骨架密实型基层配合比设计应用

骨架密实型基层的配合比设计与应用摘要：骨架密实型基层在二（连浩特）广(州)高速公路怀集至三水段的应用是广东省高速公路路面基层设计与施工的第一个项目。

本文介绍了骨架密实型基层采用振动成型工法的配合比设计与混合料的拌和、摊铺、碾压工艺及其质量控制等。

为骨架密实型基层的推广应用，积累了一定经验。

关键词：高速公路骨架密实型基层配合比设计施工工艺
1 概述
1.1 采用骨架密实型基层的必要性
随着重型交通的日益发展和渠化现象的日益严重，以无机结合料稳定类的半刚性基层代替粒料基层,已成为国内外发展的趋势。

此类半刚性基层材料具有强度高且能满足承担重载的需要，但同时刚度(模量)也大,特别是胀缩系数偏大，往往容易产生收缩开裂，并由此引起沥青面层发生对应反射裂缝。

目前，广东省高速公路路面半刚性基层基本上采用水泥稳定碎石材料，按国内现行《公路路面基层施工技术规范》jtj 034-2000进行设计施工的半刚性基层采用矿料合成级配见表 1，试验方法采用重型击实法。

根据以往的工程实践证明，采用上述基层结构材料铺筑的半刚性基层，在其养生期结束不可避免会产生不同程度的横向裂缝，情况严重时横向裂缝的间距小于10m,从而导致沥青路面的早期破坏——反射开裂。

表1水泥稳定碎石基层集料级配表
通过以下方孔筛（mm)质量百分率（%）
31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
100 72∽89 47∽67 29∽49 17∽35 8∽22 0∽7
而骨架密实型水泥稳定碎石基层，根据《公路沥青路面设计规范》（jtj d50—2006）附录 a 试验方法采用振动成型法进行的基层配合比设计方法——简称振动成型法，是近几年施工实践过程中经过科技人员攻关，在不断总结改进过程中形成的路面基层施工技术，振动成型法骨架密实型水泥稳定碎石基层因具有较低的水泥剂量、较高的强度和有效减少裂缝而逐渐被采用。

1.2 工程概况
1.2.1 设计概况
（1）自然区划
二（连浩特）广(州)高速公路怀集至三水段所处自然区划为
iv7(珠江三角洲平原与侵蚀丘陵过渡区)～iv6(武夷山南岭山地过湿区)。

（2）主要技术指标
沥青砼路面设计年限为15年，设计年限内一个车道上的累积标准轴载（100kn）作用次数ne=2.425×107次，设计弯沉0.200mm。

（3）路面基层主要设计参数
路面基层主要设计参数见表 2 。

表 2 路面基层主要设计参数表
材料名称 20℃抗压回弹模量15℃抗压回弹模量劈裂强度（mpa）（mpa）（mpa）
5%水泥稳定碎石基层1200 1200 0.5
路面工程于2008年10月13日完成招投标工作，是广东省第一个采用骨架密实型基层设计的高速公路项目。

《两阶段施工图设计》中路面基层采用骨架密实型结构，基层压实度≥98，设计水泥用量4～5.5%，7d无侧限抗压强度3.5mpa。

集料的最大粒径≤31.5mm、压碎值≤25%，集料合成级配参照《公路沥青路面设计规范》（jtj d50—2006）骨架密实型水泥稳定类集料级配进行设计，具体矿料级配见表 3 。

其中，主线双向6车道路面基层设计厚度36cm,分两个18 cm厚进行分层施工。

表3水泥稳定碎石基层集料级配表
通过以下方孔筛（mm)质量百分率（%）
31.5 26.5 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
100 68∽86 38∽58 22∽32 16∽28 8∽15 0∽3
1.2.2 施工概况
在实际施工过程中，按照表 3 矿料合成级配，进行了振动成型法基层配合比设计和施工。

2 骨架密实型水泥稳定碎石基层振动成型法配合比设计
2.1 原材料
2.1.1粗集料：采用肇庆市大旺兴业石场二级破碎机生产线（颚
式破碎机+圆锥式破碎）生产的三种集料，具体规格分别为4.75～9.5mm碎石、9.5～19.0mm碎石、19.0～31.5mm碎石。

2.1.2细集料：采用肇庆市大旺兴业石场生产的的0～4.75mm石屑。

2.1.3 水泥胶结料：采用英德市海螺水泥厂生产的p.c32.5缓凝复合硅酸盐水泥，水泥的各项检测指标均符合（gb 175—2007）《通用硅酸盐水泥》标准的要求。

水泥的凝结时间为：初凝时间不小于4.0h,终凝时间不小于6.0h，满足规范或设计要求。

2.2集料合成级配设计计算
各档集料的筛分结果见表 4 。

按照骨架密实性基层结构设计级配进行目标配合比设计，合成级配见表 4 。

设计级配曲线图见表 4 所示。

目标配合比设计级配的各档集料用量为：
9.5～31.5mm碎石：9.5～19.0mm碎石：4.75～9.5mm碎石：
0-4.75mm石屑
= 20%：30%：20%：30%。

