大厚度水穩(wěn)基層的分層壓實度檢測方法研究

呂新潮 陳珺 龔文劍 韓福建

摘要：大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪成型技術(shù)不僅能夠縮短工期，而且能夠提升基層整體性，已經(jīng)在越來越多的高速公路項目中得到了應(yīng)用。但是由于其一次攤鋪成型的厚度較大，容易出現(xiàn)上下部壓實度差較大的現(xiàn)象，有必要對大厚度基層的上下層壓實度分別進行檢測。文章通過對傳統(tǒng)的水穩(wěn)基層壓實度檢測方法進行優(yōu)化，提出了兩種大厚度水穩(wěn)基層分層壓實度檢測方法，并在工程中進行了實踐。結(jié)果表明，兩種檢測方法均能準(zhǔn)確地評價大厚度基層的上下層壓實度。分層壓實度檢測方法不僅補充了大厚度水穩(wěn)基層的質(zhì)量評價新指標(biāo)、新方法，有助于現(xiàn)場施工時的壓實度控制，而且為大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪成型的可行性提供了新證據(jù)。

關(guān)鍵詞：大厚度;水泥穩(wěn)定碎石基層;一次攤鋪;壓實度;檢測方法

0 引言

截止到2018年年底，我國的公路通車?yán)锍桃堰_484.65萬km，其中等級公路里程為446.59萬km，高速公路里程為14.26萬km，在較高等級公路中，采用水泥穩(wěn)定碎石做基層的瀝青路面占據(jù)了大部分的比例[1]。水穩(wěn)基層作為一種半剛性結(jié)構(gòu)，具有強度高、耐久性好、抗沖刷性強、造價低等諸多優(yōu)點，已經(jīng)成為我國公路基層的主流結(jié)構(gòu)形式[2]。目前高等級公路的基層設(shè)計厚度一般在30～40cm，為了保證壓實質(zhì)量，普遍采用兩層施工工藝，但是該工藝成型的水穩(wěn)碎石基層上下層連接難以保證，整體性差，并且養(yǎng)護周期長，施工組織困難[3]。大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪成型技術(shù)，不僅減少了機械的調(diào)遷，節(jié)省了養(yǎng)生時間，能夠有效縮短工期，節(jié)約成本，而且使基層形成一個整體的板塊結(jié)構(gòu)，可以有效地避免和推遲早期路面病害的產(chǎn)生[4]。隨著機械設(shè)備的發(fā)展進步，水穩(wěn)拌和站產(chǎn)能越來越高，攤鋪機功率、壓路機噸位均越來越大，對水泥穩(wěn)定基層施工采用一次攤鋪成型施工工藝的技術(shù)準(zhǔn)備已經(jīng)成熟，不少高速公路已經(jīng)進行了實踐，取得了不錯的效果[5，6]。

目前，壓實度是水泥穩(wěn)定碎石基層施工現(xiàn)場一個重要的質(zhì)量控制指標(biāo)，通常采用挖坑灌砂法測定壓實度，該法不僅操作簡單，而且準(zhǔn)確性較好[7]。大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪成型的厚度較大，容易出現(xiàn)上下部壓實度差較大的現(xiàn)象[8]。挖坑灌砂壓實度檢測方法僅能檢測基層整體的壓實度，不能分層地檢測大厚度基層的上下壓實度，已經(jīng)無法滿足大厚度基層一次攤鋪成型對施工現(xiàn)場質(zhì)量控制的要求。本文嘗試對傳統(tǒng)的水穩(wěn)基層壓實度檢測方法進行優(yōu)化，提出大厚度水穩(wěn)基層分層壓實度檢測方法，從而滿足施工現(xiàn)場質(zhì)量控制的要求，保證工程質(zhì)量。

1 原材料與配合比

某高速公路項目的32cm大厚度水穩(wěn)碎石基層，設(shè)計采用一次攤鋪成型施工工藝，設(shè)計7d無側(cè)限強度為3.5～4.5MPa。該項目水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥，水泥主要指標(biāo)為：初凝時間為320min，終凝時間為395min，滿足設(shè)計要求。

基層大厚度攤鋪采用集料：19～31.5mm碎石、9.5～19mm碎石、4.75～9.5mm碎石、0～4.75mm機制砂，由自建石料場加工生產(chǎn)。對集料各項指標(biāo)進行了檢測，表觀密度、吸水率、細(xì)集料塑性指數(shù)、砂當(dāng)量以及粗集料針片狀、壓碎值等檢測指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

