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摘要:基層水泥穩定碎石混合料目標配合比與現場生產配合比脫節一直是半剛性基層施工的通病。依托甜永高速公路項目，通過數理統計手段對水泥穩定碎石基層級配進行優化設計，以期解決該項目基層目標配合比與生產配合比脫節、目標配合比試驗周期長而無法有效指導基層現場施工的現象。

關鍵詞:水泥穩定碎石;級配;基層;生產配合比;優化

1項目概況

甜永高速工程建設項目是銀百國家高速公路(G69)的重要部分，它南接陜西咸旬高速公路，從而在交通網絡線上形成了北通銀川、南接西安的省際間快速聯絡通道，是陜、甘、寧三省地區的重要運輸大通道。甜永高速路面結構為:上面層為superpave－13(4cm);中面層為superpave－20(6cm);下面層為ATB－25(8cm);基層與底基層均為水泥穩定碎石混合料，設計級配為C－B－1。

2級配優化方案

水泥穩定材料其強度主要來自于礦料本身的強度(如壓碎值、針片狀含量)、礦料級配(最為重要)和混合料的密實性以及水泥的水化作用。本次級配優化工作的主要目的是為了分析水泥穩定混合料中碎石含量的合理范圍，為后續的施工及質量管控提供了依據。詳細步驟如下。1)對基層材料每批次原材料篩分數據進行統計計算，求出各檔集料各粒徑的平均通過率及標準差。2)根據各檔礦料篩分統計結果，通過調整混合料4．75mm篩孔上的通過率設計4條級配曲線(4．75mm篩孔上的通過率間隔在2%左右，同時保證混合料級配曲線基本符合C－B－1的級配范圍)。3)根據前期生產配合比(基層或者底基層)確定的設計水泥劑量，對設計的中4條級配曲線進行重型擊實試驗，從而確定出各級配曲線混合料的最大干密度ρd及最佳含水量wopt。4)根據擊實試驗結果，分別對4條級配曲線的混合料進行7天無側限抗壓強度試驗，并逐個計算出4條級配方案的7天無側限抗壓強度代表值，最終在其中選擇強度最高的曲線作為最佳級配曲線。5)根據各檔原材料篩分的平均通過率及標準差，通過各粒徑篩孔通過率±2倍標準差的方式計算出各檔集料的波動上、下限，按目標級配曲線比例計算出混合料的波動上、下限，原則上應以該波動上、下限作為基層施工時控制基層混合料級配范圍的依據。

3原材料試驗結果統計

本項目細集料(0～3mm、3～5mm)由寧夏瑞興礦業有限責公司生產;粗集料(5～10mm、10～20mm、20～26．5mm)由平涼新盛礦業有限責任公司生產，壓碎值、針片狀含量等指標均滿足要求。此次試驗統計了0～3mm的石屑篩分結果共計40組，3～5mm的細集料篩分共計40組，5～10mm碎石共計40組，10～20mm碎石共計40組，20～25mm碎石共計40組。各檔集料平均篩分通過率及標準差統計結果如表1所示。

4級配優化設計及選擇

4.1級配優化設計

以各檔集料篩分平均通過率進行摻配，通過改變4．75mm篩孔上的通過率設計出4條目標級配曲線，每條級配曲線的4.75mm篩孔上的通過率按2%左右遞減或遞增，同時也要確保滿足C－B－1級配范圍要求。級配方案設計如表2所示。

4.2選擇最佳級配

對4種級配方案分別按照4．1%水泥劑量進行重型擊實試驗，進而確定出4種水泥穩定碎石混合料的最大干密度及最佳含水率，具體的結果如表3所示。根據擊實試驗所確定的最大干密度ρd及最佳含水率wopt，并按照98%的壓實度，采用靜壓法成型規定數量(以13個試件為一組)的無側限抗壓強度試件，經在養護室標準養護7d，測定其7天無側限抗壓強度，試驗結果詳如表4所示。由表4中7天無側限抗壓強度試驗結果可知，3種方案抗壓強度均滿足設計要求(≥3．5MPa)，其中方案3的無側限抗壓強度值最高，這說明在相同水泥劑量條件下，方案3的級配的力學性能最優，故確定方案3為最佳級配。

