鉆芯法檢測水泥穩定碎石層質量的探討★

張亞濤，秦 嶺，徐 良，吳 超

(安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學研究院,安徽 蚌埠 233000)

隨著我國交通行業的發展，有一定承載力和耐久性的半鋼性水泥穩定碎石層應用越發廣泛，其不僅有一定的水穩定性和整體性，還有一定的強度。為控制水泥穩定碎石層質量，常進行7 d無側限抗壓強度試驗，由于施工環境等因素的不同，采用固定齡期(7 d)無側限抗壓強度評價工程質量具有一定的局限性[1]，因此，這里討論不小于7 d齡期水泥穩定碎石的無側限抗壓強度。影響無側限抗壓強度的因素，除了原材料性能指標(粗細骨料級配、細骨料砂當量等)、水泥劑量、水灰比、施工環境、施工工藝(碾壓時機、遍數和機械、松鋪系數，養生)、運輸等外[2-6]，檢測方法也很重要，尤其是試驗時試件所處狀態。

JTG E51—2009公路工程無機結合料穩定材料試驗規程中T08051—1994 “無機結合料穩定材料無側限抗壓強度試驗方法”，該試驗方法中成型試件的含水量和水泥劑量以及壓實度很難真實反映現場水泥穩定碎石的無側限抗壓強度；JTG F80/1—2017公路工程質量檢驗評定標準 第一冊 土建工程附錄G規定“按工地預訂達到的壓實度制備試件”，試驗室內很難滿足該要求；JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術細則中第8章規定，現場養生7 d后，水泥穩定碎石層鉆芯取樣(取不出完整芯樣時，應找出實際路段相應的范圍，返工處理)，檢測強度。盡管將鉆芯試件切割成標準試件，進而測量其強度是一種后驗性的質量檢評方法，但對以往僅僅通過生產時成型標準試件進行強度評定是一種有效補充。

現場所取芯樣能夠較直接客觀地反映水泥穩定層內的質量，但進行無側限抗壓強度試驗時芯樣所處狀態規范中沒有明確規定。強度試驗時一般使試件處于兩種狀態：一是自然干燥狀態；二是水飽和狀態。為探究兩種狀態分別對水泥穩定碎石芯樣無側限抗壓強度的影響，以工程實例為基礎，試驗分析現場鉆取芯樣制作的試件在兩種狀態下的無側限抗壓強度，并給出針對水泥穩定碎石層芯樣較合理的測試狀態，同時對部分芯樣所處施工段進行彎沉試驗。

1 試驗

某河道全線兩側坡頂修建管護道路(三級公路)，由上至下路面結構布置為“0.2 m厚C30混凝土路面、0.15 m厚水泥碎石穩定層、0.15 m厚級配碎石基層”，為了解已完成且最外層為水泥穩定碎石層部位的工程質量，分別對部分施工段進行無側限抗壓強度和彎沉試驗：鉆取5%水泥穩定碎石芯樣(直徑150 mm)26個，分別進行自然干燥狀態和水飽和狀態(每組13個)無側限抗壓強度試驗，兩個狀態試驗的芯樣所取樁號位置盡量靠近；對部分芯樣所處施工段進行水泥穩定碎石層彎沉試驗。

2 試驗結果與分析

2.1 無側限抗壓強度試驗

按照標準JTG E51—2009中T08051—1994要求進行無側限抗壓強度檢測(見圖1)，自然干燥狀態時5%水泥穩定碎石現齡期(>7 d)無側限抗壓強度(13個直徑150 mm的芯樣)結果見表1，水飽和狀態時5%水泥穩定碎石現齡期(>7 d)無側限抗壓強度(13個直徑150 mm的芯樣)結果見表2。

表1 5%水泥穩定碎石現齡期無側限抗壓強度(自然干燥狀態)

表2 5%水泥穩定碎石現齡期無側限抗壓強度(水飽和狀態)

