水泥稳定碎石土路面底基层技术研究

水泥稳定碎石土路面底基层技术研究水泥稳定碎石土是介于水泥稳定碎石和水泥稳定土之间的一种新型结构，水泥稳定碎石土不但具有强度高、板体性好、承载力大、耐冲刷等优点，与水泥稳定碎石相比还有节约造价、施工易控制等优点，又克服了水泥稳定土其不耐冲刷、抗裂能力差的缺点，同时又具有与基层强匹配好的优点。《公路路面基层施工技术规范》提供的底基层结构主要有水泥稳定土、石灰稳定土、石灰工业废渣稳定土、二灰土、水稳碎石、二灰碎石等多种形式可供选择。目前高速公路底基层设计强度一般为2MPa，石灰土、二灰土、二灰碎石及石灰工业废渣稳定土的强度无法满足要求，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，并且施工成本较高。大庆至广州高速公路濮阳段采用水泥稳定碎石土路面底基层结构，取得了满意的效果。1水泥稳定碎石土水泥稳定碎石土（cementstabilizedrocksoil缩写为CSRS）就是在粉碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中掺加一定量的碎石（一般不大于50%），掺入足量的水泥和水，经拌和得到的混合料在压实和养生后，形成符合规定抗压强度的板体结构（见图1），可作为高速公路和一级公路的底基层及低等级公路的基层。2水泥稳定碎石土的优点作为高速公路底基层的水泥稳定碎石土是介于水泥稳定碎石和水泥稳定土之间的一种新型结构，兼有二者的优点，是一种理想的平原区高速公路的路面底基层结构。从取芯照片可以看出，芯样比较完整，与路床粘结良好，石料悬浮均匀。水泥稳定碎石底基层具有强度高、板体性好、承载力大、耐冲刷等优点，与水泥稳定碎石相比，水泥稳定碎石土除具有水泥稳定碎石的优点外，还有节约造价、施工易控制等优点。与水泥稳定土相比，水泥稳定碎石土克服了其不耐冲刷、抗裂能力差的缺点，又具有与基层强匹配好的优点(因为水泥稳定土与水泥稳定碎石的强度相差太大)。3配合比设计根据路面设计原理，从基层到底基层再到路床，强度以递减为宜，递减幅度宜接近。大庆至广州高速公路濮阳段基层设计强度为4MPa，路床加水泥处治后，强度0.4～0.6MPa之间，所以水泥稳定碎石土底基层的设计强度以2MPa为宜，这个强度值与基层及路床的衔接较好，递减幅度接近，施工容易满足。最后，考虑造价因素，经多次讨论、咨询，并通过多次平行试验最终确定底基层设计强度为2MPa，20℃抗压回弹模量为900MPa，劈裂强度0.3MPa，容许拉应力为0.12MPa。项目业主委托天津市政工程设计研究院，根据每个标段不同土质及碎石情况进行了配比试验，结果显示，水泥计量达到8％，碎石含量在40％时，各种土质及R32.5级普通硅酸盐水泥均可满足设计要求，配合比为水泥:碎石:土＝8:40:52,设计强度为2MPa。4水泥稳定碎石土底基层施工规范4.1对材料质量控制与要求（1）水泥。采用推荐厂家的32.5级硅酸盐水泥，水泥的质量应符合规范要求，且初凝时间在3h以上，终凝时间在6h以上。（2）碎石。符合JTJ034-2000规定的压碎值不大于30％的要求；粒径按天津市市政研究院要求的10～30mm一种规格。（3）土。选用施工场地附近的土，最好选用砂性土，塑性指数控制在5.5～10；均匀系数大于10；有机质含量不得超过2.0％；硫酸盐含量不得超过0.25％；液限不超过40％；最大粒径不超过10mm。（4）稀水泥浆。按水泥:水＝1:1.5（重量比）控制。（5）最佳含水量、最大干容重。按设计报告中的参数执行。（6）原材料试验。应作水泥物理性能试验、土的颗粒分析、液限和塑性指数、相对密度（标准击实）、碎石压碎值等试验。4.2对主要机械设备要求（1）稳定土厂拌和机。小时产量不低于500t。拌和机的储料斗上口应加装带有倾斜度的铁筛子；储料斗上口之间要用隔板隔开，防止不同集料在储料斗中相混，自动控制室内电脑性能要良好。