第３８卷，第１期 公 路 工 程 Ｖｏ１．３８，Ｎｏ．１ ２ ０ ｌ ３年２月 Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｅｂ．，２ ０ ｌ ３ 郴宁高速公路水泥稳定碎石配合比设计 与施工质量控制 张云帆 ，闵 斌 ，查旭东‘ （１．湖南省郴宁高速公路建设开发有限公司，湖南郴州 ４２３０００；２．长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长 沙４１０１１４） 【摘 要】水泥稳定碎石因其高强度、良好的板体性、水稳定性、低廉的造价等优点被广泛应用于我国高等级 公路建设之中。但是由于该材料对温度和湿度变化较为敏感，所以当温度湿度发生变化时容易产生收缩裂缝，从 而引起沥青路面反射裂缝的产生，降低路面使用性能，破坏路面结构整体的水稳定性，加大路面养护资金投入。以 郴宁高速公路工程建设为依托，通过对水泥稳定碎石基层裂缝的成因进行分析，从材料选择与级配优化设计着手， 降低收缩裂缝的产生；通过严密的施工组织，合理的施工方式减小实际施工与规范规定施工方法的工艺偏差，提高 基层的质量。 ［关键词】水泥稳定碎石；骨架密实型；抗裂性；施工质量 ［中图分类号］Ｕ ４１６．２１４ ［文献标识码】Ａ ［文章编号】１６７４—０６１０（２０１３）Ｏｌ－０１５４—０４ Ｍｉｘ Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＣｈｅｎＮｉｎｇ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｃｅｍｅｎｔ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ Ｍａｃａｄａｍ Ｂａｓｅ ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎｆａｎ ，ＭＩＮ Ｂｉｎ。，ＺＨＡ Ｘｕｄｏｎｇ （１．Ｈｕｎａｎ ＣｈｅｎＮｉｎｇ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｚｈｏｕ，Ｈｕｎａｎ ４２３０００， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇＳｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４ １ ００８２，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ｃｅｍｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｍａｃａｄａｍ ｂａｓｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｂｏａｒｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒ，ｇｏｏｄ ｗａｔｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｃａｓｔ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｇｒａｄｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｈｏｗ－ ｅｖｅｒ，ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｍａｃ— ａｄａｍ ｂａｓｅ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｅｘｔｅｎｄ ｔｏ ｔｈｅ ａｓｐｈａｌｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｒａｃｋｓ，ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｔｈｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，ｗａｔｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｐａｖｅ— ｍｅｎｔ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｃｏｓｔｓ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｒｅｌｙｉｎｇ ｏｎ ＣｈｅｎＮｉｎｇ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｂｙ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｃｒａｃｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｇｒａｄａｔｉｏｎ，Ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｃｒａｃｋｓ；ａｄｏｐｔｉｎｇ ｒｉｇｏｒｏｕｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｅｃｈ— ｎｉｃａｌ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ． ’ ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｃｅｍｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｔｏｎｅ；ｓｋｅｌｅｔｏｎ ｄｅｎｓｅ；ａｎｔｉ－ｃｒａｃｋｉｎｇ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｙｐｅ １ 工程概况 州市颜家上跨在建的武广客运专线后，设郴州西互 通与Ｇ１０７郴州绕城线相接，经桂阳县的正和乡、清 湖南省郴州至宁远高速公路是厦门至成都高速 和乡、太和乡、黄沙坪镇、方元镇、燕塘乡和嘉禾县的 公路湖南境内的一段，路线起于郴州市苏仙区坳上 龙潭镇、袁家镇、车桥镇，从土市再经蓝山县楠市镇， 镇水龙村，接汝城至郴州高速公路，设水龙互通与京 跨越在建的永州至蓝山高速公路后终于蓝山县祠堂 港澳高速公路相连、郴州南互通与Ｇ１０７相接，在郴 圩，与宁远至道县高速公路相接。本项目主线全长 ［收稿日期】２０Ｉ２一１０—２６ ［作者简介】张云帆（１９８７一）。男，湖南益阳人．主要从事高速公路建没与管理：【作。 第１期 张云帆，等：郴宁高速公路水泥稳定碎石配合比设计与施工质量控制 １５５ １０４．４２７ ｋｍ，起点桩号为ｋｌｌ２＋４７２．９６，终点桩号 为ｋ２１６＋７６０．７５３，按双向四车道高速公路标准建 设，郴州连接线长７．０６７ ｋｍ，按一级公路标准建设， 全线采用沥青混凝土路面结构形式。郴宁高速公路 主线路面结构为４ ｃｍ厚改性沥青ＳＭＡ一１３Ｃ上面层 ＋６ ｃｍ厚ＳＢＳ改性沥青ＡＣ一２０Ｃ中面层＋８ ｃｍ厚 ５０号Ａ级沥青ＡＣ一２５Ｃ下面层＋１ ｃｍ厚ＳＢＳ改性 沥青同步碎石封层＋煤油稀释沥青透层＋３６ ｃｍ厚 ４％抗裂型水泥稳定碎石基层ｌ＋２０ ｃｍ厚４％水泥稳 定碎石底基层，路面总厚度７５ ｃｍ。水泥稳定碎石 基层设计强度为≥４．５ ＭＰａ。 ２基层抗裂机理 水泥稳定碎石基层裂缝从理论上主要分为荷载 型结构破坏裂缝与非荷载型自然裂缝两种类型。在 水泥稳定碎石基层配合比设计过程中已经考虑到其 所需要满足的设计强度来控制产生荷载型结构破坏 裂缝，从而设计具有优良抗裂性能水泥稳定碎石基 层主要是对非荷载裂缝进行考虑，所以温缩裂缝与 干缩裂缝是本次研究与施工控制的重点。 ２．１ 水泥稳定碎石基层材料结构类型 混合料的结构强度取决于矿质颗粒的结构特 点、混合料中结合料的比例、基层混合料含水量的高 低等。因而水泥稳定碎石基层结构强度的产生除了 取决于材料自身强度外，结构的组成形式也有着重 大影响。 按照材料结构特点的不同，水泥稳定碎石基层 材料结构组成可分为悬浮密实结构、骨架密实结构、 骨架空隙结构３种类型（见图Ｉ）。 