贵州山区水泥粉煤灰稳定碎石基层技术研究

1　贵州现有路面结构现状调查

为全面了解贵州山区高速公路使用性能和路面结构形式，对贵州山区高速公路进行了调查。“十二五”期间，贵州全面推进“三会战两决战一攻坚一行动”，累计建设高速公路项目69个5764km，建成43条（段）3198km，是1986～2012年27年建成总里程的1.2倍，建成和在建高速公路里程＞8000km，2015年成为西部地区第1个、全国第9个县县通高速的省份，2016年启动了高速公路建设通车总里程1万km攻坚决战。据统计显示，到2017年，贵州高速公路通车的仅为规划的一半，由此可见，高速公路网还未完全建成，尚处在待建时期。

贵州是我国自然资源丰富的大省，拥有众多的石料资源，其中以石灰岩和白云岩最为普遍。由于其当地喀斯特地貌的影响，各个地区相同岩石的材质也有很大的差异性，即使是在同一个料场取得的岩石材料也可能存在差异。因此，在贵州山区建造公路网要慎重选材。本文选取贵新高速、贵黄高速、贵遵高速、仁赤高速和惠罗高速等项目进行研究分析，了解贵州地区高速公路路面代表性结构及基层应用状况。数据收集整理见表1。

表1　贵州山区高速公路基层结构层代表性使用调查表

注：CCR-水泥稳定碎石；LFCR-二灰稳定碎石；CR-级配碎石。

由表1数据显示可知，贵州省高速公路大部分用了水泥稳定碎石为基层，这和我国大部分公路建设是一致的。把水泥稳定碎石和二灰碎石这种半刚性材料作为底基层和基层材料，厚度达到15～45cm，同时可以看到，无论是什么样的公路，路基上都会设置15～25cm的级配碎石垫层。

2　水泥粉煤灰稳定碎石基层材料路用性能研究

2.1　水泥粉煤灰稳定碎石基层抗压强度研究

水泥粉煤灰稳定碎石基层的饱水抗压强度是衡量其质量好坏的标准。研究粉煤灰掺入的稳定碎石混合料在不同阶段的强度发展规律，深入挖掘水泥粉煤灰稳定碎石基层的优点。在进行抗压强度计算时，计算公式见式（1）：

（MPa）（1）

式中，P为试件破坏时的最大压力，N；A为试件的截面积，，D为试件的直径（mm）。

为了进行实验对比，真实了解水泥粉煤灰稳定碎石混合料强度发展情况，选取几个时段组进行抗压强度实验，具体实验数据如表2所示。

表2　不同龄期水泥粉煤灰碎石基层强度结果表

根据表2数据可知，在不同配合比下的水泥粉煤灰碎石基层强度是不同的，随着养护龄期的增长抗压强度会随之增加，从数据整体上来看，水泥粉煤灰碎石基层强度增加力度比较大。而且从数据中也可以看到，与水泥稳定碎石的抗压强度相比较，不论哪个龄期的水泥粉煤灰稳定碎石的抗压强度较高，两者的水泥添加剂量是相同的但是结构不同，做成了水泥粉煤灰稳定碎石的骨架更为密实，而且其强度增长也是比较快的，由此可知水泥粉煤灰稳定碎石抗压能力高于水泥稳定碎石。

2.2　水泥粉煤灰稳定碎石基层收缩特性研究

经研究分析可知，水泥粉煤灰稳定碎石基层具有较高的强度，通常其抗压能力比较差，所以本文综合考虑进行收缩性能研究分析，具体分析数据如表3所示。

表3　混合料的收缩性研究分析结果

由表3数据分析可知，加入粉煤灰可以保障水泥延缓水化，这样就可以减少水泥水化产物的形成。在水泥水化的过程中形成很多凝胶物，导致水分蒸发时水泥稳定碎石干燥收缩难度增大，但粉煤灰的加入使结构更加密实，致使减缓和减少水分蒸发。水泥粉煤灰稳定碎石与水泥稳定碎石相比结合料比例相差3倍，所以水泥稳定碎石的空隙较大，在温度变化时收缩空间大。但是到龄期180d时水泥粉煤灰碎石混合料强度要大于水泥稳定碎石混合料，由此可知，水泥粉煤灰碎石混合料相互之间牵制力更强。

3　贵州山区水泥粉煤灰稳定碎石基层路面典型结构设计

3.1　典型设计结构方法

根据国内外经验和文章的研究分析可知，水泥粉煤灰稳定碎石基层具有良好的力学特征。水泥粉煤灰稳定碎石基层与水泥稳定级配碎石相比较来说，其强度比较高，具有低模量特性。因此，公路建设中利用水泥粉煤灰稳定碎石基层，可以有效改善路面，增加公路使用寿命。在贵州山区利用水泥粉煤灰稳定碎石铺设路面基层，可在典型路面结构发挥重要作用，消除结构的松散层和改善力学性能，增加路面强度和路面的稳定性，让公路结构设计更加科学合理。

3.2　结构组合的设计

对路面进行结构组合的设计，要充分考虑道路面组合结构所承载的压力，在其抗裂性、耐久性等各方面严格要求，考虑不同交通量下面层的合适厚度和材料的选择等因素。所以，在进行贵州山区水泥粉煤灰稳定碎石基层路面结构组合设计时要遵循以下原则：首先，考虑合适的表层厚度；然后，按照实际通行量和公路的等级确定强度，并且与土基模量进行优化组合；最后，按照预想计算出基层的厚度。

在贵州山区路面结构设计时，要保障在最少计算工程量的基础上实现贵州山区高速公路路面设计的具体化，保证稳定的交通量和交通路基强度，对路面结构进行合理设计和科学验算，确定路面基层的合理厚度，从而编制出贵州山区所特有的水泥粉煤灰稳定碎石基层路面结构，保证路面结构有足够的稳定性和强度，由此可以为水泥粉煤灰稳定碎石基层应用于贵州山区路面铺设提供有力依据。

4　结语

综上所述，根据贵州山区当地的地理环境，针对当地的气候条件、路面结构形式和路面材料等各种因素，综合考虑贵州山区公路路面结构问题。对水泥粉煤灰稳定碎石基层材料的强度和收缩性特征进行实验研究，然后进行科学合理规划，制定典型结构设计方案，为以后贵州山区水泥粉煤灰稳定碎石基层的应用提供借鉴，促进我国贵州山区公路建设的发展。

参考文献

[1]周厚杰．粉煤灰水泥稳定碎石铺筑路面基层关键技术研究[D]．重庆：重庆交通大学，2012.

[2]徐江萍．水泥粉煤灰稳定碎石基层沥青路面抗裂性能研究[D]．西安：长安大学，2006.

收稿日期：2018-04-05

作者简介：廖海龙（1981-），男，四川绵阳人，贵州路桥集团有限公司高级工程师，硕士，研究方向：工程管理。