關(guān)于公路路面基層配合比試驗(yàn)方法的思考

邵　強(qiáng),向　源,趙國(guó)云(.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,重慶　400074;.重慶市公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心,重慶　400060; .重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院,重慶　40005)

關(guān)于公路路面基層配合比試驗(yàn)方法的思考

邵強(qiáng)1,向源2,趙國(guó)云3
(1.重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,重慶400074;2.重慶市公路工程質(zhì)量檢測(cè)中心,重慶400060; 3.重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院,重慶400025)

通過(guò)對(duì)?公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范?中關(guān)于試件成型方法的規(guī)定進(jìn)行分析,提出了重型擊實(shí)法不適用于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土的觀點(diǎn).在借鑒他人研究成果并結(jié)合加固土原理基本知識(shí)的基礎(chǔ)上,對(duì)水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石重型擊實(shí)法和振動(dòng)壓實(shí)法兩種成型方法進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了振動(dòng)壓實(shí)法能夠更好地模擬路面基層現(xiàn)場(chǎng)施工工況.

路面基層;重型擊實(shí)法;振動(dòng)壓實(shí)法;試驗(yàn)方法

0　引　言

?公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范?(JTJ 034—2000)[1]中將重型擊實(shí)試驗(yàn)法作為標(biāo)準(zhǔn)的配合比試驗(yàn)方法,用靜壓法成型試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度等性能試驗(yàn).而?公路土工試驗(yàn)規(guī)程?(JT E40—2007)[2]中規(guī)定,擊實(shí)試驗(yàn)法適用于細(xì)粒土,粗粒土和巨粒土最大干密度的試驗(yàn)方法為表面振動(dòng)壓實(shí)儀法.

重型擊實(shí)法源于土工擊實(shí)試驗(yàn),用以確定土的最佳含水量和最大干密度,?公路土工試驗(yàn)規(guī)程? (JT E40—2007)中將0.075 mm作為土的粗粒與細(xì)粒的分界粒徑,且規(guī)定細(xì)粒組土粒質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量50%的土稱細(xì)粒土.參考?公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范?(JTJ 034—2000)和?公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范?(JT D50—2006)[3]中各類穩(wěn)定土的顆粒組成范圍可知,無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土基本上不屬于細(xì)粒土的范疇,由此可以認(rèn)為采用重型擊實(shí)試驗(yàn)確定無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土最大干密度的方法不合理.近年在半剛性基層中應(yīng)用較多的水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石混合料可以歸類為粗粒組,應(yīng)該采用振動(dòng)壓實(shí)法確定其最大干密度.

判斷一種成型方法是否合理,還可以從實(shí)驗(yàn)室試件成型條件與工程工況的匹配性方面考慮.只有室內(nèi)成型試件的結(jié)構(gòu)與工程實(shí)際相吻合,室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果才能有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工并控制施工質(zhì)量,其中的關(guān)鍵點(diǎn)在于室內(nèi)試件成型與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)過(guò)程中力的作用方式要保持一致.重型擊實(shí)試驗(yàn)法是針對(duì)1993年以前8～12 t壓路機(jī)提出的,而目前壓實(shí)機(jī)械已經(jīng)發(fā)展到調(diào)頻調(diào)幅式的振動(dòng)壓路機(jī),壓實(shí)過(guò)程中力的作用方式已經(jīng)發(fā)生了改變,仍然采用重型擊實(shí)試驗(yàn)法就會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)確定的最大干密度偏低,實(shí)際工程振動(dòng)壓實(shí)時(shí)壓實(shí)度普遍超百.所以說(shuō),使用重型擊實(shí)試驗(yàn)法測(cè)定的最佳含水率和最大干密度在控制施工質(zhì)量方面存在很大的弊端.

1　兩種壓實(shí)試驗(yàn)方法的對(duì)比分析

以水泥穩(wěn)定碎石為代表的半剛性基層是中國(guó)各級(jí)公路中最常用的基層類型.以往的水泥穩(wěn)定碎石中細(xì)集料含量偏多,造成基層易開(kāi)裂且抗沖刷能力不足.隨著對(duì)水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度形成機(jī)理的深入研究,粗集料含量較多的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出抗裂性好、抗沖刷能力強(qiáng)的特點(diǎn),并逐漸得到行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可.多年來(lái),國(guó)內(nèi)都是通過(guò)室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)法來(lái)確定水泥穩(wěn)定碎石材料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),但這種方法不太適合于粗集料含量較多的骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石;而采用振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)確定最佳含水量和最大干密度的方法逐漸被業(yè)界所接受.

首先,從顆粒組成來(lái)看,對(duì)于水泥穩(wěn)定碎石這種粗粒組類材料,依據(jù)?公路土工試驗(yàn)規(guī)程?(JT E40—2007)中的規(guī)定,應(yīng)該采用表面振動(dòng)壓實(shí)儀法進(jìn)行試驗(yàn).

