大时，水分会阻隔白灰与空气的接触，其钙化速度较慢，基层强度很难短时间内形成；混合料含水量过小，白灰颗粒之间缺少粒子运动，很快钙化成为单一的颗粒粉末而不能形成强度。

1.2 粉煤灰

粉煤灰质量应符合《基层施工技术规范》5.2.2条要求。

粉煤灰吸水能力较强，混合料含水量较大时，粉煤灰将成为泥浆状，不但没有粘结力，而且成为减弱矿料嵌挤摩阻力的润滑剂；混合料含水量较小时，其不但自身难以压实，而且吸收白灰钙化所需水分，影响白灰钙化强度的形成。

1.3 集料

二灰碎石基层的主要材料就是集料，根据结构层厚度和强度要求，二灰碎石基层使用集料除应满足《基层施工技术规范》相关条款技术指标的要求。

1）粗集料：最大颗粒粒径应控制在37.5mm以内；要求具有足够的强度，粒径比较单一，风化石、针片状含量较少。

2）细集料：最大颗粒粒径应控制在10mm以内，粒径小于0.075mm的颗粒含量宜趋近于0；要求无风化、无泥土、无腐殖质等。

1.4 水

不含酸性物质的饮用水均可。

2 问题分析及对策

在公路养护工程中，特别是三级公路养护工程中，由于施工条件限制，一般采用边通车边施工、半幅施工半幅通车，有的基层甚至是刚刚铺好就要经受行车碾压。如果配合比设计不合理，所铺基层很快就遭到损坏。例如下图1。

图1 二灰稳定碎石基层混合料

2.1 骨架嵌锁型结构

二灰稳定混合料的矿料级配中，粗颗粒集料含量偏大，甚至全部为单一粗颗粒集料时，结构的强度形成主要有两个方面：一是矿料经过碾压，之间存在一定的相互嵌挤摩阻力；二是在矿料间隙中填充的二灰混合料的粘结力。

采用这种结构易出现翻浆、裂缝等病害，分析主要原因如下：

1）骨架结构中，集料间存在大量空隙，如果二灰含量较少，不但摊铺工程过程中容易产生离析现象，而且集料空隙间所填充的二灰混合料亦不易达到密实状态，遇雨水将很快浸入基层内部，引起翻浆等病变。

2）骨架型结构中，如果二灰含量较大，骨料将处于悬浮状态，虽说二灰混合料在强大的振动压力下能够密实，但由于二灰极易吸收水分，遇水后在行车作用下很快就会引起翻浆；正常养护凝固后，由于较厚的二灰结构的冷缩应力作用，很容易产生横向裂缝等病变。

2.2 密实型结构

采用规范表5.2.6-2“二灰级配碎石中集料的颗粒组成范围”的2号级配，集料处于连续级配状态。该结构二灰碎石施工不易产生离析，基层成型后具有强度高、干缩性小、抗冲刷能力强、施工不易产生离析现象等优点。但这种结构初期稳定性较差，在行车碾压下易产生车辙、拥抱、网裂状沉陷等病害；当含水量较高、或者施工中遇到雨天时，亦易产生翻浆等病害。

2.3 悬浮型结构

即细颗粒集料将粗颗粒集料包裹悬浮的结构形式，该结构基层不但白灰用量较大、强度低，而且具有骨架结构二灰含量大及密实型结构两种类型的所有缺点。

表1 西宝南线二灰碎石基层用集料级配合成计算表

3 混合料的配合比设计

为了确保二灰碎石基层的施工质量，我们通过多次严格的试验确定，混合料的配合比设计应选用骨架嵌挤型结构。

3.1 骨架嵌挤型混合料配合比设计原理

1）取重量为mt，容积为20升的铁桶，将干粗集料填满铁桶并振动捣实；并称重为mg；

2）给装满干粗集料的铁桶注满水，24小时后将水面与铁桶上沿补平齐，称水料重mw；

3）将铁桶中的水分倒出，称铁桶及饱水粗集料重为ms；

4）经计算知道：干粗料mg-mt中，空隙体积为mw-ms公升；

5）按照不同二灰含量（二灰混合料压实干密度按照1.15g/cm3（所有密度均以试验结果为准）、碎石视密度2.54 g/cm3计）计算二灰所占空隙。以二灰含量为20%的二灰碎石混合料，最大干密度为2.03g/cm3为例，计算出干粗集料重mg-mt中，二灰所占空隙体积约为