由表1可知，13個5%水泥穩定碎石芯樣自然干燥狀態下現齡期無側限抗壓強度為3.50 MPa～4.95 MPa，平均值為4.27 MPa；由表2可知，13個5%水泥穩定碎石芯樣水飽和狀態下現齡期無側限抗壓強度為2.58 MPa～3.21 MPa，平均值為2.89 MPa。現場取芯制作的試件，其齡期一般大于7 d，而鉆芯、切割會對試件產生一定程度的損傷，再加上養生條件的差異，這些均會對芯樣試件的無側限抗壓強度產生影響，綜合影響結果顯示兩種狀態下的無側限抗壓強度均滿足設計要求；自然干燥狀態水泥穩定碎石芯樣的無側限抗壓強度普遍高于水飽和狀態，是因為水泥穩定碎石芯樣中粗骨料主要靠砂漿(水泥+細骨料)的黏結力，芯樣在該壓力下破壞時，粗骨料破壞較少，基本為砂漿破壞，而自然干燥狀態下砂漿的抗壓強度比水飽和狀態的更大[7]，即自然干燥狀態下粗骨料間的黏結力更強；其次，浸水試件在壓力作用下會產生孔隙水壓力，水分受到擠壓后向孔壁和微裂紋壁面施加拉力，加速裂紋發展，引起“劈裂”，降低試件承壓能力，而自然干燥試件孔隙內大多充滿空氣，壓荷載作用下的變形能力增強，破壞時裂紋發展充分，試件整體性好，抗壓能力提高；另外，由于水泥穩定碎石芯樣中水泥劑量較低(5%左右)，水泥漿難以包裹所有骨料表面，造成水泥穩定碎石芯樣強度很大一部分依靠粗骨料的骨架作用以及骨料間的摩擦力，自然干燥狀態時骨料間摩擦力遠大于水飽和狀態。所以，自然干燥狀態下芯樣的無側限抗壓強度更大。現實中，水泥穩定碎石層一般處于潮濕狀態，而自然干燥狀態下芯樣的無側限抗壓強度值過大，且不符合實際狀態，對實際水泥穩定碎石層無側限抗壓強度產生誤判的風險更大，因此，選擇水飽和狀態的芯樣進行無側限抗壓強度試驗更合理。

2.2 彎沉試驗

針對上述取芯部分所處部分施工段，按照JTG 3450—2019公路路基路面現場測試規程中T0951—2008“貝克曼梁測試路基路面回彈彎沉方法”進行5%水泥穩定碎石層彎沉值檢測(見圖2)，從另一個角度和部位驗證該施工段質量。

右岸J3+720～右岸J3+900段和右岸J1+800～右岸J1+980段5%水泥穩定碎石層彎沉值結果分別見表3,表4。

表3 5%水泥穩定碎石基層彎沉值匯總(右岸J3+720～右岸J3+900)

表4 5%水泥穩定碎石基層彎沉值匯總(右岸J1+800～右岸J1+980)

右岸J3+720～J3+900段5%水泥穩定碎石層抽檢20個點，其彎沉代表值為62.9(0.01 mm)(去除特異值后結果)，符合設計要求(76.1(0.01 mm))；右岸J1+800～ J1+980段5%水泥穩定碎石層抽檢20個點，其彎沉代表值為84.2(0.01 mm)(去除特異值后結果)，不符合設計要求(76.1(0.01 mm))。根據“JTG F80/1—2017中附錄J“路基、粒料類基層和底基層、瀝青路面彎沉值評定”規定：二級及二級以下公路，當路基和粒料類基層、底基層的彎沉代表值不符合要求時，可將超出“平均值+(2～3)倍標準差”的彎沉特異值舍棄，對舍棄的彎沉值大于“平均值+(2～3)倍標準差”的點，應找出其周圍界限進行局部處理，并對彎沉進行復測后重新計算平均值和標準差，上述右岸J3+720～J3+900段5%水泥穩定碎石基層彎沉值在右岸J3+800附近左側有一個特異值，應找出其周圍界限，進行局部處理，并對彎沉進行復測后重新計算平均值和標準差；對于右岸J1+800～J1+980段則要進行返工處理，處理完后進行彎沉復測。

現齡期芯樣無側限抗壓強度檢測合格的施工段，部分部位出現彎沉試驗特異值和檢測不合格，主要是現場施工和后期養護的不均勻性，以及外部等因素的影響，最終造成該施工段局部質量較低。由此可見，由于抽檢頻次的限制不可能對施工段的每處均進行檢測，造成部分有問題部位沒有被檢測到，因此，為降低抽檢頻次低對保障工程質量的不利影響，一般按照規范要求利用不同檢測方法對沒檢測到的部位進行抽檢，以確保工程質量。

3 結論

通過實例中芯樣不同狀態無側限抗壓強度試驗，以及與芯樣同一施工段不同部位彎沉試驗，得出：

1)水泥穩定碎石層現場鉆取芯樣進行無側限抗壓強度試驗時，制作好的標準試件試驗前浸水1 d較為合理和接近實際情況。2)抽取不同部位進行不同檢測試驗，可以降低單項試驗抽檢頻次對工程質量的不利影響，提高分項工程質量符合設計指標的概率。