探讨某公路骨架密实型基层级配试验分析

摘要：依托工程实例，对高速公路骨架密实型结构集料的填充方案进行了设计，在此基础上进行了骨架密实型基层级配试验，试验结果表明：在一定的变异范围内单筛孔变异对混合料干密度和含水量的影响远远小于7天无侧限抗压强度的影响以及关键筛孔的变异范围。

关键词：骨架密实结构；级配；实验分析；

Abstract: Based on the engineering example, filling scheme of Expressway skeleton dense structure aggregates were designed, on the basis of the test of dense framework type of base gradation, test results show that: the variation range in variation within a certain range of single aperture variability on the mixture effects of dry density and water content is less than 7 days without influence of confined compressive strength and key sieve.

Key words: skeleton dense structure; gradation; experimental analysis

中图分类号：U448.14文献标识码：A 文章编号：

在保证路面具有较高强度标准下，应首先从严格控制原材料技术指标和级配均匀性入手，有效控制集料在施工中的变异不宜单纯通过增加水泥剂量来提高强度，以达到提高路面抗裂能力，减少裂缝。实际工程也表明，良好的矿料级配是保证混合料高强度、高抗裂能力的有效措施之一。当客观工程需要水泥稳定中、粗集料具有较高强度时，严格控制矿料级配显得尤为重要。

1工程概况

某公路段S26 标工程全长约36 公里；工程全线采用双向六车道高速公路标准设计。本工程研究段原级配采用重型击实法设计的悬浮密实结构，经过几次路面基层专家会议和到各地调查，最终决定在本公路段上采用振动成型法设计骨架密实结构半刚性基层。路面标采用4 档集料，即9.5 ～ 31.5mm 碎石，4.75 ～ 9.5mm 碎石，0 ～ 4.75mm 石屑与河砂。石料压碎值为10.95%，洛杉矶磨耗损失值为12.0%，表观相对密度为2.739，针片状颗粒含量为3.4%。所用水泥为海螺牌缓凝复合硅酸盐水泥等级为P.C32.5，各项指标均满足规范要求。

2骨架密实结构集料的填充方案设计

2.1 粗骨料填充

本文采用田心石场石料，其岩性为变质砂岩，浅灰色镶嵌结构，微密块状构造，含少量石英碎屑，硬度4.5，水洗法石料针片状颗粒含量小于0.3~0.7%，压碎值16.6%，洛杉矶磨耗损失19.0%，吸水率0.4~0.7%，石料冲击值11.0%，石料磨光值46，岩石抗压强度114.4。针对基层骨架密实结构混合料易出现离析问题的工艺缺陷，提出了骨架密实结构的设计方案，它的各级集料的比例是根据粗一级集料在细一级集料中即将相互搭结形成骨架而实际上未相互搭结的形成骨架的原则计算的。间断级配型骨架密实方法掺配的粗骨料确定的级配如表1所示。

表1集料级配试验结果

针对间断级配型骨架-密实结构设计，提出悬浮骨架- 密实结构的设计方法，此方法能避免细集料和结合料产生离析的现象，用此方法掺配的粗骨料确定的级配如表2。

表2集料级配试验结果

2.2 细集料填充

本文采用悬浮- 密实结构的计算方法，来计算细集料在级配中的含量。以实验法的试验结果为计算基础，按粒径10~30mm：10~20mm：5~10mm为60.70：14.57：24.73 的比例， 充分均匀拌和10kg 的集料，依次采用四分法把集料分开装在22×3.14×7.52（cm3）的试筒内。实验结果和计算结果的比较如图1。

图1计算结果和实验结果比较图

由图1可知，当细集料剂量X=23 时，实验结果和理论计算结果比较接近。在试验中使用的配比为粗集料：细集料：水泥=72：23：5。实际上在现场振压的双重作用下，一方面4.75mm以上粗集料的剩余孔隙率比实验室计算值小；另一方面振碾下来的石屑也会填充部分剩余孔隙率。因此，填充料的体积考虑规范要求98%的压实度而保留的孔隙率，填充料的各组成部分相应折减。即经调整后混合料的比例为粗集料：细集料：水泥=72.4：22.7：4.9。