其次,從力的作用方式來(lái)看,重型擊實(shí)成型是靠一種強(qiáng)制性的沖擊力迫使集料顆粒向下移動(dòng),在這種成型方式下,較細(xì)集料在一次次的沖擊力作用下被填充在空隙里,而大粒徑集料很容易被擊碎.粗集料的破碎不僅改變了原有的級(jí)配,而且破碎的界面是薄弱面,導(dǎo)致成型的材料試件存在一定缺陷.振動(dòng)壓實(shí)法成型則是利用激振力使粗集料不斷改變自身位置以適應(yīng)振動(dòng)外力的作用,有效降低了集料破碎的幾率,混合料原有級(jí)配不會(huì)遭到破壞,粗細(xì)集料分布均勻;此外,水泥漿的振動(dòng)液化,也更有利于填充縫隙,減少缺陷的發(fā)生,這與振動(dòng)壓路機(jī)的碾壓方式相似.中國(guó)目前公路基層現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)施工普遍使用振動(dòng)壓路機(jī)來(lái)完成.從材料結(jié)構(gòu)形態(tài)來(lái)看,振動(dòng)壓實(shí)法與現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)基本吻合,可通過(guò)水泥穩(wěn)定碎石混合料室內(nèi)成型材料試件剖面與現(xiàn)場(chǎng)鉆芯試件表面結(jié)構(gòu)的對(duì)比說(shuō)明這一問(wèn)題.

再次,工程實(shí)踐表明,采用重型擊實(shí)法得到的最大干密度來(lái)計(jì)算路面壓實(shí)度,壓實(shí)度往往很容易就滿足規(guī)范的要求,甚至很容易超過(guò)100%;而在原材料、施工機(jī)械一定的情況下,采用振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)測(cè)定的最大干密度計(jì)算的路面壓實(shí)度基本達(dá)到98%,在一定程度內(nèi)更好地摸擬了現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝[4].

部分學(xué)者認(rèn)為,為了提高最大干密度、降低最佳含水量,重型擊實(shí)方法完全可以通過(guò)進(jìn)一步增加擊實(shí)功來(lái)實(shí)現(xiàn)[5].筆者對(duì)此持否定觀點(diǎn),對(duì)于細(xì)粒土來(lái)說(shuō)這種觀點(diǎn)可能有效,但對(duì)于粗粒組類材料,重型擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)功的增大,意味著集料破碎的幾率也隨之提高,容易導(dǎo)致成型的材料試件存在嚴(yán)重缺陷,無(wú)法有效模擬現(xiàn)場(chǎng)施工工況.兩種試件成型方法的對(duì)比分析見(jiàn)表1.

表1　兩種試件成型方法的對(duì)比分析

此外,重型擊實(shí)試驗(yàn)用重型擊實(shí)法確定最大干密度及最佳含水量,用靜壓法成型試件測(cè)定抗壓強(qiáng)度,先不論室內(nèi)成型工藝與現(xiàn)場(chǎng)施工工況的匹配性問(wèn)題,單單就性能檢驗(yàn)與最大干密度成型方法的差異來(lái)看就很難讓人信服.振動(dòng)壓實(shí)法則通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)確定混合料的最佳含水量和最大干密度,并采用相同的方法成型后續(xù)試驗(yàn)所用試件,試驗(yàn)結(jié)果更為合理、可信.重型擊實(shí)試驗(yàn)法還存在以下問(wèn)題:混合料分層裝料并分層擊實(shí),擊實(shí)層表面經(jīng)拉毛處理,與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工工藝不吻合,模擬施工效果差;擊實(shí)后對(duì)試樣表面采用刮刀刮平處理,容易造成試件體積變化,試驗(yàn)結(jié)果離散性較大;人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響顯著,存在不同試驗(yàn)人員所做試驗(yàn)結(jié)果差異較大的情況,試驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)性差.

重型擊實(shí)法通過(guò)施加沖擊荷載對(duì)混合料進(jìn)行壓實(shí),與現(xiàn)場(chǎng)夯實(shí)過(guò)程一致,與現(xiàn)場(chǎng)靜力壓路機(jī)的作用過(guò)程雖然不盡相同,但就通過(guò)對(duì)材料產(chǎn)生剪應(yīng)力使之壓實(shí)這一效果來(lái)說(shuō)是相似的,在之前壓實(shí)施工主要使用靜力壓路機(jī)的時(shí)候,問(wèn)題并沒(méi)有凸現(xiàn)出來(lái);現(xiàn)在,振動(dòng)壓路機(jī)已成為水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)的主要機(jī)械,室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)與室外振動(dòng)壓路機(jī)的施工工況明顯不匹配.通過(guò)以上對(duì)比分析可以看出,振動(dòng)擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)軌蚋行У啬M現(xiàn)場(chǎng)基層施工條件.

