厚層水泥穩定級配碎石壓實標準及檢測方法研究

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，我國經濟快速發展，高速公路及城市快速路建設得到了前所未有的發展，厚層水泥穩定級配碎石材料具有較高的強度、較大的承載能力和比較好的水穩定性，因此應用十分廣泛。目前，我國尚未制定通用厚層水泥穩定級配碎石壓實標準，缺乏一致的檢測方法，為實際施工帶來了不不便。

厚層水泥穩定級配碎石是目前比較常用的半剛性基層材料，在高等級公路的建設中有十分廣泛的應用，然而在實際使用中，一旦材料壓實存在問題，將導致厚層水泥穩定級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，需要對其壓實標準進行研究。

隨著技術的進步，施工機械設備功率較以前顯著提升。因部分工程的建設時間較短，雨水周期長，進而導致施工過程中的不確定因素增加，雖然部分地區應用了厚層水泥穩定級配碎石技術進行施工，然而缺乏明確的壓實標準和檢測方法。本文通過淮安市城市快速路厚層水泥穩定級配碎石試驗段施工，對其壓實度檢測標準和檢測方法進行研究[1]。

2 試驗材料和結構

2.1 試驗材料

本次試驗的淮安市快速路測試段施工的水泥標號為緩凝P·O42.5，其表面積、初終凝時間、安定性、3d 和28d 的抗壓、抗折強度均滿足相關規定的要求。粗細集料分別包括0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm 4 種規格，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、不同規格集料的顆粒含量均滿足本次試驗的指標要求，細集料的砂當量、塑性指數Ip等數值也都與試驗指標相符。綜上所述，粗細集料的參數符合相關技術指標的規定要求。

2.2 路段結構

該試驗段的水泥穩定級配碎石結構包括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%。該路段的路面結構為3 層共18cm 的厚瀝青混凝土。

3 試驗標準確定

3.1 試驗材料配比

該試驗路段的配比方法參考了JTG/T F20—2015《公路路面基層施工技術細則》，試驗當中使用的粗細料的內摻水泥劑量為4%，其中0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm 4 種規格的集料的配合比為32∶16∶37∶15。

3.2 擊實方法

本試驗根據JTG E51—2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》中的水穩定碎石試驗方法，分別在試驗段進行了重型擊實和振動成型方法擊實試驗。

重型擊實。本次試驗參照JTG E51—2009 的T0804—1994《無機結合料穩定材料擊實試驗方法》這一試驗方法的丙法操作。錘重和落高分別為4.5kg 和0.45m，根據規定的配比加水調拌材料，然后悶料1h。之后將所有材料分成3 層裝進試驗用擊實筒內，每一層都要進行98 次擊實。在完成2 次擊實之后，根據試驗要求，計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驗證，試驗包含2 個內容，一個是7d 無側限抗壓強度，另外一個是90d 抗壓回彈模量。

振動成型。本次試驗參照JTG E51—2009 中的T0842—2009《無機結合料穩定材料振動壓實試驗方法》這一試驗方法進行操作。試驗分成2 層進行操作，每層的振實持續時間為120s，頻率為28～30Hz，激振力為6 800～6 900N。然后根據試驗要求，計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驗證，試驗包含2 個內容，一個是7d 無側限抗壓強度，另外一個是90d 抗壓回彈模量。

3.3 試驗數據分析

將上述2 組試驗得到的數據進行收集、匯總、整理和分析。重型擊實和振動成型試驗得到的試驗數據分析結果表現為：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 無側限抗壓強度分別為4.6MPa 和5.6MPa，90d 抗壓回彈模量分別為330MPa 和435MPa。對2 組數據進行分析可以得知，在水泥劑量保持一致的前提下，無論是最大干密度的數值還是7d 無側限抗壓強度，抑或是90d 抗壓回彈模量，重型擊實試驗的試驗數據都明顯低于振動成型的數據。但是最佳含水率的數據則是重型擊實試驗更高[2]。

4 檢測方法

完成室內的試驗之后，本試驗又分別鋪筑了2 段長度為300m 的路段用于試驗，2 個試驗段配置相同的攤鋪和壓實設備。一個試驗段采用分層檢測進行壓實度控制；另外一個試驗段采用全厚檢測進行壓實度控制。檢測方法均參照JTG E60—2008《公路路基路面現場測試規程》進行，壓實度的檢測均始于第3 遍碾壓。當2 個試驗段均滿足規定要求的壓實度之后，分別記錄二者的碾壓方式和次數。

