水泥稳定砂砾施工质量控制

1 水泥稳定砂砾路面基层的施工质量控制

随着水泥稳定碎石或砂砾在高速公路路面基层的广泛应用，同时也暴露出许多强度不足、局部松散破碎、干缩裂缝等问题。下面从原材料试验、配合比设计、施工工艺及质量控制等方面分析高等级公路路面基层的注意事项及质量控制措施。

一、 概述

由于水泥稳定碎石或砂砾路面基层具有良好的力学性能和整体性、稳定性（水稳定性和温度稳定性）、耐久性和抗冻性及与面层结合好的技术特点，且料源广泛，可就地取材，便于原材料和混合料的加工，易于机械摊铺操作，因此被广泛应用于修建高等级公路路面基层。为了保证水泥稳定碎石或砂砾路面基层满足设计要求和使用要求，除结构设计合理、路基强度满足要求外，重点是水泥稳定碎石或砂砾路面基层的原材料选择、混合料组成设计和施工质量控制。

二、 原材料的质量控制

原材料是路面工程的物质基础，严把材料质量关是保证工程质量的基础和重要环节。水泥稳定碎石或砂砾路面基层的原材料主要有水泥、粗集料、细集料。水泥应选用初凝时间3h以上和终凝时间较长（宜在6h以上）的低标号水泥，普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥均可采用，但不应采用快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥。各项技术指标应满足技术规范的要求，水泥初终凝时间是确定 2 水泥稳定碎石或砂砾的施工控制时间的重要依据。粗集料的质量控制指标主要是根据结构层性能决定的碎石（砾石）压碎值和颗粒组成，确定出碎石（砾石）的强度和级配。细集料主要是控制好优质天然砂、石屑的颗粒组成和掺加量，保证级配连续。为了把好原材料质量关，应需加强对各类原材料的料源进行提前确定和检查，在使用过程中按规定频率抽样检验，不合格的材料不能用于工程中，并应及时清除出场。集料试验项目及要求：

1、 颗粒分析：为了保障集料级配符合要求，保证基层质量。高速、一级公路通常采取分级备料，拌和机分仓分级供料的方式。分级备料一般分3级：19—31.5mm、4.75—19mm、4.75以下。控制集料级配的目的：集料良好的级配是大小颗粒均有一定的适当比例，使其混合料中的孔隙相互填充达到最大干密度，从而得到强度高、耐久性好的效果。改善集料级配可以减少水泥的用量，也是减少基层裂缝的主要措施之一，良好的集料级配经碾压密实后，其固体体积率可以达到85%—90%。也就是说其中的空隙率只有10%—15%。其强度与集料的最大粒径集料中4.75mm以下颗粒含量及0.075mm以下的颗粒含量有关。而水稳性又与4.75mm以下颗粒的含量有关。因此，JTJ034—2000规范才对稳定土集料的级配提出具体要求；对于二级公路宜按接近级配范围的下限组配混和料或采用表3.2.2中的2号级配，单个颗粒的最大粒径不应超过37.5mm。对于高速、一级公路应采用表3.2.2中的3号级配，单个颗粒的最大粒径不应超过31.5mm。