2　基于振動(dòng)壓實(shí)法的配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)成果

針對(duì)于半剛性基層材料的室內(nèi)壓實(shí)成型方法,業(yè)內(nèi)眾多專家及學(xué)者進(jìn)行了大量的研究.為更好地模擬半剛性基層現(xiàn)場(chǎng)的施工工況,有效指導(dǎo)室內(nèi)試驗(yàn),2002年長(zhǎng)安大學(xué)沙愛(ài)民教授課題組研發(fā)了專門(mén)用于水泥穩(wěn)定碎石材料的上壓上振式室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)機(jī),并申請(qǐng)了專利,同時(shí)在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,提出了振動(dòng)參數(shù)配置、振動(dòng)法確定壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和振動(dòng)法成型試件的方法[6].在2006年頒布的?公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范?(JT D50—2006)附A中列入了該試驗(yàn)方法,在一定程度上促進(jìn)了振動(dòng)壓實(shí)法在國(guó)內(nèi)的推廣.周衛(wèi)峰、趙可和王德群等人[7]對(duì)半剛性基層試件成型方法及其級(jí)配組成、配合比設(shè)計(jì)等進(jìn)行了深入研究,以振動(dòng)成型方式為試驗(yàn)手段,以強(qiáng)度滿足要求、抗裂能力最佳為判據(jù),提出了水泥穩(wěn)定碎石混和料配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法.研究結(jié)果表明,水泥穩(wěn)定碎石混合料采用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)確定的最大干密度過(guò)小,用來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)是失效的,因此建議采用振動(dòng)擊實(shí)確定的結(jié)果作為現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度控制指標(biāo).試驗(yàn)工程檢測(cè)結(jié)果表明,現(xiàn)場(chǎng)7 d齡期芯樣抗壓強(qiáng)度均高于室內(nèi)靜壓法成型試件的抗壓強(qiáng)度,而與室內(nèi)振動(dòng)法制作的試件抗壓強(qiáng)度相當(dāng);通過(guò)振動(dòng)法優(yōu)化的配合比達(dá)到了增加強(qiáng)度和抗裂性能、減少水泥含量及降低工程造價(jià)的最佳效果.許海云、武啟誠(chéng)、謝熠等[8]為提高半剛性基層的路用性能,采用振動(dòng)法設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定碎石混合料,并應(yīng)用于浙江省申嘉湖高速公路半剛性基層的鋪筑.結(jié)果表明,振動(dòng)法設(shè)計(jì)的水泥穩(wěn)定碎石無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)芯樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度基本吻合;采用優(yōu)化的骨架密實(shí)型級(jí)配并以振動(dòng)法設(shè)計(jì)的混合料在拌和、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)明顯離析;使用現(xiàn)有的施工設(shè)備,以振動(dòng)法確定的最大干密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度,基層壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到98%.

國(guó)內(nèi)眾多研究成果及數(shù)千公里的實(shí)體工程應(yīng)用結(jié)果表明[9],在原材料一定以及壓實(shí)功等效的前提下,振動(dòng)壓實(shí)法確定的最大干密度與重型擊實(shí)法相比約提高1.02～1.03倍,最佳含水量基本相當(dāng).振動(dòng)法成型的混合料物理性能和結(jié)構(gòu)性能明顯優(yōu)于靜壓法成型的混合料,振動(dòng)試驗(yàn)儀為上置式振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備,可近似地模擬振動(dòng)壓路機(jī)在材料表面的作業(yè)狀況,這對(duì)于施工質(zhì)量的控制更具有指導(dǎo)意義.

3　討論及見(jiàn)解

?加固土原理?[10]中提到:土的壓實(shí)加固法是各種加固方法中最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法,從某種意義上說(shuō),摻加添加劑的加固方法只能是它的輔助方法.由此可以看出壓實(shí)在路面基層施工過(guò)程中的重要性,因而確定最能模擬混合料現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)方式的室內(nèi)試件成型方式顯得尤為重要.在查閱資料的過(guò)程中,筆者發(fā)現(xiàn)眾多學(xué)者的觀點(diǎn)一致認(rèn)為振動(dòng)試驗(yàn)方法能夠更好地模擬基層的實(shí)際碾壓效果,成型的試件能真實(shí)地反映基層材料的實(shí)際性能.但在工程實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,很多施工單位的人員認(rèn)為,因?yàn)檎駝?dòng)壓實(shí)法提高了壓實(shí)功,所以會(huì)造成所測(cè)定的混合料最大干密度比重型擊實(shí)法偏大,這是對(duì)振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)的誤解,其根本原因在于改變了力的作用方式和改善了試件成型的操作方法.事實(shí)上振動(dòng)壓實(shí)法是以達(dá)到重型擊實(shí)法所確定的最大干密度時(shí)的時(shí)間作為成型粒料類的振動(dòng)壓實(shí)時(shí)間,所以說(shuō)兩種成型方式的壓實(shí)功是相當(dāng)?shù)?

