风化碎石得应用

楼主 大 中 小 发表于 2006-4-23 18:47  只看该作者 

水泥稳定天然风化碎石粒料在路面基层中的研究应用。

摘  要  本文通过用天然风化碎石替代砂砾进行水泥稳定路面基层试验,结合本地实际探索价格低廉易于就地采取的水泥稳定类基层材料，为充分利用地方自然资源和降低工程造价提供一条新途径。

& O0 J% T$ o( _, |: K! u路桥先锋论坛—www.LQXF.cn随着我国国民经济的不断发展，公路交通等基础设施以前所未有的速度迅速发展，公路路面结构和质量也在日益改善。目前，我国已在石灰稳定土基层、石灰、水泥综合稳定土基层、工业废渣基层以及水泥稳定砂基层等均已取得了成功的经验，尤其是水泥稳定砂（砾）基层正在各级公路基层中推广应用。但有一部分工程由于受区域环境和自然因素的制约，河砂缺乏，外购砂石材料运输困难，价格高，造成水泥稳定砂（砾）路面基层单价较高，资金投入大。如何在这些山区就地取材、设计应用适合本地公路建设生产条件需要的路面结构十分必要。

% t" Q' {& T4 p" O* J我市淅川县境内拥有大量的天然风化碎石，其集粒的粒径（自然风化）小于4cm的含量约在80%左右，天然碎石粉及内含少量的土颗粒约在20%左右，其碎石的平均压碎值为12.3%，并且集料的级配较为合理。为此，以水泥稳定天然风化碎石粒料修建路面基层为研究课题，探索就地取材，减少投资，同时保证强度、刚度、稳定性以及耐久性的新材料。对其应用研究主要内容是天然风化碎石集料级配和水泥剂量对强度的影响。

8 a( f, I9 X! C* M  ?: m1 qwww.lqxf.cn2. 金竹河至石桥公路前期试验研究：公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通- a+ ^' I# B+ R+ B

南阳市县乡公路管理处与淅川县乡公路管理所在2003年度县道二级公路金竹河至石桥公路K5+600—K11+000段改建工程基层施工时，曾尝试使用，效果较好，在总结了经验和教训的基础上，通过室内标准试验进一步验证可行。公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通  `; A- ]5 j) e

2.1集料级配与水泥稳定风化碎石粒料强度的关系：见表一、二、三公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通2 P* H& i1 M8 H; s7 y: l

  集料级配不合理时:表一

mm        37.5   26.5        19        9.5        4.75        2.36        1.18        0.6        0.075公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通  u3 V2 X: q/ W) w, G9 A

规定值        90-100 66-100        54-100        39-100        28-84        20-70        14-57        8-47        0-30www.lqxf.cn0 D0 p/ [- F7 g0 u6 L% u

通过率(室测)        98    92.0        88.3        82.1        61.7        56.8        44.4        37.1        24.6

9 }* n' [$ Y' a: I+ w路桥先锋论坛—www.LQXF.cn5%水泥剂量        7d强度(Mpa)        2.03  1.92  2.41  2.60  1.84  2.12

        天然集料,集料级配不合理时,水泥稳定后的强度偏低,偏差系数大,强度不合格路桥先锋论坛—www.LQXF.cn/ a( i& f# I3 ~4 x8 Y

  集料级配合理时:表二

8 Q% x3 s* Z2 F4 ~- l8 n& d# p+ e筛孔4cm        37.5        26.5        19        9.5        4.75        2.36        1.18        0.6        0.075

规定值        90-100        66-100        54-100        39-100        28-84        20-70        14-57        8-47        0-30公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通( }  e! x3 D. G: S

通过率(实测)        98        88        81.2        71.7        60.3        49.8        34.0        27.1        11.9公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通, w8 {* k9 k1 _' p) {( \\, E

5%水泥剂量        7d强度(Mpa)        2.53  2.62  2.7  2.49  2.61  2.65  

V结论        天然集料,通过调整级配后,强度能满足设计要求,但级配难以控制.公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通0 p2 V! @' }; ?2 I& d9 p