6）细集料视密度按照2.54g/cm3计，计算细集料用量约为

因mg、mt、mw、ms均为试验测得数据，故由公式①、②可以解得Ve、mx。

3.2 总结

通过大量室内试验及工程实践总结，白灰︰粉煤灰=1︰2～1︰3，二灰含量15%～20%，通过4.75mm筛孔的细集料占混合料总质量20%-24%时，二灰碎石基层不但初期稳定性较好，而且后期工程效果也较为显著。

3.3 碎石基层集料级配

西宝南线二灰稳定碎石基层集料级配详见表1。

4 工艺及效果

二灰碎石基层施工应切合工程实际，首先通过大量试验来确定理想的混合料配合比设计，然后严格遵守《基层施工技术规范》进行施工。

4.1 混合料拌合施工要求

1）施工材料堆放要求。粉煤灰、白灰、粗集料和细集料均应隔离堆放，以免串料导致级配难以控制。白灰、粉煤灰尽量采用防御设施覆盖，以免起尘或浸水过湿。

2）拌合机械性能要求。混合料拌合采用卧式强制稳定土拌合设备，要求电子计量，至少配4个上料斗，储料口配储料斗。

3）拌合比例控制。严格按照试验室提供的集料配合比例进行上料拌合，并将拌好的混合料在料场储备6-12h，以保证碎石表面吸收水分而与二灰混合料充分粘结，避摊铺施工产生避免离析现象。

4）严格混合料含水量控制，基层养护过程中，在保持基层始终处于潮湿状态下，尽量避免行车碾压。

4.2 工程实施效果

1）混合料外观质量。采用骨架嵌挤型结构拌制的二灰碎石混合料，色泽统一稳定，经试验室检测，拌出的混合料含石量始终处在控制范围之内；标准击实试验所取得的最大干密度较其它类型结构高0.03-0.06g/cm3。

2）混合料摊铺效果。该二灰碎石混合料在施工摊铺过程中，摊铺后未出现离析现象，集料均匀稳定。

3）混合料养护实施效果。由于交通保畅压力较大，在基层养护初期，采用骨架嵌挤型结构拌制的二灰碎石混合料所摊铺的路面基层，经受住了大量车辆碾压，新铺基层在4天的阴雨天中，经受不少车辆碾压，均没出现严重翻浆现象。

4）工程质量评定。西宝南线12.066km路面基层工程施工中，二灰稳定碎石混合料七天无侧限抗压强度保持在0.9-1.2MPa之间，全路段基层均在28天后取出完整芯样。

5 结语

在公路养护大修工程中，采用骨架嵌挤型结构二灰碎石混合料摊铺的路面基层，具有初期强度高、整体稳定性优良、施工工艺可靠等优点。但在应用前应加强原路基整体性、稳定性调查，对路基强度不足地段应予以彻底处理，以确保路面基层工程施工质量。

[1]中华人民共和国交通部《公路路面基层施工技术规范》JTJ 034-2000 北京:人民交通出版社，2000.9.

[2]中华人民共和国交通运输部《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51—2009 北京:人民交通出版社，2009.12.

[3]中华人民共和国交通部《公路土工试验规程》JTG E40—2007 北京:人民交通出版社，2009.3.

[4]姜爱锋.任惠清；二灰碎石组成配合比设计[J].同济大学学报,1999年03期