3 骨架密实型基层级配试验方案

3.1试验方案的设置

本项目第一次在高速公路上采用振动成型法骨架密实结构半刚性基层，在路面研讨会上指出在此地区进行骨架密实结构半刚性基层要严格控制级配的变异，且筛孔为4.75mm 的通过率控制在27%偏上水平。根据本段路面标段现场29 个筛分结果和七天无侧限强度试验显示如图2与图3。

图2级配波动图

图3含水量、干密度、水泥剂量和无侧限强度波动图

为减少中间因素对无侧限强度的影响，在室内实验中，同一批原材料、同等的养护条件、实验仪器和实验员进行无侧限试验。在这种条件下进行无侧限强度与级配变化的关系，是可行的。对每个筛孔变异后的级配（即单筛孔的通过率改变，其余筛孔通过率不变）按确定好的最佳含水量和水泥剂量进行振动成型法的无侧限抗压强度试验，并对强度可靠保证率进行分析，最终确定关键筛孔的变异范围

3.2 级配设计

（1）合成级配

用振动成型法进行骨架密实结构的级配设计。设计结果如表3。

表3合成级配结果

（2）最大干密度和最佳含水量的确定

由确定的目标配合比，根据半刚性基层振动成型方法，采用激振力6900N，静压力1900N，振动频率30Hz，振动时间2min，对水泥稳定碎石进行击实试验。从而确定最佳含水量为4.6% 和最大干密度为2.38g/cm3。

（3）水泥剂量的确定

按照确定的最佳含水量制备不同水泥剂量下的振动成型试件，配合比设计水泥剂量为3.0%。

4试验结果与评价

由实验数据可知，级配变异后会对无侧限抗压强度试件造成影响，为了保证无侧限抗压强度在可靠的保证范围内，采用无侧限抗压强度置信度1-a来衡量级配离析的允许范围。在随机的因素中a越小，1-a 就越大，随机区间包含真值的概率也就越大，从而估计的精确度就越差，而且区间过长就失去区间估计的意义；反之，提高估计的精确度则会增大误判风险a。若其他因素不变，增大各个筛孔离析变异系数，可以缩短置信区间的长度，从而提高区间的精确度，但无限增大样本的容量往往不现实。由目标级配的无侧限抗压强度试验可以知道在水泥剂量为3%，含水量为4.6% 时成型试件的强度为6.76MPa。实验结果表明：在无侧限抗压强度为95% 的保证率下，关键筛孔19mm，9.5mm，4.75mm，2.36mm，0.6mm，0.075mm允许的变异范围为±5，±5，±5，±3，±3，±1。现在国内规范没有对水泥稳定碎石基层在施工中抽检的频率，致使施工过程中没有对水泥稳定碎石级配稳定性进行合理地控制。美国NCHRP 的相关研究指出，在假定最佳含水量和水泥剂量不变的前提下，混合料的级配变异会对压实度和无侧限抗压强度造成重要的影响。因此在施工过程中对级配变异的监控是很有必要的。为了加强对水泥稳定碎石路面的路用性能，业主应委托相关单位每天对施工中的混合料级配严格控制，并设置奖惩机制使路面的施工质量得到确实的提高。

5结论

（1）同一个生产配合比下，当混合料单筛孔的变异系数小于21% 时，混合料集料的变异对其干密度和含水量的贡献值为0.08 以下，这就说明在一定的变异范围内单筛孔变异对混合料干密度和含水量的影响远远小于7 天无侧限抗压强度的影响。

（2）对水泥稳定碎石混合料中的级配变异性有效控制，是解决半刚性基层裂缝的有效措施。通过研究，关键筛孔19mm，9.5mm，4.75mm，2.36mm，0.6mm，0.075mm允许的变异范围在95% 保证率下分别为±5%，±5%，±5%，±3%，±3% 和±1%。