  公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通& j+ E9 D% b5 V6 t7 a1 C

天然集料掺入20%的河砂后:表三

筛孔4cm        37.5        26.5        19        9.5        4.75        2.36        1.18        0.6        0.075

规定值        90-100        66-100        54-100        39-100        28-84        20-70        14-57        8-47        0-30公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通$ I7 P. k( _" P/ D; `  C, m

通过率(实测)        100                83.5        72.3        59.8        48.4        36.0        26.2        10.9

4 m: O+ r% P; S1 ^: N4 Qwww.lqxf.cn5%水泥剂量        7d强度(Mpa)        2.86  2.82  2.8  2.68  2.96  2.79公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通: H3 \4 c: z! P' o

结论        当掺入20%的中粗砂后,强度能够明显提高.www.lqxf.cn2 {& P4 `$ O. M* s# ?

  水泥剂量与水泥稳定风化碎石粒料的强度关系:表四, T; H/ i) J( s2 L

水泥剂量(%)        4     4.5    5     5.5   6

级配较合理的水泥稳定天然风化岩石粒料强度(Mpa)        2.15  2.4    2.6   2.8   3.0

掺入20%中粗砂后,水泥稳定天然风化碎石7d强度(Mpa)        2.3   2.57   2.9   3.2   3.6www.lqxf.cn6 V6 _9 \/ S7 x7 M9 y9 `

3.S335线西淅路改善工程试验路段研究应用:公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通( p; k% m5 v9 {+ l

3.1实施方案：

在上述路段试验应用的基础上，2003年-2004年,对省道S335线西淅路改善工程XX-Ⅰ标6.018公里山岭重丘区二级公路进行了比较实施。该路段部分设计标准为：路基宽17m，路面宽14m，设计验收竣工弯沉值为35.6×0.01mm，基层顶面设计弯沉值为42.5×0.01mm，底基层强度≥1.5Mpa，基层强度≥2.5Mpa。

3.2室内试验:公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通% o$ C3 w" m" `1 i3 `4 ^5 \

3.2.1材料选用水泥：采用淅川水泥厂32.5 Mpa普通硅酸盐水泥，经检合格。/ G+ p1 D3 p! S

粗砂、砂砾：采用淅川灌河天然砂或砂砾，粗砂细度模数为3.435。公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通+ L( E1 E- @# x2 v$ [

碎石：淅川汤山开炸风化碎石，经检强度、含泥量合格，压碎值为10-17。公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通2 U; w0 k. \\. L* p

3.2.2底基层配合比设计:公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通$ ]" p/ h: U, e" s" x

依规范按龄期为7d的无侧限抗压强度大于等于1.5Mpa进行配合比设计选用。

⑴水泥稳定风化碎石、粗砂粒料：经试验室对风化碎石、粗砂筛分后确定其比例为：49：51，符合规范要求。其水泥剂量与强度关系:

试件强度值（Mpa）        平均值        代表值        备注公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通: W6 N/ L  Q5 z$ p. z( ?% G- T6 [& m

4%        1.74        1.94        1.85        1.91        1.82        1.82        2.02        1.82        1.91        1.87        1.59        合格公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通6 e- v' c8 }4 o4 k( s

4.5%        2.28        2.39        2.57        2.34        2.42        2.28        2.45        2.99        2.77        2.49        1.70        合格公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通9 c+ Y; J/ o) ]6 v

5%        2.85        2.71        2.74        2.57        2.99        3.14        3.27        2.79        2.91        2.        1.66        合格

由表可见，3组均能满足强度要求, 经监理工程师批准采用水泥剂量4%和4.5%铺筑水泥稳定风化碎石、粗砂粒料底基层试验段。www.lqxf.cn  d) v3 n9 T* ?/ K/ Y

⑵水泥稳定砂砾材料：水泥剂量与强度关系:公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通+ u6 C+ a& B" W

剂量        试件强度值（Mpa）        平均值        代表值        备注4%        1.31        1.54        1.20        1.03        1.54        1.37        1.48        1.77        1.6        1.43        1.85        不合格