豳圈圈 （ａ）悬浮密实结构 （ｂ）骨架孔隙结构 （ｃ）骨架密实结构 图１水泥稳定碎石混合３种不同的料结构形式 Ｆｉｇｕｒｅ ｌ Ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｃｒｕｓｈｅｄ ｓｔｏｎｅ ｍｉｘｅｓ ２．２ 骨架密实结构的优点 由材料的收缩性能分析可知，混合料中的集料 的胀缩性能较小，而水泥则具有较大的胀缩性。一 般来说细料的比表面积较大，大部分水泥胶浆吸附 在细集料表面。细集料吸附的水泥浆是使混合料产 生胀缩性能的主要因素。因此，在满足强度要求的 前提下，尽可能减少水泥用量和合理控制细集料的 用量为是水泥稳定碎石基层级配设计的关键所在。 骨架密实结构混合料中粗细集料搭配合理，粗集料 能形成稳定的骨架结构，且细集料起到黏结作用并 刚好填充骨架间的空隙，集料之间不但具有较大的 内摩阻力，且具有较大的粘聚力，因此在要达到同等 的力学强度的要求下，其收缩性能要比悬浮密实结 构和骨架空隙结构的混合料好。 ３配合比设计 ３．１原材料及检测 ①水泥。 可采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火 山灰质硅酸盐水泥。初凝时问应在４ ｈ以上，终凝 时问应在６ ｈ以上。不得使用快硬、早强水泥以及 已受潮变质的水泥。水泥的强度等级不得高于 ４２．５级。试验段采用南方Ｐ．Ｃ３２．５缓凝水泥，具体 检测结果见表１。 表１水泥各项指标 Ｔａｂｌｅ ｌ Ｃｅｍｅｎｔ Ｉｎｄｅｘｅｓ ②碎石。 ．采用五星石料厂生产的四种规格碎石，分别为 ｌ＃料（１９—３１．５ ｍｍ）、２＃料（９．５—１９ ｍｍ）、３ 料 （４．７５—９．５ ｍｍ）、石屑（０—４．７５ ｍｍ），具体检测结 果见表２。 表２集料各项指标 Ｔａｂｌｅ ２ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｉｎｄｅｘｅｓ ３．２ 水泥稳定碎石配合比设计 ①为了能使混合料形成骨架密实结构，在级配 设计的过程中通过对每档粗料进行振动实验来确定 ３档粗料各自所占的比例，根据Ｉ值法求ｌ出粗细集 料的总比例，兼顾施工指导 意见与沥青混凝土路面 ｌ５６ 公路工程 ３８卷 设计规范中水泥稳定碎石合成级配范围，最终确定 ４．７５ ｍｍ）＝２５：２８：１８：２９。合成级配以及各种矿 碎石配合比例为：ｌ＃料（１９—３１．５ ｍｍ）：２撑料（９．５ 料筛分结果见表３。 １９ ｍｍ）：３＃料（４．７５—９．５ ｍｍ）：石屑（０— 表３合成级配表 Ｔａｂｌｅ ３ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｇｒａｄａｔｉｏｎ ｓｃａｌｅ ②分别按３．０％～５．０％五种水泥剂量，含水量 稳定碎石性能达到的干密度和强度的影响试验。水 为３．５％一７ ５％（以１％间隔）制备混合料，用重型 泥剂量为４．０％的水泥稳定碎石基层试件在６ ｈ内 击实法确定各组混合料的最大干密度和最佳含水 无侧限抗压强度与延时时间的试验对比图（见图 量，根据确定的最佳含水量和最大干密度拌制混合 ３）。 料，按９８％压实度制备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 皇５．２ 、５．０ 压强度试验。不同剂量所对应最大干密度、最佳含 水量、无侧限抗压强度结果详见表４。 ４．４ 表４最大干密度和最佳含水量 Ｔａｂｌｅ ４ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｄｒｙ Ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｔｅｎｔ ③为了便于在施工过程中快速对混合料中水 泥剂量进行检测，分别以２．０％～６．０％水泥剂量及 其对应的最佳含水量配制混合料，每种水泥剂量配 制１ ０００ ｇ混合料，取５个ＥＤＴＡ消耗量的平均值， 水泥剂量标准曲线见图２。 ９．Ｏ ８．０ ７．０ 、６．０ 嘲５．０ １．０ ０．