浅谈水泥稳定开级配碎石透水基层的应用

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摘要：水泥稳定级配碎石透水基层主要利用级配碎石的渗透性与水泥稳定性，使路面基层结构具有渗透性能好、强度高、易施工、适应性广等特点。结合某高速公路隧道工程实例，介绍水泥稳定级配碎石的透水性能、原材料组成设计与选择。

　　前言

　　一座位于黄土与不同石质相间、多变的地质地段的隧道，为顺利排除洞内水，将路面基层设计成排水结构，确保路面排水基层工程质量，是保证工后运营安全的重要因素之一。

　　隧道衬砌采用弹性防排水设计，在初期支护与二衬之间设防水板、土工布及环向、纵向软式透水管；路面基层采用15cm水泥稳定开级配碎石作为透水层，使隧道内渗透水通过竖向渗流进入水泥稳定级配碎石基层，进而渗流进入纵向碎石层，再进入纵向混凝土排水管排出。

　　水泥混凝土面层排水基层 （水泥稳定开级配碎石）

　　仰拱填充C10片石混凝土凝土管和覆盖洁净1-2cm碎石层组成排水沟仰拱C25混凝土

　　隧道排水系统示意图1水泥稳定开级配碎石透水基层的技术原理及特点水泥稳定开级配碎石采用不含或少含4.75mm以下粒径的级配碎石，掺入一定比率的水泥组合而成。选用合理组分配比，提高透水基层承载力，并满足排水功能。其施工方法、工艺流程、机械设备等方面与一般路面基层相同。路面透水基层应具有承载能力强、排水效果好、适应性广的特点，在隧道工程中有很好的推广价值。

　　1.1水泥稳定开级配碎石透水基层的优点

　　（1）未经水泥处治的碎石集料，在施工摊铺时易出现离析，在碾压时不易压实，尚且在施工机械作用下易出现推移变形；

　　（2）稳定连续级配碎石，比较密实，经水泥处治后渗透系数K<300m/d，不能满足排水设计规范；

　　（3）水泥稳定开级配碎石即能满足排水要求，又能满足强度要求。

　　1.2水泥稳定开级配碎石的排水和强度

　　（1）水泥稳定开级配碎石的渗透系数控制在1000m/d～6000m/d之间，排水效果要满足排水设计要求；

　　（2）掺入一定比例水泥使集料混合均匀并在机械压实下，达到密实，无侧限强度要满足强度和承载能力要求。

　　2、水泥稳定开级配碎石配合比

　　设计水泥稳定开级配碎石与大孔碎石混凝土的基本区别在于组分配合比和成型试件不同。大孔碎石混凝土配合比以混凝土强度要求进行配合比设计，成型试件采用150×150×150mm试模，取28天强度作强度验证标准。而水泥稳定开级配碎石配合比以设计强度为依据，同时达到排水要求，采用Ф150×150mm试模，成型试件取7天无侧限抗压强度和透水性试验作验证标准。

　　如何选择碎石级配，掺入多少水泥，才能满足基层承载、排水双重功能要求，至关重要。

　　2.1材料的选择

　　（1）水泥：应优选普通硅酸盐水泥P.O32.5，初凝时间大于3h，终凝时间小于6h，其它指标符合国家现行水泥标准；

　　（2）碎石：应选用洁净、坚硬的碎石，压碎值不应大于30%，最大粒径为20cm，且不得超过层厚的2/3， 4.75mm以下粒径含量不应大于10%，集料级配应满足透水性要求（渗透系数不得小于300m/d）

　　（3）水：饮用水或经检验合格的其它水源2.2组分配合比的选择进行组分配合比设计时，应考虑下列影响因素：根据设计透水系数（k=1200m/d），选择相应的级配碎石，碎石的技术指标应符合现行国标。

　　水泥、碎石按设计试配比例掺配后，按无机结合料稳定土击实方法分别进行重型击型，求出ρ干max及最佳含水量W值。

　　根据规范对基层压实度的要求（98%），确定试件的干容重ρ干=ρmax×0.98.已知最佳含水量W，求出湿容重。已知试模体积得，计算试件质量。制取试件9或13个试件为一组。以7天无侧限抗压强度作为评选最优配合比指标。

　　（5）计算材料配合比及每m³混合料的水泥用量，已知：W值，n值； 计算水泥：碎石：水组合比例，再根据ρ干max计算每方用量。

　　3、水泥稳定开级配碎石质量控制

　　3.1试验路段情况隧道路面基层厚15cm，水泥稳定碎石透水层透水系数要求≥300m/d，碎石最大粒径小于25mm，设计强度为4Mpa.

　　⑴主要施工机械及施工方法：YZ18JC压路机和750L强制拌和机、6台1m³运输车，气夯一台，人工摊平。

　　⑵施工工艺：YZ18JC压路机静压一遍，微振四遍，最后静压一遍，要求碾压后无轮迹。

　　3.2水泥稳定开级配碎石透水基层的质量控制

　　3.2.1施工准备工作质量控制

　　⑴原材料及机械准备严格按试验室设计配比进行施工，现场控制好砂﹑碎石及水泥等原材料应符合规范要求。采用强制式混凝土拌和机，拌和能力不能低于750L.

　　⑵施工放样及标高控制在准确测量出基准线后，在两侧的电缆沟上用墨线标出基层顶面标高及水泥混凝土路面标高线，做为施工人员高程和松铺系数控制依据。

　　⑶清扫杂物，安装排水管道在铺筑混合料前一定要清除原地面杂物、用清水把浮浊物清洗干净，将污水排出洞外，防止污水浸入中心排水沟。中心排水沟必须按设计把打好排水孔的预制混凝土圆管安装就位，管上用洁净的1-2cm的碎石覆盖。

　　3.2.2施工质量控制水泥实际用量应高于设计用量的0.5～1.0%左右，含水量应大于最佳含水量1～2%.为防止混合料离析，漏斗口应加串筒。

　　运输车辆将拌和好的混合料运到现场后，根据松铺厚度标线进行摊铺、整平，用三米直尺横向刮平，多推少补，挂线调整横坡。摊铺路段长度采用时间控制，一般控制在2h以内，根据拌和与运输能力，该项工程铺筑长度约15m左右。摊铺好一段碾压一段，碾压按着从两侧向中间的顺序，两轮相错1/3，用18T压路机稳压1－2遍，再微振3～4遍；在一段施工压实后，将横向施工缝切成平直缝，以便与后序路段施工衔接。

　　施工过程中选有代表性的点，采用灌砂法检测压实度，满足规范要求后停止碾压。碾压终止检测的压实度见表4.施工时要记录碾压遍数、松铺系数﹑碾压时间等，以便总结、提高。

　　3.2.3工后质量检测⑴透水性对比试验在透水试验条件不具备的情况下，参考沥青路面渗水试验实测渗透系数K，配合比相同，集料的级配不同对渗水系数及强度影响较大，特别是4.75mm一下含量最为突出。

　　⑵选100m作试验路段，按试验室式配选择最佳配合比，混合料经搅拌、运输、摊铺整平、碾压后，用三米直尺检测平整度指标，符合设计要求。

　　⑶在透水基层试验路段钻取4个Ф10×10cm圆柱体芯样，芯样完整性好，强度满足设计要求。

　　4、结论

　　试验路段证明，水泥稳定开级配碎石透水层，采用常规试验检测方法，施工机械设备投入不多，可降低工程造价，各项指标满足基层强度及透水性要求。在高速公路的隧道基层及其他有排水要求的基层中值得推广应用。