水泥稳定碎石土的配合比优化设计

濮信项目　　

内容摘要　介绍了水泥碎石稳定土的配合比优化设计方法，从不同石料含量、不同水泥计量、不同塑性指数，对配合比进行优化设计，在达到设计强度要求情况下，以最低成本作为配合比优化设计的目标。

关键词　水泥碎石稳定土　配合比　优化设计

1. 水泥稳定碎石土的由来

水泥稳定碎石土（cement stabilized rock soil缩写为CSRS）就是在粉碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中掺加一定量的碎石（一般不大于50%），掺入足量的水泥和水，经拌和得到的混合料在压实和养生后，形成符合规定抗压强度的板体结构，可作为高速公路和一级公路的底基层及低等级公路的基层。

作为高速公路底基层的水泥稳定碎石土是介于水泥稳定碎石和水泥稳定土之间的一种新型结构，兼具二者的优点，是一种理想的平原区高速公路的路面底基层结构。

水泥稳定碎石底基层具有强度高、板体性好、承载力大、耐冲刷等优点，与水泥稳定碎石相比，水泥稳定碎石土除具有水泥稳定碎石的优点外，还有节约造价、施工易控制等优点。

与水泥稳定土相比，水泥稳定碎石土克服了其不耐冲刷、抗裂能力差的缺点，又具有与基层强匹配好的优点。

第一次将水泥稳定碎石土作为一种路面基层结构形式，采用厂拌法施工，并制定技术标准、工序、工艺、检测指标，是河南省濮阳至鹤壁高速公路，阿深线濮阳段高速公路又将其进一步系统和完善。

如何做好水泥稳定碎石土优化设计，如何在满足规范要求下以最经济的角度对水泥稳定土的配合比进行优化，本文将做进一步探讨。

2. 依据主要技术规范、试验规程

JTJ034—2000《公路路面基层施工技术规范》

JTJ057—94《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》

JTJ058—2000《公路工程集料试验规程》

JTJ051—93《公路土工试验规程》

GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》

3. 原材料性质

原材料包括10～30mm集料、土及水泥，其中集料采用浚县西山石料，运距80km，土采用1号和3号土场的土，水泥采用新乡水泥厂的孟电牌32.5缓凝水泥。

3.1 集料

集料筛分及压碎值试验结果见表1。

表1 集料筛分结果

筛孔尺寸（mm）	31.5	26.5	19	9.5
通过率（％）	100	90.2	11.0	0.0

经检测，集料压碎值为15.3％，符合JTJ034-2000规定的压碎值不大于30％的要求。

3.2 水泥

水泥选用新乡水泥厂生产的孟电牌32.5号缓凝硅酸盐水泥，水泥胶砂检测结果见表2。检测结果表明，所用水泥3天龄期抗压强度及抗折强度均满足标准要求。

表2 水泥胶砂强度检测结果

项目	养生龄期（天）	抗折强度（Mpa）	抗压强度（Mpa）
检测结果	3	4.1	21.7
标准要求	3	大于2.5	大于10.0

3.3 土

各个土场土的技术参数见表3。

表3 底基层土场土技术参数

土场号	土场	最佳含水量（％）	最大干密度（g/cm3）	液限（％）	塑限（％）	塑性指数	土名称
1号	K52+980	14.7	1.77	32.3	24.0	8.3	低液限粉土
3号	K55+300	12.1	1.80	29.5	24.0	5.5	低液限粉土

4.水泥碎石土配比优化

底基层采用水泥碎石土，7天龄期无侧限抗压强度设计值Rd≥2.0Mpa，以此为依据进行配合比优化设计。

4.1水泥剂量的优化

选用塑性指数较大（1号土场，Ip＝8.3）的土及塑性指数较小（3号土场，Ip＝5.5）的土，固定碎石含量为40％，变化水泥剂量，进行重型击实及7天龄期无侧限抗压强度试验，试验结果见表4。