０ ＥＤＴＡ耗量，ｍＬ 图２标准曲线 Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｌｌｒｖｅ 为了研究在施工过程中由于混合料摊铺不及时 对混合料强度所产生的影响，在完成水泥稳定碎石 基层配比试验后，还应进行水泥稳定碎石基层延迟 时间（从加水拌和到试件成型所需的时间）对水泥 第１期 张云帆，等：郴宁高速公路水泥稳定碎石配合比设计与施工质量控制 １５７ 因为严重的离析会使混合料性能有所下降。因此， 石的摊铺过程中，摊铺机能否连续、稳定地摊铺也是 为了保证水泥混合料能形成骨架密实结构，在施工 影响混合料离析的因素之一，为达到连续稳定摊铺 过程中通过以下几个方面严格进行控制以保证质量 的目的，首先应使拌和设备的拌料能力、运输能力与 稳定。 摊铺机的摊铺速度相互协调，保证混合料的供应充 高等级公路水泥稳定碎石基层施工均采用厂拌 足，避免摊铺机等料的现象出现。．自卸汽车向摊铺 法拌合混合料，本次试验段施工采用的是ＷＣＢ５００ 机卸料的过程中车箱升起速度过慢，造成粗集料滚 型水稳拌合站，拌合时间过长或过‘短都容易使混合 落也有可能造成混合料离析。因此，自卸车摊铺机 料产生离析，因此拌合过程中严格控制混合料拌合 受料斗卸料时，在确保车体稳定情况下，须将车箱大 时间。完成拌合后，在混合料从拌合站通过皮带运 角度、快速升起，使物料整体向后滑下，以减少粗料 送到泄料仓的过程中，传送带的夹角不宜过大，避免 向外侧滚动、堆积。 大料滚动发生离析。在卸料过程中避免出料口与车 厢的高度过高，拌和机出料一定要配备带活门漏斗 ５试验段铺筑及检测 的料仓，由料斗出料直接装车运输，装车时自卸车应 本次试验段水泥稳定碎石基层施工对多个路段 来回挪动车位，分３至６次装料，以尽量减小离析， 同时进行了试铺，工程开始于２０１２年２月２８日，于 卸料落差不应大于２ ｍ。 ２０１２年３月１日结束，并于当年４月份对底面层进 在摊铺过程中尽量减小摊铺机施工的宽度来减 行了铺筑。在本次试验段水泥稳定碎石施工过程中 少混合料离析的产生，试验段采用中联ＤＴＵ９５Ｄ双 重点对压实度级配进行了控制，在施工完成阶段，对 机摊铺，避免分料过程中摊铺宽度过大而会造成的 路基进行钻心取样，对其无侧限抗压强度以及级配 粗集料被拨向两侧并与细料分离，使得压实后基层 结构进行了测试与评估。具体检测结果见表５。 两侧由于粗集料增加导致空隙率变大。水泥稳定碎 表５试验路检测结果 Ｔａｂｌｅ ５ Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ６ 结论 的应用确实可以使基层得到了良好的路用性能。 结合郴宁高速公路的路基工程进行配合比的设 ［参考文献］ 计和施工质量控制研究可得以下结论： ［１］ 沙庆林．高等级公路半刚性基层沥青路面［Ｍ］．北京：人民交 ①对集料、水泥等原材料进行了检验，并结合 通出版社，１９９９． 施工指导的意见确定了选用配合比，并通过室内水 ［２］ 刘国才．抗裂型水泥稳定碎石配合比设计与性能研究［Ｄ］． 长沙：长沙理工大学．２０１１． 泥稳定碎石基层延迟时间对水泥稳定碎石性能达到 ［３］ 周新锋．水泥稳定碎石混合料配合比设计及路用性能研究 的干密度和强度的影响试验，验证混合料在水泥初 ［Ｄ］．西安：长安大学，２００５． 凝前均可满足施工使用要求。 ［４］琚晓辉．水泥稳定碎石基层抗裂性能应用技术研究［Ｄ］．郑 ②减少原材料颗粒组成变异性和施工中的离 州：郑州大学，２００７． 析控制技术可以使水泥稳定碎石基层，特别是骨架 ［５］ 查旭东．ＰＦＷＤ快速检测路基模量研究［Ｊ］．公路交通科技， ２００９，２６（１）：２６—３０． 密实型水泥稳定碎石基层，减小实际施工与规范规 ［６］ 胡力群．骨架密实结构水泥稳定碎石离析原因及改善措施 定施工方法的工艺偏差，提高基层的质量。 ［Ｊ］．路面机械与施工技术，２００５，（１２）． ③进行试验段的现场取芯测验验证，结果表明 ［７］ 王玉果．抗裂型水稳碎石基层配合比设计及施工［Ｊ］．交通标 骨架密实型水泥稳定碎石７ ｄ无侧限抗压强度代表 准化，２００９，（２１）． 值可以满足施工质量要求，证明设计的配合比和减 ［８］ＪＴＧ Ｅ４０—２００７，公路土工试验规程［ｓ］． ［９］ＪＴＪ ０３４—２０００。公路路而基层施工技术规范［ｓ］． 少原材料颗粒组成变异性和施工中的离析控制技术
