水穩碎石基層振動壓實與靜壓性能對比分析

趙 宇 婷

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

水穩碎石基層振動壓實與靜壓性能對比分析

趙 宇 婷

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

對水泥穩定碎石基層采用振動壓實和靜壓方式的路用性能進行對比，分別從實驗室數據和施工現場數據進行了分析，說明了振動壓實法能夠模擬現場壓實方式，振動法下的混合料性能要明顯優于靜壓法下的混合料性能。

基層,振壓,碾壓,強度

在我國，半剛性基層是最主要的高等級瀝青路面典型結構，水泥穩定碎石基層是應用最為廣泛的半剛性基層結構。隨著交通量增多及使用年限的增加，很多路面出現了早期破壞及結構性破壞。早期破壞表現多以路面出現收縮裂縫或是滲水后的唧漿最為常見，當基層結構因為設計不合理或是施工質量問題時，就難以避免的出現結構性破壞。水泥穩定碎石混合料性能與成型方法密切相關。

研究表明，導致水泥穩定碎石基層出現早期破壞的原因是多樣的，包括不合理的實驗室內成型方式、壓實度標準偏低、為確保基層強度提高的水泥劑量、混合料級配不合理等。在水泥穩定碎石基層施工中，選擇振動成型法，以合理確定級配范圍，降低水泥劑量，嚴格控制壓實標準，能最大限度模擬施工現場情況，有效確保基層施工質量。

1 振動壓實原理

振動壓實法，指在進行的水泥穩定碎石基層設計中，在實驗室內使用振動成型法進行試件制作及性能指標檢測，以合理確定混合料組成、最大干密度和最佳含水量等參數的設計施工方法。振動成型儀是最主要的實驗器具。

使用振動壓實法室內設計混合料時，振動壓路機的壓實效果是難以通過振動成型儀完全模擬的，但壓路機在現場進行的碾壓效果與室內成型后的壓實效果等效，能最大限度的模擬實際施工中振動壓路機對混合料的振動沖擊壓實作用。

在靜壓法下，施工中通過增加水泥劑量來保證基層設計強度是最常用的手段，也是確保路面芯樣完整的最有效措施。同時，也使得現場芯樣無側限強度出現比室內靜壓法成型試件強度大很多的情形，室內成型方法與現場施工不匹配是出現該情形的最根本原因。振動壓實法與靜壓法原理不同，比較接近現場實際施工情況，各數據參數更符合接近施工現場實際情況。

2 室內試驗結果分析

在試驗室內，使用兩種成型方法，對水泥穩定碎石進行無側限抗壓強度、劈裂強度和抗壓回彈模量的對比試驗。

在試驗中的振動壓實參數：振動頻率32 Hz，與壓實基層材料的振動壓路機的頻率吻合，保證壓實。振動時間為180 s，激振力6 kN，偏心塊夾角30°，振幅0.89 mm。水泥劑量3%～7%，壓實度系數分別為96%,98%,100%進行試件制作。

2.1抗壓強度性能

1)采用振動成型和靜壓兩種方式，使用各自的最佳含水量和最大干密度進行試件制作并進行性能檢測，實驗結果見圖1。

實驗結果表明：振動成型法下的試件強度顯著比靜壓法高，其抗壓強度比靜壓成型提高40%，水泥用量降低2%～3%。

2)采用振動成型和靜壓兩種方式，使用各自的最佳含水量和擊實最大干密度進行試件制作并進行性能檢測，實驗結果見圖2。

實驗結果表明：振動成型法下的試件抗壓強度比靜壓法提高26%，水泥用量降低了1.5%～2%。

2.2劈裂強度性能

振動成型劈裂強度比靜壓成型提高16%。

2.3抗壓回彈模量

抗壓回彈模量基本相當。

從實驗得出，振動法確定的混合料的結構和性能要明顯好于靜壓法確定的混合料的結構和性能，振動成型比靜壓成型抗壓強度提高30%以上，破裂強度提高16%以上，抗壓回彈模量相當，能節約水泥2%左右。在強度等效原則下，振動壓實標準的壓實系數可較擊實標準降低2%。

3 施工現場結果分析

某高等級公路采用水泥穩定碎石基層，在施工現場對使用振動成型法下的水泥穩定碎石基層路段進行了現場取樣和性能檢測分析。結果如下：

1)壓實度。壓實度是振動成型法的關鍵性指標之一。該施工現場路段的基層壓實度檢測結果見表1。

表1 基層壓實度檢測結果

可以看出，以重型擊實法確定的最大干密度為準，在振動作用下施工現場很容易就可以實現，且無需增加任何碾壓設備，無需進行嚴格的施工工藝控制，可沒有充分壓實，抗裂性差，路用性能強度低。在振動壓實法下，由于振動成型機具有強大的激振力，集料間形成互相填充嵌擠效果，使其向最大理論密度靠近，用其做為最大干密度標準的基層強度明顯比靜壓法大，且不會增加壓實設備。