表 4水泥稳定碎石基层集料级配设计计算表
水泥稳定碎石基层集料通过下列筛孔（mm)的筛分结果及合成级配曲线图
材料名称用量31.5 19 9.5 4.75 2.36 0.6 0.075
9.5～31.5mm碎石20% 100 1.76 0.42 0.42 0.42
0.42 0.42
9.5～19.0mm碎石30% 100 92.85 17.28 0.47
0.47 0.47 0.47
4.75～9.5mm碎石20% 100 100.0 57.18 2.36 0.69 0.69 0.69
0-4.75mm石屑30% 100 100.0 100.0 86.62
60.18 33.61 8.18
合成100% 100 78.21 46.70 26.68 18.42
10.45 2.82
中值100 77.0 48.0 27.0 22.0 6.5 1.5
上限100 86.0 58.0 32.0 28.0 8.0 3.0
下限100 68.0 38.0 22.0 16.0 5.0 0.0
目标
2.3 最大干密度及最佳含水量试验
由上述确定的目标配合比级配，根据《公路沥青路面设计规范》
（jtj d50—2006）附录 a 半刚性基层材料振动法试件成型方法，采用静压力 1900n、激振力6800n、振动频率30hz，振动时间2min，对骨架密室型水泥稳定碎石半刚性材料进行击实试验，通过绘制含水量与干密度关系曲线确定最佳含水量和最大干密度。

试验结果见表 5 和图 1 。

最佳含水量（%）为4.8、最大干密度（g/cm³）为2.29。

表 5最佳含水量和最大干密度试验结果汇总表
试验编号 1 2 3 4 5
含水量（%） 2.96 3.97 4.89 5.82 6.75
干密度（g/cm³） 2.25 2.283 2.29 2.27 2.255
结论最佳含水量（%） 4.8 最大干密度（g/cm³）
2.29
2.4 水泥剂量试验
依据上述确定的最佳含水量制备下列3个水泥剂量：3.5%、4.5%、5.5%条件下的振动成型法试件。

在试验标准温度20±2℃、湿度95%的条件下，室内养生6d,饱水养生1d后，按照>（jtj 057-94 ）试验规程进行无侧限抗压强度试验，采用内插法计算水泥计量为
4.0%、
5.0%条件下的对应无侧限抗压强度，试验结果见表 6。

表 6无侧限抗压强度汇总表
水泥剂量（%）平均强度r（mpa）标准差s 偏差系数cv
r设计/(1-zacv)
3.5
4.97 0.5 9.96 4.19
4.0
5.17 4.65
4.5
5.37 0.68 12.64 4.42
5.0
6.25 4.65
5.5 7.13 0.933 13.07 4.46
根据无侧限抗压强度试验结果，在水泥剂量3.5%条件下的平均抗压强度为4.97mpa，满足平均强度r≥r设计/(1-zacv)的要求。

因此，本次骨架密实型水泥稳定碎石半刚性基层混合料配合比设计的水泥剂量取3.5%，考虑实际施工时与室内试验的差异性，则在施工过程中实际水泥剂量在3.5%的基础上增加0.5%，即按4.0%水泥剂量进行基层混合料的拌制。

3混合料的厂拌
3．1水泥稳定粒料拌和楼在生产水泥稳定粒料过程中，先测出石屑和碎石含水量，再调定混合料的用水量,使其略大于最佳值的0.5～1.0%，以补偿施工过程中水份蒸发损失。

根据试验室标定好的水泥泵的转速来控制水泥剂量，水稳拌和楼集中拌和的水泥剂量要提高1.0%。

一经确定转速严禁任意调动,试验人员随机抽检水泥剂量，一个工作台班不少于6次。

拌和楼的产量为350450t/h。

3．2混合料必须拌和均匀，不得出现未拌和或拌和不均匀的现象，合格的混合料应该是无灰条、灰团、色泽均匀、无离析和成团现象。

3．3现场检测水泥剂量和外观是否均匀，及时反馈给后场调整。

4摊铺的流程
4．1基层施工采用二台摊铺机前后相隔810m同步向前摊铺，走在前面的摊铺机靠一边钢丝牵引，另一边用铝合尺（根据已知中边桩挂线标高拉出标高），铝合金尺摆放要平行路中线和等距，减少误差；紧跟其后的摊铺机一边用滑靴搭着前机，另一边用钢丝牵引。