表4 不同水泥剂量下水泥碎石土7天无侧限抗压强度

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土场号金属化薄膜电容器	水泥：土：碎石	最佳含水量（％）	最大干密度（g/cm3）	R平均（Mpa）	标准差	偏差系数	Rd/（1-ZαCV）
1号土场	5：55：40	9.2	2.06	1.1	0.115	10.4	2.4
	7：53：40	9.7	2.07	1.9	0.224	11.6	2.5
	8：52：40	9.9	2.08	2.8	0.256	9.0	2.4
	10：50：40	10.3	2.09	3.7	0.364	9.7	2.4
3号土场	5：55：40	6.6	2.11	1.1	0.092	8.7	2.3
	7：53：40	7.1	2.12	1.8	0.158	8.6	2.3
	8：52：40	7.3	2.13	3.2	0.211	6.7	2.3
	10：50：40	7.7	2.14	4.3	0.344	8.1	2.3

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图1 固定碎石含量下水泥碎石土7天无侧限抗压强度与水泥剂量关系

试验结果表明，集料比例固定，随着水泥剂量的增加，混合料的最佳含水量、最大干密度及7天无侧限抗压强度增大。由图1可以看出，水泥剂量小于7％时，土的塑性指数较小的3号土场水泥碎石土7天无侧限抗压强度小于塑性指数较大的1号土场水泥碎石土，且混合料无侧限抗压强度均不满足R平均≥Rd/（1-ZαCV）的要求。而当水泥剂量大于等于8％时，土的塑性指数较小的3号土场水泥碎石土7天无侧限抗压强度大于土的塑性指数较大的1号土场水泥碎石土，且混合料无侧限抗压强度均满足R平均≥Rd/（1-ZαCV）的要求。

综合考虑技术及经济两方面，选择7％～8％水泥剂量作为优化剂量。

4.2集料比例的优化

选用塑性指数较大（1号土场，Ip＝8.3）的土及塑性指数较小（3号土场，Ip＝5.5）的土，固定水泥剂量7％、8％，变化集料比例，进行重型击实及7天龄期无侧限抗压强度试验，试验结果见表5。

表5 不同集料比例的水泥碎石土7天无侧限抗压强度

土场号	水泥：土：碎石	最佳含水量（％）	最大干密度（g/cm3）	R平均（Mpa）	标准差	偏差系数	Rd/（1-ZαCV）
1号土场	7：53：40	接线端子座 9.7	2.07	1.9	0.224	11.6	2.5
	7：43：50	8.8	2.12	2.8	0.301	10.7	2.4
	7：33：60	7.8	2.18	3.1	0.391	12.4	2.5
	8：52：40	9.9	2.08	2.8	0.256	9.0	2.4
	8：42：50	8.9	2.13	3.1	0.314	10.3	2.4
	8：32：60	8.0	2.19	3.8	0.438	11.6	2.5
3号土场	7：53：40	7.1	2.12	1.8	0.158	8.6	2.3
	7：43：50	6.2	2.21	3.3	0.345	10.6	2.4
	7：33：60	5.2	2.3	4.6	0.594	12.8	2.5
	8：52：40	7.3	2.13	3.2	0.211	6.7	2.3
	8：42：50	6.4	2.22	5.0	0.478	9.6	插销螺母2.4
	8：32：60	5.4	2.31	5.5	0.602	11.0	2.4

由表5，固定水泥剂量7％、8％，两种水泥碎石土最佳含水量、最大干密度及7天无侧限抗压强度随着集料比例的增加而增大。

7：53：40的混合料的7天无侧限抗压强度不能满足设计要求，其它各配比的水泥碎石土混合料无侧限抗压强度均满足设计强度要求。

从经济方面考虑，濮信项目所用孟电水泥到场单价230元/吨，碎石到场单价约50元/吨。不考虑土的成本，各种不同配比混合料（按100吨计算）成本计算结果如表6。

表6 优化的各种水泥碎石土成本计算表

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项目	水泥：土：碎石	水泥单价（元）	集料单价（元）	水泥成本（元）	集料成本（元）	混合料成本（元）
混合料种类	7：43：50	230	50	1610	2500	4110
	7：33：60	230	50	1610	3000	4610
	8：52：40	230	50	1840	2000	3840
	8：42：50	230	50	1840	2500	4340
	8：32：60	230	50	1840	3000	4840