2)強度。基層修筑完畢后，進行了7 d現場鉆芯取樣(見圖3)，進行24 h飽水實驗后檢測了無側限抗壓強度。其檢測結果與現場取料采用靜壓成型法下的試件7 d無側限抗壓強度進行的對比結果見表2。

表2 無側限抗壓強度結果對比

水泥劑量%最大干密度g/cm3最佳含水量/%現場含水量檢測/%現場取料室內靜壓7d強度/MPa現場取料室內振動7d強度/MPa芯樣平均強度強度MPa變異系數/%芯樣平均壓實度/%3.82.4405.26.14.56.86.2(3)4.6599.6

從對比結果可以看出，與現場取料使用靜壓法下制備的試件無側限抗壓強度相比，采用現場取料室內振動成型法下制備的試件和施工現場采取的芯樣無側限抗壓強度均顯著提高，室內振動成型法下制備的混合料具有與施工現場碾壓后的混合料相似的結構及性能。

振動成型法下的抗壓強度比靜壓法大，內部比較密實，吸水率比靜壓法小很多，路用性能良好，具有足夠的強度和剛度，穩定性和抗沖刷性能好。

3)芯樣外觀。在不同的成型方式下，試件外觀結構差異顯著(見圖4)。在振動壓實作用下，強大的激振力具有提漿明顯，水泥漿填充空隙效果顯著，表現為芯樣表面光滑密實，容易脫模。在靜壓法下芯樣則脫模阻力大，芯樣表面的密實度較差，粗糙多孔。

從剖面看，室內制備的振動成型試件和現場采取的芯樣剖面密實度高，整體結構完整密實，粗集料分布均勻且形成良好的擠欠，細集料及膠結料在粗集料間隙間填充效果顯著，較大空隙肉眼難以觀測到。靜壓法下的芯樣結構較松散，粗集料間未形成擠欠效果，且分布不均，細集料及膠漿對粗集料裹覆的效果差，可以用手剝落，空隙率高，剖面表面肉眼可見大小不一的空隙。

可以看出，從混合料密實度及集料形成的骨架結構上進行對比，振動成型法下的試件均優于靜壓成型法下的試件。

4)路表觀測。采用振動成型法基層的路段投入后進行的路面觀測，半年后尚未發現裂縫。振動成型集料級配屬骨架密實型，粗集料占比大于靜壓法，相應細集料較少，小于0.075 mm顆粒含量不大于5%，可使得干縮裂縫顯著減少。

采用靜壓法下修筑的基層路段表面被運料車跑散現象較為嚴重，振動成型法下修筑的路段表面基本完好。

4 結語

1)無論是室內試驗數據還是現場施工結果，均表明施工現場的碾壓效果可采用振動壓實法得到最大限度的模擬，使用該法進行水泥穩定碎石基層的設計是可行的。

2)水泥穩定碎石基層可使用靜壓法或振動壓實法進行施工，兩種方法具有不同的原理和受力類型，形成的混合料結構、路用性能、壓實特性等均有著顯著不同。選擇采用振動成型法，可在不增加水泥劑量情況下，顯著提高混合料的無側限強度，同時大幅提高基層的抗裂性能。

3)在水泥穩定碎石混合料設計中，采用靜壓法時為保證混合料強度，通過增加水泥劑量使得抗裂性能降低是一種最常見做法。只要級配合理，采用振動壓實法進行混合料設計能同時保證實現強度要求且無需犧牲抗裂性能的效果。使用振動壓實法進行混合料設計，使得混合料具有抗裂性能佳、水泥劑量少、強度有保證、降低工程造價的最佳效果，經濟效益顯著。

4)振動成型設計法下的無側限抗壓強度更接近現場芯樣強度，建議施工質量以振動壓實法下的最佳含水量、最大干密度為控制標準。

5)振動成型法下的最大干密度較大，對現場施工特別是碾壓，要求較高。采用大噸位壓路機，速度和遍數都要嚴格控制。

6)振動成型法下的施工過程中振動壓路機產生的噪聲較大，在人口稠密地區施工容易擾民。設置隔音墻可有效解決該問題，不過增加了額外的施工成本。

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Thecomparisonanalysisonvibrationcompactionandstaticpressureperformanceofwaterstabilizedmacadambase

ZhaoYuting

(ShanxiJinzhongRoadandBridgeConstructionGroupLimitedCompany,Jinzhong030600,China)

This paper made comparison on the road performance of vibration compaction and static pressure way of cement stabilized macadam base, respectively from the laboratory data and construction field data made analysis, explained the vibration compaction method could simulate the field compaction way, the mixture performance under vibration method significantly better than the mixture performance under static method.

base, vibration compaction, rolling, strength

U416

A

1009-6825(2017)27-0125-02

2017-07-12

趙宇婷(1985- ),女,助理工程師