厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法研究

孫富

（中交隧道工程局有限公司南京分公司，南京210000）

1 引言

自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高速公路及城市快速路建設(shè)得到了前所未有的發(fā)展，厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石材料具有較高的強(qiáng)度、較大的承載能力和比較好的水穩(wěn)定性，因此應(yīng)用十分廣泛。目前，我國尚未制定通用厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏一致的檢測方法，為實(shí)際施工帶來了不不便。

厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石是目前比較常用的半剛性基層材料，在高等級(jí)公路的建設(shè)中有十分廣泛的應(yīng)用，然而在實(shí)際使用中，一旦材料壓實(shí)存在問題，將導(dǎo)致厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石無法具備較好的抗裂性、抗凍性和抗沖刷等性能，因此，需要對其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，施工機(jī)械設(shè)備功率較以前顯著提升。因部分工程的建設(shè)時(shí)間較短，雨水周期長，進(jìn)而導(dǎo)致施工過程中的不確定因素增加，雖然部分地區(qū)應(yīng)用了厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石技術(shù)進(jìn)行施工，然而缺乏明確的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法。本文通過淮安市城市快速路厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石試驗(yàn)段施工，對其壓實(shí)度檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法進(jìn)行研究[1]。

2 試驗(yàn)材料和結(jié)構(gòu)

2.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)的淮安市快速路測試段施工的水泥標(biāo)號(hào)為緩凝P·O42.5，其表面積、初終凝時(shí)間、安定性、3d 和28d 的抗壓、抗折強(qiáng)度均滿足相關(guān)規(guī)定的要求。粗細(xì)集料分別包括0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm 4 種規(guī)格，集料的巖性為花崗巖，其中粗集料的壓碎值、針片狀顆粒含量、不同規(guī)格集料的顆粒含量均滿足本次試驗(yàn)的指標(biāo)要求，細(xì)集料的砂當(dāng)量、塑性指數(shù)Ip等數(shù)值也都與試驗(yàn)指標(biāo)相符。綜上所述，粗細(xì)集料的參數(shù)符合相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定要求。

2.2 路段結(jié)構(gòu)

該試驗(yàn)段的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)包括3 層，分別是上基層、下基層和底基層，3 層的厚度分別為11cm、18cm 和36cm，其中上、下基層和底基層的水泥劑量分別為5%和4%。該路段的路面結(jié)構(gòu)為3 層共18cm 的厚瀝青混凝土。

3 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)確定

3.1 試驗(yàn)材料配比

該試驗(yàn)路段的配比方法參考了JTG/T F20—2015《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》，試驗(yàn)當(dāng)中使用的粗細(xì)料的內(nèi)摻水泥劑量為4%，其中0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm 4 種規(guī)格的集料的配合比為32∶16∶37∶15。

3.2 擊實(shí)方法

本試驗(yàn)根據(jù)JTG E51—2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》中的水穩(wěn)定碎石試驗(yàn)方法，分別在試驗(yàn)段進(jìn)行了重型擊實(shí)和振動(dòng)成型方法擊實(shí)試驗(yàn)。

重型擊實(shí)。本次試驗(yàn)參照J(rèn)TG E51—2009 的T0804—1994《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實(shí)試驗(yàn)方法》這一試驗(yàn)方法的丙法操作。錘重和落高分別為4.5kg 和0.45m，根據(jù)規(guī)定的配比加水調(diào)拌材料，然后悶料1h。之后將所有材料分成3 層裝進(jìn)試驗(yàn)用擊實(shí)筒內(nèi)，每一層都要進(jìn)行98 次擊實(shí)。在完成2 次擊實(shí)之后，根據(jù)試驗(yàn)要求，計(jì)算出材料的最大干密度以及最佳含水率。最后需要完成性能試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)包含2 個(gè)內(nèi)容，一個(gè)是7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，另外一個(gè)是90d 抗壓回彈模量。