4.5%        1.6        2.68        1.77        1.65        2.17        1.82        2.42        1.82        1.54        1.94        2.03        不合格

5%        2.17        2.28        2.42        2.28        2.14        2.42        2.28        2.57        2.22        2.31        1.62        合格

由表可见，水泥剂量5%满足强度要求,经监理工程师批准采用铺筑。公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通, ^. g6 L8 L& Y# t7 h& `+ n8 N

3.2.3基层配合比设计:路桥先锋论坛—www.LQXF.cn8 o4 Q* f( ?. ]& T) L

依规范按龄期为7d的无侧限抗压强度大于等于2.5Mpa进行配合比设计选用。

⑴水泥稳定风化碎石、粗砂粒料：经试验室对风化碎石、粗砂筛分后确定其比例为：54：46，符合规范要求。其水泥剂量与强度关系:公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通/ b- K% S5 I, g8 n8 w

剂量        试件强度值（Mpa）        平均值        代表值        备注公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通' k4 P0 G- h$ Z4 I: k! Z

4.5%        2.57        2.39        2.45        2.71        2.85        2.79        2.85        2.42        2.57        2.62        2.75        不合格公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通; C7 ~0 V# m  m8 ?

5%        3.65        3.36        3.53        3.14        3.31        3.48        3.02        3.02        3.08        3.29        2.75        合格

5.5%        3.71        3.        3.53        3.93        3.71        2.71        4.13        3.71        3.48        3.76        2.69        合格

由表可见后两组满足强度要求, 经监理工程师批准采用水泥剂量5%铺筑。

剂量        试件强度值（Mpa）        平均值        代表值        备注公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通, }6 |; L6 U& I2 _. S5 r. Q

4%        1.71        1.28        3.14        2.71        1.57        2.14        1.85        2.28        2.14        2.09        3.87        不合格  {7 s& M. l5 R0 X+ U3 N

5%        2.57        3.88        3.08        3.08        3.31        2.85        3.13        2.91        3.25        3.12        3.09        合格

6%        2.35        3.25        3.59        3.88        3.13        3.28        3.42        3.56        3.36        3.37        2.81        合格

7%        5.07        4.67        5.24        5.24        4.45        4.56        4.85        4.85        4.73        4.85        2.7        合格公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通9 a% q; C3 |: P( ~$ F4 d4 V" h

由表可见后3组满足强度要求,根据业主和监理要求采用水泥剂量6%铺筑。公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通, K/ \\# S) G) e

3.3试验段铺筑

3.3.1水泥稳定风化碎石、粗砂粒料底基层、基层试验段铺筑和标段施工

试验段强度检测表：! x0 Y% v9 M7 L: y

材料        剂量        起止桩号        7d强度(mpa)        平均值        代表值公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通, c9 w) ~' p8 D. i- q# m+ y

底基层        4%        K2+460-K2+560左侧        1.71, 1.85, 1.85, 2.0, 2.17, 2.17, 2.22, 1.82, 2.17        1.996        1.712

底基层        4.5%        K2+560-K2+683左侧        2.71, 2.57, 2.39, 2.39, 2.57, 2.57, 2.68, 2.28,2.39        2.51        1.62

基层        5%        K2+460-K2+683右侧        3.02, 3.02, 3.14, 2.85, 2.99, 2.85, 3.14, 2.79,2.71        2.95        2.68- F% ?. l$ J( V

注：水泥稳定风化碎石、粗砂粒料底基层级配按碎石：砂=49：51，试验段K2+460- K2+683左侧铺筑一周后，检测弯沉值Lr=44.2×0.01mm；基层级配按碎石：砂=54：46，试验段K2+460- K2+683右侧铺筑一周后，检测弯沉Lr=35.97＜42.5×0.01mm（设计值）。