3

水泥稳定土的颗粒组成范围 表3.2.2

1 2 3

筛

孔

尺

寸

（mm） 37.5 100 100

31.5 90—100 100

26.5 90—100

19 67—90 72—89

9.5 45—68 47—67

4.75 50—100 29—50 29—49

2.36 18—38 17—35

0.6 17—100 8—22 8—22

0.075 0—30 0—7① 0—7①

液限（%） ＜28

塑性指数 ＜9

注：①集料中0.5mm以下细粒土有塑性指数时，小于0.075mm的颗粒含量不应超过5%；细粒土无塑性指数时，小于0.075mm的颗粒含量不应超过7%。

2、 液限和塑性指数：

3、 相对密度；

4、 击实试验； 编号

项目 通过质量百分率（%） 4 5、 碎石或砾石的压碎值；不大于30%；

6、 有机质含量：不大于2%；

7、 硫酸盐含量。不大于0.25%。

三、 混和料的配合比设计

通过对工程实际应用的矿料分别进行筛分试验和测定其相对密度，根据各种矿料的颗粒级配和计算用量比调配出合理的级配曲线。由于水泥剂量对干缩性的影响随集料平均粒径的增大而减少，集料平均粒径越大，水泥剂量对干缩性的影响越小；在相同条件下，水泥稳定中粗粒土的收缩性较细粒土的收缩性要小得多；对大多数混合料而言，随水泥剂量的减少，收缩性逐渐减少，并达到最小值，然随水泥剂量的增加，收缩性逐渐增大，水泥剂量过大，同样会产生收缩裂缝；混合料中若塑性细粒土的含量过大，采用水泥稳定时很容易产生干缩裂缝，并且随塑性土含量的增大和塑性指数的增加而明显增加。因此为减少水泥稳定碎石或砂砾的收缩性和提高抗冲刷能力，级配曲线可成平顺圆滑的s曲线型，通过4.75mm筛孔的通过量应控制在35-42%；通过0.075mm筛孔的含量宜控制在4%左右，且应上粗下细，通过试验掺加减水剂或粉煤灰，在满足设计要求的情况下，用最少的水泥剂量，不宜超过6%。根据不同结构层及设计强度的要求确定水泥用量，高速公路和一级公路基层规定的水稳料抗压强度标准为3—5MPa，设计累计标准轴次小于12×106的公路可采用低限值，设计累计标准轴次超过12×106的公路可采用中值，主要行使重载车辆的公路应用高限值。确定各种混和料的最佳含水量、最大干密度，以此矿料级配初步确定拌和机各料仓的供料比例。混 5 合料的设计步骤：

1、 分别按3%、4%、5%、6%、7%五种水泥剂量配制同一种土样的混合料。

2、 确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度，至少应做三个不同水泥剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量，其他两个剂量的最佳含水量和最大干密度用内插法求得。混和料的击实分甲、乙、丙三种方法。甲、乙法适用于细粒土和中粒土，丙法适用粗粒土

（1） 将已过筛的试料用四分法逐次分小，至最后取出约33kg试料。再用四分法将取出的试料分成6份（至少要5份），每份重约5.5kg（风干质量）。

（2） 预定3—6个不同含水量，依次相差1%—2%。在估计的最佳含水量左右可只差1%，其余差2%。

（3） 按预定含水量制备试样。将1份试料平铺于金属盘内，将事先计算得的该份试料中应加的水量均匀地喷洒在试料上，用小铲将试料充分拌和到均匀状态，然后装入封闭容器或塑料口袋内浸润备用。浸润时间：粘性土12—24h，粉性土6—8h，砂性土、红土砂砾、级配砂砾等可以缩短到4h，含土很少的未筛分碎石、砂砾和砂可缩短到2h。

（4） 将所需要的稳定剂水泥加到浸润后的试料中，并用小铲、泥刀或其它工具充分拌和到均匀状态。加有水泥的试料拌和后，应在1h内完成下述试验。拌和后超过1h的试样，应予作废。 6 （5） 将试筒、套环与夯击底板紧密地联系在一起，并将垫块放在筒内底板上。击实筒应放在坚实（最好是水泥混凝土）地面上，取制备好的试样1.8kg左右[其量应使击实后的试样略高于（高出1—2cm）筒高的1/3]倒入筒内，整平其表面，并稍加压紧。然后按所需击数进行第一层试样的击实（共击98次）。击实时，击锤应自由铅直落下，落高应为45cm，锤迹必须均匀分布于试样面。第一层击实完后检查该层的高度是否合适，以便调整以后两层的试样用量。用刮土刀或改锥将已击实的表面“拉毛”，然后重复上述做法，进行其余两层试样的击实。最后一层试样击实后，试样超出试筒顶的高度不得大于6mm。超出高度过大的试件应该作废。

（6） 用刮土刀沿套环内壁削挖（使试样与套环脱离）后，扭动并取下套环。齐筒顶细心刮平试样，并拆除底板，取走垫块。擦净试筒的外壁，称重，准确至5g。

（7） 用脱模器推出筒内试样。从试样内部从上到下取两个有代表性的样品（可将脱出试件用锤打碎后，用四分法采取），测定其含水量，计算至0.1%。两个试样的含水量的差值不得大于1%。所取样品的数量应不少于700g，如只取一个样品测定含水量，则样品的数量应不少于1400g。烘箱的温度应事先调整到110℃左右，以使放入的试样能立即在105—110℃的温度下烘干。