振動(dòng)成型。本次試驗(yàn)參照J(rèn)TG E51—2009 中的T0842—2009《無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)方法》這一試驗(yàn)方法進(jìn)行操作。試驗(yàn)分成2 層進(jìn)行操作，每層的振實(shí)持續(xù)時(shí)間為120s，頻率為28～30Hz，激振力為6 800～6 900N。然后根據(jù)試驗(yàn)要求，計(jì)算出材料的最大干密度以及最佳含水率。最后需要完成性能試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)包含2 個(gè)內(nèi)容，一個(gè)是7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，另外一個(gè)是90d 抗壓回彈模量。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

將上述2 組試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、匯總、整理和分析。重型擊實(shí)和振動(dòng)成型試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表現(xiàn)為：最大干密度分別為2.28g/cm3和2.35g/cm3，最佳含水率分別為6.2%和5.4%，7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分別為4.6MPa 和5.6MPa，90d 抗壓回彈模量分別為330MPa 和435MPa。對2 組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以得知，在水泥劑量保持一致的前提下，無論是最大干密度的數(shù)值還是7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，抑或是90d 抗壓回彈模量，重型擊實(shí)試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)都明顯低于振動(dòng)成型的數(shù)據(jù)。但是最佳含水率的數(shù)據(jù)則是重型擊實(shí)試驗(yàn)更高[2]。

4 檢測方法

完成室內(nèi)的試驗(yàn)之后，本試驗(yàn)又分別鋪筑了2 段長度為300m 的路段用于試驗(yàn)，2 個(gè)試驗(yàn)段配置相同的攤鋪和壓實(shí)設(shè)備。一個(gè)試驗(yàn)段采用分層檢測進(jìn)行壓實(shí)度控制；另外一個(gè)試驗(yàn)段采用全厚檢測進(jìn)行壓實(shí)度控制。檢測方法均參照J(rèn)TG E60—2008《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》進(jìn)行，壓實(shí)度的檢測均始于第3 遍碾壓。當(dāng)2 個(gè)試驗(yàn)段均滿足規(guī)定要求的壓實(shí)度之后，分別記錄二者的碾壓方式和次數(shù)。

4.1 分層檢測

分層檢測試驗(yàn)的設(shè)備為灌砂筒，其直徑和凈高的值均為200mm。檢測步驟為：先對灌砂筒內(nèi)上部18cm 厚的壓實(shí)度進(jìn)行檢測，完成之后繼續(xù)擴(kuò)大坑面積，然后再對灌砂筒下部18cm厚的壓實(shí)度進(jìn)行檢測。

4.2 全厚檢測

全厚檢測的試驗(yàn)設(shè)備為改良灌砂筒，其直徑為200mm，凈高為360mm，總質(zhì)量為24 000g。然后根據(jù)檢測要求進(jìn)行標(biāo)定，之后檢測了現(xiàn)場的壓實(shí)度。

4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

對現(xiàn)場壓實(shí)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行收集和整理，2 個(gè)試驗(yàn)段施工結(jié)束7d 之后，分別進(jìn)行了取芯，并對其完整性和強(qiáng)度分別進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)證。本測試的7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥4MPa。

重型擊實(shí)試驗(yàn)段壓實(shí)數(shù)據(jù)包括4 組數(shù)據(jù)，分別是第3 遍至第6 遍的數(shù)據(jù)，其中分層檢測上部的壓實(shí)度分別為94.2%、95.3%、96.3%、97.4%，分層檢測下部的壓實(shí)度分別為93.8%、94.9%、96.1%、97.2%，全厚檢測的壓實(shí)度分別為93.7%、94.8%、95.9%、97.1%。

振動(dòng)成型試驗(yàn)段壓實(shí)數(shù)據(jù)包括五組數(shù)據(jù)，分別是第3 遍至第7 遍的數(shù)據(jù)，其中分層檢測上部的壓實(shí)度分別為93.4%、94.5%、95.5%、96.6%、97.8%，分層檢測下部的壓實(shí)度分別為93.4%、93.1%、95.4%、96.4%、97.5%，全厚檢測的壓實(shí)度分別為93.3%、94.5%、95.6%、96.7%、97.9%。