4．2为了保证摊铺时连续不断，根据拌和楼产量350450t/h确定摊铺速度为1.0m/min。

计算公式：400吨（产量）÷2.29kg/m3（最大干密度）÷15.89m （宽度）÷0.2m（厚度）=1m/min
4．3测量员及时跟踪测量摊铺后基层顶面标高、横坡，将数据结果及时反馈给施工员，施工员根据反馈结果来及时指导施工，以确保摊铺基层的各项质量指标。

5人工整修：
5．1摊铺机螺旋交接处为搅拌及摊铺机夯锤实盲区，可根据现场情况适当人工加料。

5．2摊铺机螺旋送料远端容易聚集骨料，应用人工适当铲散。

（要特别注意容易造成离析位置，以免影响钻芯成型。

5．3摊铺机后面应设专人消除粗细集料离析现象，必要时采用人工筛分细料填补。

5．4对于摊铺机螺丝旋转离心力时引起粗骨料聚集在下部，我们将摊铺机横向挡板加长，减少粗骨料离晰，。

6最佳碾压组合及最佳碾压遍数的确定
表一:最佳碾压组合及最佳碾压遍数表
序号初、复终压碾压机械碾压速度碾压频率碾压遍数
1 初压20t单钢轮 1.5-1.7km/h慢速前进时静压,返时直接振动 1
2 复压20t单钢轮 1.5-1.7km/h慢速低频、高幅振压
2
3 20t单钢轮 1.5-1.7km/h慢速高频、低幅振压 1
4 26t单钢轮 1.5-1.7km/h慢速高频、低幅振压 3
5 26t轮胎 1.5-1.7km/h慢速静压不间断
6 终压26t轮胎 2.0-2.5km/h快速静压收光 2
表二：压实度、厚度检测结果汇总表
桩号k20+960
主车道1 k20+980
主车道2 k21+100
超车道k21+020
主车道1 k21+040
主车道2 k21+060
超车道
干密度g/cm3） 2.276 2.281 2.272 2.279 2.269 2.269
压实度（%） 99.4 99.6 99.2 99.5 99.1 99.1
厚度（cm）17.8 17.9 18.4 17.7 18.4 18.4
桩号k21+080
主车道1 k21+100
主车道2 k21+120
超车道k21+140
主车道1 k21+150
主车道2
干密度g/cm3） 2.263 2.269 2.281 2.267 2.271
压实度（%） 98.3 99.1 99.6 99.0 99.4
厚度（cm）17.6 18.4 18.3 18.4 18
6．1初压：用20t单钢轮钢轮压路机以1.5-1.7km/h慢速静止碾压1遍；
6．2复压：以20t单钢轮沿路开高频、低幅振压1遍，以低频、高幅振压2遍；期间26t压路机以低频、高幅交错振压3遍，胶轮压路机紧跟压路机不间断静走使下基层顶部密实。

6．3终压：轮胎式压路机静走2遍使基层顶部密实，消除压路机轮印。

6．4高程和横坡跟踪测量合格，达到最佳含水量时立即用压路机在路幅全宽内进行静压，直线段由两侧向中心振压，超高段由低侧压向高测。

每次振压要求重轮重叠1/3，重轮振压完全宽即为一遍。

6．5严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上“调头”、急刹车，保证底基层表面不被破坏。

6．6压路机碾压时，停机位不得在同一断面，起机和停机要缓慢。

7 施工缝的处理
7．1所有横向施工缝均采用平接缝。

7．2在摊铺混和料过程中，如因故中断时间超过2小时和每天的施工横缝，应用人工将末端混和料修理整齐，紧靠混和料放两条方木，高度与混合料压实厚度相同，整平紧靠方木的混和料。

7．3在方木的另一侧用砂砾或碎石回填约3米长，高出方木3～5cm，将混和料振压密实。

7．4在重新开始摊铺混合料之前，将砂砾和方木除去，并将路基顶面清扫干净后，方可摊铺混合料。

7．5下基层分幅施工纵向接缝必须垂直，不得用斜接法，松散部分清理干净。

为增强纵缝相接能力，可适当撒少量水泥或水泥浆。

8养生及交通管制
8．1碾压成型后采取业主规定的养生簿膜覆盖。

纵向及横向接茬处重叠20cm，然后用河砂压住。

并设专人进行路线巡视，一旦发现薄膜被风等掀开，及时补洒水后重新盖好。

8．2养生期间一律禁止非生产车辆在稳定层上行驶，施工生产车辆一律走便道，设专人每天检查覆盖情况。

9 总结
采用振动成型法进行的骨架密实型基层配合比设计是新规
范>jtg e51-2009新增试验方法，也是未来发展的新方向。

通过此
方法可获得较高的强度和稳定性,能满足日益发展的重型交通；具有较小的收缩变形和较强的抗冲刷能力，减少反射裂缝；路面的整体路用性能明显提高，避免了基层裂缝引起的早期破坏，提高了路面的耐久性。

注：文章内的图表及公式请以pdf格式查看。