骨架密實型大厚度水穩(wěn)碎石基層混合料級配在抵抗干縮和溫縮應(yīng)力以及防離析等方面具有優(yōu)勢[9]。根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/TF20-2015）以及設(shè)計文件要求[10]，基層大厚度攤鋪采用推薦級配C-B-3，并結(jié)合原材料各檔料產(chǎn)能匹配關(guān)系，設(shè)計骨架密實型大厚度水穩(wěn)碎石基層混合料級配。級配設(shè)計原則為盡量減少最大公稱粒徑附近集料使用比例，4.75mm通過率盡量控制在C-B-3上限左右。這樣既能減少產(chǎn)生離析的可能性，同時保證有足夠的填充料，形成骨架密實結(jié)構(gòu)，并有利于混合料碾壓密實。按照上述原則，結(jié)合室內(nèi)試驗結(jié)果，確定了配合比，見表1、表2。

2 分層壓實度檢測方法

壓實度檢測是水泥穩(wěn)定碎石基層施工現(xiàn)場一種非常重要的質(zhì)量控制手段，比起養(yǎng)生完成后的鉆芯檢測，壓實度檢測實時性好，能夠及時地提供施工質(zhì)量信息給現(xiàn)場技術(shù)員，不僅有助于現(xiàn)場施工控制，而且能彌補可能出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，減少損失。在大厚度水穩(wěn)基層一次攤鋪成型施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)施工時整體壓實度合格，但是在養(yǎng)生完成后的鉆芯檢測中，芯樣下部空隙非常多或松散的現(xiàn)象。因此，非常有必要對現(xiàn)有的壓實度檢測方法進行改進，使其能夠分層地檢測基層壓實度。

水穩(wěn)基層的壓實度檢測通常采用挖坑灌砂法，對大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層的上層壓實度檢測較為容易，難點在于對下層壓實度的檢測。本文提出直接法和間接法這兩種不同的水穩(wěn)基層分層壓實度檢測方法。

2.1 直接法步驟

（1）按規(guī)程要求標(biāo)定灌砂筒下部圓錐體內(nèi)砂的質(zhì)量和量砂的松方密度。

（2）在試驗地點，選一塊平坦表面，并將其清掃干凈，其面積不得小于基板面積。將基板放回清掃干凈的表面上（盡量放在原處），沿基板中孔鑿洞，洞深為基層深度一半。

（3）按規(guī)程要求灌砂，測定上層壓實度。如圖1所示。

（4）回收量砂。仔細(xì)取出試筒內(nèi)的量砂，以備下次試驗時再用。

（5）擴孔。在回收量砂后，沿著洞口底部擴大鑿孔，使其面積不得小于基板面積，并清理底部殘留的量砂，盡量保證底部平整、干凈。如圖2所示。

（6）鑿洞。將基板放入擴孔后的底部，沿基板中孔鑿洞，鑿至基層底部。

（7）按規(guī)程要求灌砂，測定下層壓實度。如圖3所示。

2.2 間接法步驟

（1）按規(guī)程要求標(biāo)定灌砂筒下部圓錐體內(nèi)砂的質(zhì)量和量砂的松方密度。

（2）在試驗地點，選一塊平坦表面，并將其清掃干凈，其面積不得小于基板面積。將基板放回清掃干凈的表面上（盡量放在原處），沿基板中孔鑿洞，洞深為基層深度一半，并隨時將鑿松的材料取出裝入塑料袋中，不使水分蒸發(fā)。鑿洞完成后稱量取出材料的總質(zhì)量m1，并測定取出材料的含水率。

（3）按規(guī)程要求灌砂，稱量灌砂后桶內(nèi)量砂減少的質(zhì)量m砂，計算上層壓實度。如圖1所示。

（4）回收量砂。仔細(xì)回收量砂，為確保所有量砂完全取出，可以適當(dāng)帶出水穩(wěn)材料，對側(cè)壁粘附的少量量砂，用刷子清理干凈取出。將量砂和隨著量砂回收時帶出的水穩(wěn)材料一起裝入塑料袋中，稱量取出材料的總質(zhì)量m2。

（5）鑿洞。繼續(xù)沿基板中孔鑿深孔洞，鑿至基層底部，并隨時將鑿松的材料取出裝入塑料袋中，不使水分蒸發(fā)。鑿洞完成后稱量取出材料的總質(zhì)量m3。