（2）稳定土摊铺机。采用幅宽能调整的两台摊铺机，一前一后，相距6～10m。（3）压实机具。配3台20t以上压路机，一台26t胶轮压路机。（4）自卸车。数量以满足连续施工作业需要，建议采用10～15t自卸车。（5）洒水车、平地机。各不少于1台。4.3施工的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→摊铺整型→碾压→检测→覆盖养生→验收。（1）准备下承层。在准备下承层之前，须按设计要求，把中央分隔带的横向排水管进行埋置，并与边坡泄水槽位置相对应。下承层为路床水泥改善土，路基路床必须交验合格，表面应坚实平整，具有规定的路拱，无松散、软弹的杂物。若有软弹，必须处理。松散杂物，务必清理干净，并洒水湿润。（2）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，计算出底基层分段铺装厚度，并分别布设松铺标高和压实后标高的控制标高。（3）培路肩、立模。底基层铺装时，外侧可以采用土模即培肩，培肩土碾压达到90％以上的压实度时，内侧切成垂直面并作到线形顺直；中央分隔带一侧立模（必须用钢模），并支撑牢固；培肩土压实后的高度与立模的高度等于底基层的压实厚度，即18cm。（4）配料拌和。配料准确、拌和均匀是满足级配要求和强度的关健。必须按总监办批准的配合比进行配料，计量必须准确，并根据集料和混合料含水量的大小，及时调整用水量，用水量比最佳含水量大1％～2％（根据气温确定）；水泥用量要比试验室确定的水泥剂量增加0.5％～1.0％；在正式拌和前，先调试设备，达到规定的使用要求之后，才能开始拌和；拌和必须均匀，色泽基本一致，并作好拌和记录。在进行拌和操作时，稳定料（水泥）的加入方式应能保证自始至终均匀分布于被稳定的材料（碎石、土）中；试验人员要经常从出料口取拌好的混合料，作水泥剂量测定及筛分试验，以检查混合料是否符合配合比设计，便于及时调整。（5）覆盖运输。运输自卸车的配备数量要能满足连续作业的要求，要尽量缩短混合料的运输时间。运料车装料出厂时，混合料必须用蓬布覆盖，以防止混合料表层含水量损失过多。运输混合的车在路床上行驶速度宜缓慢，并禁止急刹车和调头。根据施工现场实际需要，运输车辆以10～15t自卸车为宜。大吨位的车辆在料厂等料时间长，混合料装载的高度高，容易离析，运输途中的颠簸，混合料自然沉降大，容易粘车底，卸车时混合料不易下落，往往需辅以人工协助，耽误时间。同时过多的沉底料，卸在摊铺机前，需大量人工重新送到摊铺机料斗翻拌使用，浪费劳力。（6）摊铺整形。为确保底基层与下承层结合紧密，在混合料摊铺前，要设专人洒布水泥浆，水泥浆按水泥:水＝1:1.5（重量比）控制；水泥用量单幅每前进5m约用一袋水泥（50kg）；洒布水泥浆在摊铺机前不要过分超前，一般控制在6m以内；水泥浆洒布要均匀，不能出现花白块。摊铺现场要设专人控制供料进度和摊铺速度，专人指挥自卸车卸料；车斗内卸不尽的沉料要卸在摊铺机前合适的位置，不影响摊铺机行走，并将卸下的沉底料用人工送到摊铺机料斗内翻拌使用；超过水泥终凝时间未能碾压的混合料应予铲除。摊铺机摊铺混合料时，要准确计算松铺系数，控制好摊铺厚度；必须用两侧行走的钢丝控制混合料的摊铺厚度及标高，以便及时调整。摊铺机摊铺混合料时，要设专人在摊铺机后消除粗集料离析现象，特别是局部形成的粗集料窝或粗集料带应铲除，并用新混合料填补。前台摊铺机左侧螺旋送料器、送料到端部时，石子容易离析集中，施工时，可将摊铺机左侧雪撬板下落离地面5cm左右，可解决石子集中离析问题。摊铺混合料中间不宜中断，若中断超过2小时，或当天结束摊铺时须用方木（方木高度用混合料压实度）加钢钎固定设置横向接缝；继续作业时将末端混合料垂直于路基中心线切割后，再用人工修理整齐。底基层的横向接缝要作记录，避免基层施工时在同一断面上留接缝。（7）碾压。