隨著中國(guó)筑路機(jī)械20多年來(lái)的發(fā)展,振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)功效得到一定提升,而在現(xiàn)有碾壓設(shè)備的基礎(chǔ)上,通過(guò)一定的組合方式也可以進(jìn)一步改善施工機(jī)械的壓實(shí)效果;因此在現(xiàn)有施工機(jī)械和施工技術(shù)的水平下,整個(gè)行業(yè)的路面壓實(shí)功效得到了顯著提升,所以適當(dāng)提高室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)值是可行的.

在目前的施工機(jī)械條件下,國(guó)內(nèi)眾多工程中甚至實(shí)現(xiàn)了大厚度攤鋪,所以說(shuō),在一定條件下可以通過(guò)適當(dāng)提高振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)法的壓實(shí)功來(lái)進(jìn)一步提高室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)值,也就相當(dāng)于提高了壓實(shí)度.對(duì)于水泥穩(wěn)定土而言,一般壓實(shí)度提高1%,強(qiáng)度就會(huì)提高5%～10%;此外,土體空隙率減小,密實(shí)度增大,透水性及毛細(xì)吸水性降低,從而穩(wěn)定性和耐久性也相應(yīng)得到提高[11].4結(jié)語(yǔ)

?公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范?(JTJ 034—2000)中采用的重型擊實(shí)試驗(yàn)法不適用于目前半剛性基層應(yīng)用較多的水泥穩(wěn)定碎石,而振動(dòng)壓實(shí)法可在一定程度上更好地摸擬現(xiàn)場(chǎng)的碾壓工藝,使室內(nèi)混合料的物理結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能更好地反映其施工工況.因此,運(yùn)用振動(dòng)壓實(shí)法進(jìn)行以水泥穩(wěn)定碎石為代表的粗粒組類材料混合料設(shè)計(jì),可以充分發(fā)揮半剛性基層的優(yōu)勢(shì),提高路面的使用性能,對(duì)中國(guó)高等級(jí)公路建設(shè)將產(chǎn)生積極的影響.

[1]JTJ 034—2000,公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JT E40—2007,公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]JT D50—2006,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]楊勇,蔡凌堅(jiān).水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)成型與重型擊實(shí)的比較[J].物流工程與管理,2009,31(3):134-135

[5]王旭東.關(guān)于新版?公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范?修訂的思路[J].上海公路學(xué)報(bào),2010(2):1-5.

[6]胡力群,沙愛(ài)民.室內(nèi)振動(dòng)壓實(shí)機(jī)結(jié)構(gòu)及利用振動(dòng)法確定水泥穩(wěn)定碎石壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)注意的問(wèn)題[J].公路,2010(6):132- 135.

[7]周衛(wèi)峰,趙可,王德群,等.水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比的優(yōu)化[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,26(1):24-28.

[8]許海云,武啟誠(chéng),謝熠,等.振動(dòng)法設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定碎石在申嘉湖高速公路的應(yīng)用[J].上海公路,2007(4):21-24.

[9]趙可,許仁安,鄭南翔,等.半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換與性能恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究[R].重慶:重慶交通大學(xué),2013.

[10]張登良.加固土原理[M].北京:人民交通出版社,1990.

[11]張濤,朱天猛.振動(dòng)法在水泥穩(wěn)定碎石基層配全比設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2010,27(5):43-45.

[責(zé)任編輯:王玉玲]

Thoughts About Mix Proportion Test Method for Highway Roadbase

SHAO Qiang1,XIAN Yuan2,ZHAO uoyun3
(1.School of Civil Engineering&Architecture,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China; 2.Chongqing Highway Engineering Quality Inspection Center,Chongqing 400060,China; 3.Chongqing Pengfang Pavement Engineering Research Institute,Chongqing 400054,China)

Through the analysis of Technical Specifications for Construction of Highway Roadbases(JTJ 034—2000)provisions on the specimen compaction method,the viewpoint that heavy compaction method does not apply to inorganic binder stabilized soil was put forward.Learning from others?researches and combining with the principle of reinforced soil,the comparison of heavy compaction method and vibratory compaction method on the cement stabilized graded crushed stones verifies that the vibration compaction method can better simulate the conditions of pavement base at construction site.

roadbase;heavy compaction method;vibratory compaction method;test method

U416.2

B

1000-033X(2015)01-0066-03

2014-09-11

西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(2009318814032)