（6）按規(guī)程要求對基層進行全深度灌砂，如圖4所示，測定基層整體壓實度。計算壓實度時，取出材料的總重量根據(jù)式（1）計算。

（7）根據(jù)上層壓實度和整體壓實度，換算下層壓實度。假定上下層含水率相同，且鑿孔上下層孔徑也相同，下層壓實度可按下式進行計算。通常上層壓實度鑿孔深度為總厚度的一半，即a=2，當(dāng)基層厚度偏離設(shè)計厚度較大時，上層壓實度鑿孔深度可能并非總厚度的一半，此時按式（2）、式（3）據(jù)實計算。

3 實例分析

針對某高速公路的2km大厚度水穩(wěn)基層的試驗段施工現(xiàn)場，分別采用兩種分層壓實度檢測方法檢測基層的壓實度。

本試驗段碾壓工藝按照先輕后重，先靜后振，由低向高的原則進行。碾壓方案如表3所示。

3.1 分層壓實度檢測結(jié)果

由于復(fù)壓階段的鋼輪碾壓是壓實度提高的主要工序，在每一遍復(fù)壓工序完成后用灌砂法檢測壓實度。結(jié)果見表4。

由表4可以發(fā)現(xiàn)，隨著碾壓遍數(shù)的增加，上下層壓實度差越來越小，這和實踐經(jīng)驗是符合的，也初步說明了兩種分層壓實度檢測方法的可靠性。

3.2 檢測便利性分析

直接法與間接法對人員、儀具的要求基本相同，僅在操作復(fù)雜性上有所不同。檢測過程中，記錄了每次的檢測時間，如表5所示。

可見，與直接法相比，間接法平均檢測耗時更短，更簡便快速。其原因主要為在檢測過程中，間接法無需擴孔，節(jié)約了大量時間。

3.3 誤差分析

因為目前尚無準(zhǔn)確的分層壓實度檢測方法可以用來對比，本文僅從理論角度分析可能存在的誤差來源。

直接法在檢測底部壓實度時，擴孔后的底部表面無法保證平坦，容易產(chǎn)生誤差。在操作過程中，需嚴(yán)格按照規(guī)范要求，先放砂填充不平坦的表面，記錄椎體空間體積。

間接法在檢測整體壓實度時，需要將側(cè)壁粘附的量砂完全清理干凈，有一定操作難度，容易產(chǎn)生誤差。在操作過程中，需認(rèn)真仔細(xì)地清理量砂，確保量砂被全部取出，同時避免灑落。

4 結(jié)語

大厚度基層一次攤鋪成型技術(shù)的現(xiàn)場質(zhì)量控制重點在于確保下部壓實，而傳統(tǒng)的壓實度檢測方法無法檢測水穩(wěn)基層的上下層壓實度差，不利于大厚度水穩(wěn)基層現(xiàn)場施工質(zhì)量控制。通過對灌砂法壓實度檢測方法進行優(yōu)化，本文提出了兩種檢測大厚度水穩(wěn)基層分層壓實度的方法，并在試驗段中進行了應(yīng)用。結(jié)果表明，兩種檢測方法均能準(zhǔn)確地評價大厚度基層的上下層壓實度，但對比直接法，間接法更為簡便快速。

參考文獻：

[1]2018年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報[R].北京：交通運輸部，2019.

[2]ISBN9787114053924，高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策[S].

[3]吳超凡，申愛琴，王秉綱.半剛性基層材料的碾壓機械優(yōu)化組合研究[J].公路，2006（1）：209-212.

[4]吳結(jié)偉.大厚度攤鋪與雙機分層攤鋪水穩(wěn)基層施工工藝比較[J].建材與裝飾，2018（24）：241-242.

[5]甘彥文.省道328線大厚度水穩(wěn)基層一次性攤鋪質(zhì)量控制研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2017.

[6]姚毆陽，李 野，程金平.35cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層一次性攤鋪碾壓成型的研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017，13（11）：8-10.

[7]JTG3450-2019，公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程[S].

[8]王 剛.大厚度水泥穩(wěn)定碎石基層及其層間處治技術(shù)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2019.

[9]徐國棟，劉斌清，葉超強，等.大厚度水穩(wěn)基層在六威高速公路路面工程中的應(yīng)用研究[J].西部交通科技，2019（6）：29-32.

[10]JTG/TF20-2015，公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則[S].