黄埔区涵洞和隧道泵房提升改造中无机结合料稳定材料配合比设计与实现

黄埔区涵洞和隧道泵房提升改造中无机结合料稳定材料配合比设计与实现

王玉辉

广州市华大金力工程技术检测有限公司  广东广州  510000

摘要：本文针对黄埔区17个涵洞与隧道泵房改造提升中，所采用的无机结合料稳定材料配合比的特点，通过选用优质稳定的原材料以及合理的配合比设计，并在试验室内测试材料在不同含水率和干密度条件下的无侧限抗压强度，结合涵隧提升改造工程工艺，配比出符合要求的无机稳定材料。从而提升了材料的强度，保证了工程质量。

关键词：无机材料配比  隧涵改造  无侧限抗压试验

前言：涵隧内湿度大、水汽含量丰富，地下水向地表、路基结构内和路面的渗透严重，这不仅会降低整个道路的强度，影响道路的使用寿命，在车辆长时间的荷载作用下甚至会造成路面裂缝、凹陷等严重安全问题。为了有效提升涵隧改造工程中材料的强度，避免因材料强度问题而产生隧涵地基凹陷、路面开裂等问题，我们从原料优选、科学配比与试验中得到了符合工程要求的材料，推动工程顺利实施。

一、项目概况

广州市位于珠江三角洲，海洋性气候明显，又受到季风的影响，雨水资源丰富，年降水天数150天左右，年平均降水量1800mm左右。2021年年末，黄埔区常住人口119.79万人，每平方千米集聚常住人口2474人。[1]在人口、气候、经济发展的共同要求下，城市涵隧系统应拥有一流的调节疏导水平，而在涵隧系统中所使用的材料也应当具有相当的使用寿命和强度。

黄埔区涵洞和隧道泵房提升改造工程项目建设内容为对区内17个涵隧的排水系统进行改造，包括隧涵内新建、更换大流量水泵，设置独立排出管等部分。工程建成后将提高涵隧系统排水能力，改善城市雨季交通条件，保障黄埔区人民群众的生命财产安全。

二、配合比设计

1、工程配比要求：黄埔区17个涵洞和隧道泵房提升改造工程中，选材应满足《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009，具体要求如下：

（1）无机结合料具有干缩性，在水含量变化时会产生相应的膨胀与收缩，为适应广州气候特点，需配比设计出最佳含水率：含水量过少或过多，都会使混合料难于碾压密实，影响其强度，甚至产生裂缝。[2]

（2）按区政府文件设计标准，要求将黄埔区17个涵隧城市内涝防治能力改造提升为50年一遇，随着使用和养护时间增长，无机结合料的性状、强度皆会变化，更需设计合适配比以满足市区涵隧系统的强度要求。

2、原材料选择：此次无机结合料稳定材料配合比设计材料有水泥、碎石和石屑：所用水泥为广州石井水泥公司生产的普通硅酸盐水泥（P·O 42.5R），所用碎石为沙步生产的10-20mm碎石、5-10mm碎石，所用石屑采用沙步生产的0-5mm石屑，所用拌合水为饮用水。

3、配比方案：从国标JTG/T F20-2015中按道路等级选用水泥稳定级配碎石的推荐矿料级配范围，得到此次无机结合料稳定材料配合比的矿料试配结果（质量比）为10-20mm碎石、5-10mm碎石、0-5mm石屑=43：23：34。

4、击实试验：

4.1材料准备：将风干或烘干的试料捣碎，要求破碎后的试料能通过4.75mm的筛孔。进行破碎操作时，需注意粒料单个颗粒的完整度，确保破碎程度符合实际施工中拌和机械的破碎率。在配合比设计试验中，应将各档石料筛分，每次筛分后，记录超尺寸颗粒的百分比；配料过程需以单一粒径规格逐档进行，并且保障每组试验的试料都有充足准备。[3]

击实试验前，测定试料的风干程度、含水量，对于粗粒土的各种集料，试样不少于2000g；精准测量（游标卡尺）试样的高度、内径、垫块的厚度，按实测尺寸计算试筒的容积。

4.1试验呈现：根据设计要求的5.0%水泥用量，采用配合比10-20mm碎石：5-10mm碎石：0-5mm石屑：水泥（质量比）=43∶23∶34∶5.0。预定5个不同含水量、依次相差0.5%～1.5%，且其中至少有两个大于和两个小于最佳含水量。[4]按 《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009规定的方法进行标准击实试验，求出试料的最佳含水量和最大干密度。部分试验结果见表1。

表1 水泥稳定级配水泥击实试验部分结果

4.3对照试验组：在目标配合比设计中，选择不少于5个结合料剂量，分别确定各剂量条件下混合料的最佳含水率和最大干密度。见表2：

表2 各剂量条件下混合料的最佳含水率和最大干密度

5、无侧限抗压试验：试验所采用的试件为5组7d无侧限抗压强度试件，制作方法为根据击实试验确定的最佳含水率和最大干密度，按照《公路路面基层施工技术细则》JTG/TF20-2015规定的水泥稳定材料配合比中可采用的水泥试验剂量推荐值，采用静压法，压实成型。试验规定的标准养生温度的为20℃±2℃，标准养生的湿度≥95%。试件宜静置于铁架或木架上，间距至少10～20mm，试件表面应保持一层水膜，并避免用水直接冲淋，温度下标准养生龄期是7d，最后一天浸泡在20℃±2℃水中。

[5]检验结果见表3：

表3 水泥稳定级配碎石7d无侧限抗压强度试验结果

根据以上配合比设计结果，无机结合料剂量为5.0%时，计算结果表明的各项参数均能符合规范要求，无侧限抗压强值 Rc0.95=-1.645S≥设计值，且掺量最少，根据以上结果确定其无机结合料的剂量为5.0%。

三、结语

本文从黄埔区隧涵改造工程中无机结合料稳定材料配比项目中，应用击实试验和无侧限抗压试验验证材料强度，试验结果表明本次设计的5.0%水泥稳定级配碎石的配合比符合工程要求。混合料的配合比如下∶10～20碎石、5～10碎石、0～5石屑∶水泥=43∶23∶34∶5，采用最大干密度为2.294g/cm³，最佳含水率为5.4%。我司顺利完成配合涵隧改造工程项目部赶在雨季来临前顺利完工的任务，设计研发的材料投入黄埔区涵隧系统使用半年多来，经受住了今年广州干旱洪涝交替、龙卷冰雹频繁、台风侵扰的极端气候影响，保障了黄埔区人民群众的日常出行和生命财产安全，得到了项目部和群众的好评。

参考文献

[1]自然地理.广州概况.［EB/OL］.广州市人民政府网.2022-06-06

[2]何佩芬.公路路面无机结合料基层施工技术[J].道路工程.2021-09-15（2）：97-98

[3]公路工程无机结合料稳定材料试验规程[M].中华人民共和国交通运输部.北京.2009-10-15

[4]任亚伟,蔡燕霞,刘逢涛.电石渣、粉煤灰稳定煤矸石基层混合料性能试验研究[J].公路工程.2021-11-20：1-10.

[5]公路路面基层施工技术细则[M].中华人民共和国交通运输部.北京.2015-08-01