碾压是混合料形成强度的关健，正确的碾压方法、碾压遍数、碾压时间是保证现场压实检测结果（代表值与极值）满足评定标准的基础。因此，在混合料摊铺整型后，立即在全宽范围内进行碾压。直线段由两侧向中心碾压；超高段由内侧向外侧碾压。第一遍采取静压稳压，之后才开始振压；严格控制碾压速度，头两遍采用1.5～1.7km/h，其后采用2.0～2.5km/h；每道碾压应与上道碾压重迭，一般重迭1/3或1/2轮；一般需碾压6-8遍；最后用轮胎压路机收面。压实后的表面应平整无轮迹或隆起，且断面正确，路拱符合要求；模板边压路机压不到的地方要用气夯夯实。在碾压过程中，混合料的表面应始终保持湿润，如表面水份蒸发快，及时补洒少量的水。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车，以保证结构层表面不受损坏。施工中，从加水拌和到碾压终了的时间不应超过试验确定的延迟时间或水泥终凝时间，并按此配备足量的压路机；根据7个合同段施工经验，一个作业段，配三台20吨以上的压路机，一台胶轮压路机，一般碾压7遍以后压实度就能达到96％；从加水到拌和能在3-4小时内完成。（8）覆盖养生。底基层碾压检测合格后应立即进行覆盖养生，覆盖保湿必须7天以上。本项目底基层覆盖材料统一要求采用一布一膜制成的土工布（100～150g/m2）；铺土工布覆盖时，要求先铺靠中央分隔带位置，再一幅一幅叠压向路肩侧铺。由中央带位置掀起加水，自流至路肩保湿养生。洒水养生只能揭开灌水部位的土工布，不准全部掀开。养生期间要始终保持底基层表面湿润状态，避免忽湿忽干而产生收缩裂缝。铺好的土工布上统一用小编织袋装碎石盖压，以防被风掀起或刮跑，一般每条纵缝每隔3～4m压一袋，为统一美观，编织袋的摆放保持纵横向均在一条线上，横竖成行。养生期间，必须封闭交通，禁止车辆行驶。5质量检测水泥稳定碎石土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、横坡和强度等。5.1无侧限抗压强度合同段自检每2000m2制取一组试件，取样地点不得少于6处，监理每工作班抽一组试件，取样地点不得少于10处；每组试件的个数按《公路工程质量检验评定标准》附录G的要求制作；5.2压实度压实度必须单点合格，且大于96％；检测频率为：合同段自检每200m每车道检测2点，监理按30％的频率抽检；5.3底基层取芯检测底基层在碾压结束后第8天，现场取芯，浸水24h后，在第9天进行无侧限抗压强度试验。取芯频率：承包商按每200米长路段每车道取一点；监理按30％频率抽检；总监办按500m长的路段取2点，左、右幅各一点；取芯位置按照《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）附录B“现场随机取样位置的确定”执行。现场取芯及抗压试验由驻地办和承包商共同进行，总监办中心试验室进行抽查；若现场取芯出现不完整芯样，要作记录，并在取芯台帐中注明；取芯时，应现场拍照、注明桩号、具体位置；取芯后，要随时用混凝土补洞。6验收承包商自检合格后，向驻地办进行完工报验，由驻地办负责对报验路段的底基层进行验收，并对合格工程签发《质量认可书》，一并整理汇总验收资料，然后将整理汇总的验收资料报总监办。总监办认真审核验收资料，符合要求后，报业主三阶段验收组。总监办配合验收组对报验路段按《公路工程质量检验评定标准》全面验收，验收完成后，由总监办汇总底基层验收路段完整的验收资料，报省质监站，申请省站验收。7经济技术分析将水泥稳定碎石土与水泥稳定土和水泥稳定碎石进行经济技术分析，结果见表1。从上表可以看出，对于平原区高速公路，由于石料匮乏，价格昂贵，水泥稳定碎石土有无以伦比的性能价格比优势，具有一定的推广价值。8结束语水泥稳定碎石土是介于水泥稳定碎石和水泥稳定土之间的一种新型结构，兼其二者的优点，是一种理想的平原区高速公路的路面底基层结构。