2 個(gè)試驗(yàn)段分別抽取了3 個(gè)芯樣，其中重型擊實(shí)試驗(yàn)段芯樣的取樣位置分別為080、160 和240，距邊分別為2.5m、5.5m和9.0m，其中080 和240 段的芯樣完整、底部松散，160 段芯樣完整無松散，芯樣的切割厚度分別為150mm、151mm 和150mm，其強(qiáng)度分別為4.3MPa、4.4MPa 和4.2MPa。振動(dòng)成型實(shí)試驗(yàn)段芯樣的取樣位置分別為070、150 和260，距邊分別為2.8m、5.7m 和8.8m，所有芯樣均完整、底部無松散，芯樣的切割厚度分別為150mm、150mm 和151mm，其強(qiáng)度分別為5.2MPa、5.4MPa 和5.5MPa。

通過分析可知，2 個(gè)試驗(yàn)段達(dá)到測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓實(shí)度所進(jìn)行的碾壓遍數(shù)存在差異，重型擊實(shí)和振動(dòng)成型試驗(yàn)段的碾壓遍數(shù)分別為6 遍和7 遍。由此可知，二者達(dá)到規(guī)定壓實(shí)度的碾壓遍數(shù)結(jié)果較為接近。通過分析所取芯樣的數(shù)據(jù)可知，重型擊實(shí)和振動(dòng)成型試驗(yàn)段的芯樣分別為整體完整底部有松散和完整無松散，所以,重型擊實(shí)試驗(yàn)得到的芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)剛好符合試驗(yàn)要求，而振動(dòng)成型試驗(yàn)得到的芯樣強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)卻顯著高于試驗(yàn)要求。所以，雖然重型擊實(shí)試驗(yàn)得到的路面壓實(shí)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求，但是因?yàn)槠渥畲蟾擅芏容^低，導(dǎo)致試驗(yàn)路段的整體壓實(shí)度較差，無法取得良好的強(qiáng)度，造成路面結(jié)構(gòu)層整體質(zhì)量低下。

5 結(jié)論

本文以試驗(yàn)的方式分析了厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法，分別對試驗(yàn)路段進(jìn)行了重型擊實(shí)和振動(dòng)成型試驗(yàn)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集、整體和匯總，通過對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出如下結(jié)論：

壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：通過對試驗(yàn)路段進(jìn)行碾壓可知，重型擊實(shí)和振動(dòng)成型試驗(yàn)分別需要進(jìn)行6 遍和7 遍碾壓方可達(dá)到試驗(yàn)要求，其中,振動(dòng)成型試驗(yàn)的壓實(shí)水平顯著優(yōu)于重型擊實(shí)試驗(yàn)的壓實(shí)水平，并且振動(dòng)成型試驗(yàn)的測試路段的整體質(zhì)量更高，與此同時(shí),路面結(jié)構(gòu)層的耐久性得到了顯著的提高，進(jìn)而提升了公路的使用周期。所以，厚層水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的確定方法按照J(rèn)TG E51—2009 中的振動(dòng)成型試驗(yàn)進(jìn)程進(jìn)行。振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)的具體操作為，將材料分成2 層，每層的振實(shí)持續(xù)時(shí)間為120s，頻率為28～30Hz，激振力為6 800～6 900N。

檢測方法：經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行壓實(shí)度檢測時(shí)，分層檢測和全厚檢測的碾壓遍數(shù)存在差異，但是最終的壓實(shí)結(jié)果幾乎一致。然而，分層檢測在施工質(zhì)量的把控上不如全厚檢測的效果好，且分層檢測需要花費(fèi)較長的時(shí)間，極易導(dǎo)致水穩(wěn)混合料的水分丟失，一旦將其碾壓成型，會(huì)對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的均勻性產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而縮短道路的使用期限。綜上，應(yīng)當(dāng)選擇使用改良后的灌砂筒進(jìn)行全厚檢測，檢測壓實(shí)度，改良灌砂筒直徑為200mm，凈高為360mm，總質(zhì)量為24 000g，可以提高檢測速度并且有效的保證路面的質(zhì)量。