（8） 按本款第（3）—第（7）项进行其余含水量下稳定土的击实和测定。凡已用过的试料，一律不再重复使用。

3、 按规定的压实度分别计算不同水泥剂量的试件应有得干密 7 度。高速、一级公路压实度为98%。

4、 按最佳含水量和计算所得得干密度制各试件，作为平行试验得最少试件数量应满足规定要求（3.3.3-1）。对试验结果的偏差系数大于规定值则应重新试验，并找出原因，加以解决。如不能降低偏差系数则应增加试件数量。

表3.3.3-1 最小试件数量

＜10% ＜10%—15% 15%—20%

粗粒土 9

中粒土 6 9 13

细粒土 9 13

5、 试件从试模内脱出并称量后，应立即放到密封湿气箱和恒温室进行保温、保湿养生。但中试件和大试件应先用塑料薄膜包覆。有条件时，可采用蜡封保湿养生。养生时间视需要而定。作为工地控制，通常取7d。作为应力检验用时，养生时间应是90d。整个养生期间的温度。载北方地区应保持20±2℃；在南方地区应保持25±2℃。养生期的最后一天，应将试件浸泡在水中，水的深度应使水面在试件顶上2.5cm。在浸泡入水中之前，应再次称试件的质量。再养生期间试件质量的损失应符合规定：小试件不超过1g；中试件不超过4g；大试件不超过10g。质量损失超过规定的试件要作废。小试件：50×50mm；中试件：100mm×100mm；大试件：150mm土类 试件数量 偏差系数 8 ×150mm。

6、 无侧限抗压强度试验，应选用路面材料强度试验仪或200KN内的其他压力机。试验过程中应使试件的变形等速增加，并保持速率约为1mm/min，直致破坏，记录最大压力。计算：Rc=P/A，按 R≥Rd/（1-ZaCv）计算代表值，根据前述强度标准，选择合适的水泥剂量。原则是，强度合格，水泥剂量尽可能的小，但不能小于最小剂量要求（表3.3.3-2）。

表3.3.3-2 最小水泥剂量

路拌法 集中厂拌法

粗粒土和中粒土 4% 3%

细粒土 5% 4%

7、 确定混合料的延迟时间。

8、 确定水泥剂量的标准曲线。

四、 现场试验段的施工

根据公路路面基层施工技术规范及国内外实践经验，高等级公路路面基层施工前采用计划使用的机械设备和初步确定的混和料的配合比铺筑试验段是不可缺少的步骤。

1、 决定正式施工时的集料配合比。

2、 确定现有配套设备的混合料松铺系数。

3、 确定施工方法：

（1） 集料数量的控制； 土类 拌和方法 9 （2） 集料的摊铺方法和适用的机械；

（3） 确定合适的拌和机械，合适的拌和方法；

（4） 集料含水量的调整增减和控制方法；

（5） 压实机械的选择和组合，压实的顺序、速度和遍数；

（6） 密实度的检查方法，初定每一作业段的最少检查数量，以及抗压强度的验证。

4、 确定每一作业段的合适长度。

5、 确定一次铺筑的合适厚度。

试验路段选择每一作业段的合理长度时，应综合考虑下列因素：

1、 水泥的终凝时间；

2、 延迟时间对混合料密实度和抗压强度的影响；

3、 施工机械和运输车辆的效率和数量；

4、 操作的熟练程度；

5、 尽量减少接缝；

6、 施工季节和气候条件。稳定土材料的强度在高温下形成和发展得很快。当温度在0—5℃时，其强度就难于形成或基本上没有增长，而当气温低于0℃时，稳定土遭受反复冻融，其强度还可能下降。所以。稳定土宜在春末和气温较高季节组织施工。施工期得最低气温应在5℃以上，在有冰冻的地区。并应在第一次重冰冻（-3℃—-5℃）到来之前前半个月到一个半月完成。