4.1 分層檢測

分層檢測試驗的設備為灌砂筒，其直徑和凈高的值均為200mm。檢測步驟為：先對灌砂筒內上部18cm 厚的壓實度進行檢測，完成之后繼續擴大坑面積，然后再對灌砂筒下部18cm厚的壓實度進行檢測。

4.2 全厚檢測

全厚檢測的試驗設備為改良灌砂筒，其直徑為200mm，凈高為360mm，總質量為24 000g。然后根據檢測要求進行標定，之后檢測了現場的壓實度。

4.3 試驗數據分析

對現場壓實度試驗數據分別進行收集和整理，2 個試驗段施工結束7d 之后，分別進行了取芯，并對其完整性和強度分別進行了現場驗證。本測試的7d 無側限抗壓強度≥4MPa。

重型擊實試驗段壓實數據包括4 組數據，分別是第3 遍至第6 遍的數據，其中分層檢測上部的壓實度分別為94.2%、95.3%、96.3%、97.4%，分層檢測下部的壓實度分別為93.8%、94.9%、96.1%、97.2%，全厚檢測的壓實度分別為93.7%、94.8%、95.9%、97.1%。

振動成型試驗段壓實數據包括五組數據，分別是第3 遍至第7 遍的數據，其中分層檢測上部的壓實度分別為93.4%、94.5%、95.5%、96.6%、97.8%，分層檢測下部的壓實度分別為93.4%、93.1%、95.4%、96.4%、97.5%，全厚檢測的壓實度分別為93.3%、94.5%、95.6%、96.7%、97.9%。

2 個試驗段分別抽取了3 個芯樣，其中重型擊實試驗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，其強度分別為4.3MPa、4.4MPa 和4.2MPa。振動成型實試驗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，其強度分別為5.2MPa、5.4MPa 和5.5MPa。

通過分析可知，2 個試驗段達到測試標準規定的壓實度所進行的碾壓遍數存在差異，重型擊實和振動成型試驗段的碾壓遍數分別為6 遍和7 遍。由此可知，二者達到規定壓實度的碾壓遍數結果較為接近。通過分析所取芯樣的數據可知，重型擊實和振動成型試驗段的芯樣分別為整體完整底部有松散和完整無松散，所以,重型擊實試驗得到的芯樣強度試驗數據剛好符合試驗要求，而振動成型試驗得到的芯樣強度試驗數據卻顯著高于試驗要求。所以，雖然重型擊實試驗得到的路面壓實度能夠滿足設計要求，但是因為其最大干密度較低，導致試驗路段的整體壓實度較差，無法取得良好的強度，造成路面結構層整體質量低下。

5 結論

本文以試驗的方式分析了厚層水泥穩定級配碎石壓實標準及檢測方法，分別對試驗路段進行了重型擊實和振動成型試驗，對試驗數據進行了收集、整體和匯總，通過對所得數據進行分析得出如下結論：

壓實標準：通過對試驗路段進行碾壓可知，重型擊實和振動成型試驗分別需要進行6 遍和7 遍碾壓方可達到試驗要求，其中,振動成型試驗的壓實水平顯著優于重型擊實試驗的壓實水平，并且振動成型試驗的測試路段的整體質量更高，與此同時,路面結構層的耐久性得到了顯著的提高，進而提升了公路的使用周期。所以，厚層水泥穩定級配碎石壓實標準的確定方法按照JTG E51—2009 中的振動成型試驗進程進行。振動擊實試驗的具體操作為，將材料分成2 層，每層的振實持續時間為120s，頻率為28～30Hz，激振力為6 800～6 900N。

檢測方法：經過試驗發現，在進行壓實度檢測時，分層檢測和全厚檢測的碾壓遍數存在差異，但是最終的壓實結果幾乎一致。然而，分層檢測在施工質量的把控上不如全厚檢測的效果好，且分層檢測需要花費較長的時間，極易導致水穩混合料的水分丟失，一旦將其碾壓成型，會對結構強度的均勻性產生不利影響，進而縮短道路的使用期限。綜上，應當選擇使用改良后的灌砂筒進行全厚檢測，檢測壓實度，改良灌砂筒直徑為200mm，凈高為360mm，總質量為24 000g，可以提高檢測速度并且有效的保證路面的質量。