试验段铺筑成功后，在K0+000-K4+722路段铺筑4%、5%水泥稳定天然风化碎石粒料路面底基层、基层，为保证路面强度，水泥剂量控制在4-4.5%、5-5.5%之间；在K5+276-K6+571路段铺筑5%、6%水泥稳定天然砂砾路面底基层、基层。两种混合料的施工方法基本相同。

3.3.2施工标段强度、弯沉检测验收

工程完工后，对该标段进行了强度、弯沉检测，其检测结果汇总如下表。从表中强度值、回弹弯沉数值来看，均符合设计要求。该标段经过竣交工验收被评为优良工程。目前，该路段运营良好，未出现基层强度不足而引发的明显病害。路桥先锋论坛—www.LQXF.cn8 O" S) L! B0 ]% r" I# O6 _! t' e

施工标段水泥剂量、强度检测情况表：

起止桩号        底基层水泥实际平均剂量        强度(Mpa)        基层水泥实际平均剂量        强度(Mpa)公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通# B9 y9 d3 {" [

                最大值        平均值        次数                最大值        平均值        次数公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通0 Q! {6 b" w, o8 V; w0 v

K0+000-K1+000        4.3        2.99        2.5        102        5.3        3.28        2.98        95

K1+000-K2+000        4.2        2.57        2.215        87        5.4        3.42        3.02        98www.lqxf.cn% l% u% \\! ~# @2 d% N5 [* M' V

K2+000-K3+000        4.4        2.71        2.326        88        5.2        3.42        3.03        98

K3+000-K4+000        4.2        2.71        2.24        92        5.4        3.42        3.07        97路桥先锋论坛—www.LQXF.cn. B7 L) v! @% S

K4+000-K4+722        4.4        2.85        2.33        65        5.4        3.36        3.05        公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通# v: P: ?! o& A; Z; U

K5+276-K6+571        5.2        2.42        2.114        124        6.1        3.42        3.10        124

施工标段弯沉检测情况表：公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通- W0 r8 r1 q' Z% F# B4 h" X3 q# P2 S

起止桩号        弯沉值代表值(0.01mm)        点数        设计值        评定公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通0 @. `$ r1 X/ P, h

K0+000-K2+400        25.65        190        35.6        合格公路,论文, K2+400-K4+722        26.15        184        35.6        合格             

         K5+276-K6+571        26.86        100        35.6        合格公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通% \\8 N! b; D5 y/ D

4.结论:

⑴施工优点：①碎石采取容易，开炸后即可使用,无须粉碎,工艺简单，就地取材，运输方便；②施工方法与水泥稳定碎石、砂砾相同，无须增加设备；③强度、刚度和稳定性等性能稳定。⑵技术经济指标：根据金竹河至石桥5.4公里县道和S335线西淅路改善工程6.018公里省道两条二级公路, 试验研究应用水泥稳定天然风化碎石粒料铺筑，在保证其强度、刚度和稳定性的同时，与铺筑水泥稳定砂砾底基层、基层进行技术经济指标比较：在水泥剂量（5%）和施工条件相同的情况下，当采用水泥稳定天然风化碎石粒料基层（掺入20%的中粗砂）时，费用单价为0.994元/m2.cm，当采用水泥稳定砂基层时，费用单价为1.156元/m2.cm，两层15cm分别为水泥稳定天然风化碎石粒料基层和水泥稳定砂基层的造价为29.82元/m2、34.68元/m2，降低造价4.86元/m2，金竹河至石桥5.4公里降低造价20万元；水泥稳定天然风化碎石掺入50%左右的中粗砂, 两层降低造价3元/m2左右，S335线西淅路改善工程4.722公里降低造价21万元。通过上述比较可见，经济效益显著，水泥稳定天然风化碎石粒料基层单价明显降低，节约了资金，减少了项目投资额。路桥先锋论坛—www.LQXF.cn5 H7 k% S! b5 }

⑶社会和环境效益：水泥稳定天然风化碎石粒料在路面基层中的应用，可以充分利用山区的自身优势，进行资源开发，缓解河道过量采砂的压力，有利于河道治理，有利于提高路面结构强度、稳定性和耐久性，提高路面的使用寿命。