5確定和驗證混合料級配范圍

5.1確定混合料級配范圍

根據各檔礦料平均通過率及標準差，按各檔集料平均通過率±2倍標準差的方法計算出各檔集通過率的波動上、下限，并按照方案3各檔集料摻配比例計算出符合要求的級配波動上、下限，以期將此范圍作為施工過程中基層混合料顆粒級配的控制范圍，波動上、下限(即混合料級配范圍)如表5所示。根據計算出的級配波動上、下限來看，9．5mm以上粗集料級配波動范圍較C－B－1更寬，這與集料篩分統計中單檔粗集料級配波動變異系數非常吻合，0．15mm、0．3mm篩孔上的通過率偏粗，也與0～3mm石屑級配偏粗吻合。由此可以判定本次級配優化過程是合理的，也能與前期集料檢測數據相匹配，故建議施工過程中基層級配控制應注意以下幾點。1)嚴格控制10～20mm、20～25mm碎石級配，確保混合料級配的穩定性，針對26．5mm超粒徑現象，允許混合料有2%～3%的超粒徑顆粒。2)考慮到0～3mm石屑級配偏粗但較穩定，碎石加工場短時間難以整改，若貿然改動篩孔尺寸導致級配變動，對控制混合料級配穩定性不利，故建議將混合料級配范圍進行相應調整，施工過程中應加強進場細集料級配及0．075mm含量檢測，以確保混合料級配穩定。3)水泥穩定結構層作為高速公路的主要承重層，級配設計以密實防水、抗沖刷、收縮性小、強度高等要求為技術目標，故在關鍵篩孔4．75mm檔選用實測結果計算的波動范圍7%(37%～43%)作為該標段水穩混合料的控制范圍。根據集料篩分結果和波動范圍，建議將混合料級配范圍作微調整，如表6所示。

5.2驗證混合料級配范圍

根據TYLM6同段拌合站配備德通800型振動拌缸2臺，串聯組合振動雙拌缸拌合，通過對104組拌合站皮帶傳送帶混合料的級配抽檢和統計結果分析，發現其4．75mm篩孔上的通過率超過級配上限的有2組、超出級配下線的有11組，實測合格率為87．5%，最大標準偏差為1．7%;26．5mm通過率小于100%的有2組，超粒徑含量宜控制在1%以內。根據7天現場鉆芯取樣檢測發現，所檢100個芯樣均完整、密實，并對芯樣進行了無側限抗壓強度試驗，試驗結果統計如表7所示。由表7可知，現場芯樣無側限抗壓強度代表值遠大于設計強度(≥3．5MPa)，最大值達到了7．2MPa，且變異系數僅為6．0%。由此可知，級配優化對生產配合比及混合料生產起到了實質性的指導作用。

6結論

本文首先對甜永高速公路項目集料進行篩分統計，然后通過級配摻配優化設計和本項目集料實際情況得到了合理的級配范圍，最后通過混合料篩分及現場鉆芯取樣檢測進行了驗證，現得到如下結論。1)通過混合料級配優化設計，能準確有效控制混合料生產級配且能保證其穩定性，對混合料生產和現場施工起到了實質性的指導作用。2)通過建立集料數據庫，能夠最大限度縮短配合比設計耗時周期長的問題。3)通過級配優化設計及數理統計方法準確得到了合理的生產級配控制范圍。

參考文獻:

［1］中華人民共和國交通運輸部．JTG/TF20－2015公路路面基層施工技術細則［S］．2015．

［2］劉凱勇．高速公路水泥穩定碎石基層質量控制要點［J］．建筑技術開發，2020，47(9):118－119．

作者：張巖 單位：甘肅省交通科學研究院集團有限公司 甘肅省道路材料工程實驗室