水泥穩(wěn)定碎石基層壓實度超密現(xiàn)象分析及控制措施應(yīng)用研究

摘要 為提升壓實度檢測結(jié)果準(zhǔn)確性，文章以某公路工程為例，展開了公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層壓實度超密現(xiàn)象原因分析及控制措施應(yīng)用研究。詳細(xì)總結(jié)了灌砂法檢測路基壓實度過程中的影響因素，對造成壓實度超密問題的原因進行了深入分析。最后，針對混合料施工、現(xiàn)場試驗檢測等各環(huán)節(jié)提出了相對應(yīng)的控制措施，并依托實體工程開展了灌砂法實際檢測應(yīng)用，研究結(jié)果顯示：水穩(wěn)碎石混合料中粗集料含量過大容易導(dǎo)致壓實度超密；依托工程水穩(wěn)基層壓實度檢測結(jié)果良好，并未出現(xiàn)壓實度計算結(jié)果超百現(xiàn)象，驗證了該文提出的控制措施的有效性與合理性。

關(guān)鍵詞 灌砂法；水泥穩(wěn)定碎石；壓實度；超密

中圖分類號 U416 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0052-03

0 引言

灌砂法是當(dāng)前公路基層壓實度檢測中一種常用的方法，以其操作簡便、成本低廉、結(jié)果直觀等優(yōu)點，在公路工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在實際應(yīng)用過程中，灌砂法檢測水穩(wěn)碎石基層壓實度時常常會出現(xiàn)超密問題，不僅會影響對基層質(zhì)量的準(zhǔn)確評估，還會對后續(xù)施工和養(yǎng)護工作產(chǎn)生誤導(dǎo)，增加后期的養(yǎng)護維修費用。

1 灌砂法檢測水穩(wěn)碎石基層壓實度過程中的影響因素

1.1 擊實試驗方法的選擇

當(dāng)前水穩(wěn)碎石混合料的擊實試驗方法主要有靜壓成型法、振動成型法兩種。

（1）靜壓成型法是指在制備水穩(wěn)碎石混合料試件時，將水穩(wěn)混合料一次性傾注入模具中，隨后兩端同步啟動并維持恒定的速率施加壓力，混合料被均勻地壓縮成型至規(guī)定尺寸。然而，由于集料顆粒在靜壓條件下難以進行有效的重排與自密實，且試件成型壓力在傳遞過程中會形成梯度效應(yīng)，導(dǎo)致水穩(wěn)混合料試件在兩端區(qū)域呈現(xiàn)出較高的密實度，而中部區(qū)域則相對疏松[1]。

（2）相較于靜壓成型法，振動成型法能夠更加真實地模擬施工現(xiàn)場水穩(wěn)基層碾壓成型的工況。該方法在預(yù)設(shè)的恒定面壓力、激振力以及特定振動頻率的共同作用下，將混合料分層置入模具中，并對其進行振動壓實。試件成型過程中，振動作用促使集料顆粒發(fā)生重排，每一層均能在振動作用下達到更為均勻的壓實效果，相比單一層次壓實，顯著增強了試件整體的密實性與均勻性。

已有大量研究及工程實踐結(jié)果表明：兩種不同擊實方法下測得的最佳含水率、最大干密度值差別較大，如表1所示。

由表1結(jié)果可看出，相較于靜壓成型法，振動成型法確定的最佳含水率和最大干密度均有所增大。

1.2 混合料級配對壓實度的影響

水穩(wěn)碎石混合料通常使用級配碎石來作為骨架，然后通過膠凝材料（水泥）與細(xì)集料形成的灰漿對骨架空隙處進行填充。當(dāng)混合料中碎石含量較大時，碎石間的嵌擠鎖結(jié)作用增強，能夠有效提升壓實度，但碎石含量過大會造成壓實度超百現(xiàn)象。同時，混合料中較少的細(xì)集料會導(dǎo)致空隙難以完全填充，容易發(fā)生離析現(xiàn)象，影響基層的密實性與耐久性。相反，碎石含量過小則難以形成有效的骨架結(jié)構(gòu)，同樣會降低壓實度及基層強度。

1.3 貯砂筒中砂面高度及砂的重量對砂密度的影響

砂的自由流下速度與其從貯砂筒中釋放的高度密切相關(guān)，當(dāng)砂從較高位置灌入標(biāo)定罐時，其下落速度較快，產(chǎn)生的沖擊力會導(dǎo)致砂的堆積密度增加；反之，若從較低位置灌入，下落速度變慢，堆積密度可能相對較低。因此，控制砂面高度對于確保砂的密度測量準(zhǔn)確性至關(guān)重要。規(guī)范要求，應(yīng)嚴(yán)格控制砂面的高度與筒頂之間的距離在15 mm±5 mm的范圍內(nèi)[2]。

1.4 砂的顆粒級配組成對量砂密度的影響

在砂土力學(xué)特性的研究中，砂的顆粒級配組成對量砂密度的測定具有顯著影響。在試驗室環(huán)境中，為保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通常選擇粒徑分布在0.25～0.5 mm范圍內(nèi)的均勻砂作為試驗對象，測定其密度特性。在現(xiàn)場試驗中，對于灌砂筒所使用的標(biāo)準(zhǔn)砂，其質(zhì)量必須與標(biāo)定試驗時所使用的標(biāo)準(zhǔn)砂保持一致。因為在不同粒徑分布下，砂的堆積密度和孔隙率均會有所變化。所以，每次檢測所使用的砂必須嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)粒徑范圍內(nèi)，并且必須保持砂的清凈，不得摻有任何雜質(zhì)，以避免對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

2 壓實度超密問題的原因分析

壓實度超密問題即現(xiàn)場檢測壓實度超過100%的現(xiàn)象，工程中也將其稱為“超百”問題。基于上述對灌砂法檢測水穩(wěn)基層壓實度過程中影響因素的分析，該文將對造成基層壓實度超密問題的原因進行深入探究。

2.1 灌砂法現(xiàn)場試驗操作不規(guī)范

（1）標(biāo)準(zhǔn)砂的密度標(biāo)定不準(zhǔn)確。如前文所述，若在現(xiàn)場檢測時未嚴(yán)格按照規(guī)范中的要求，將砂面高度與筒頂之間的距離控制在15 mm±5 mm范圍內(nèi)的要求進行操作，砂面高度與標(biāo)定砂密度時貯砂筒中的砂面高度不一致，會造成砂密度測量不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致壓實度超百。

（2）未能遵循定期標(biāo)定的原則，整個檢測流程中僅使用一個固定的標(biāo)準(zhǔn)砂密度值，降低了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，錐體體積作為壓實度計算的重要參數(shù)，在每次檢測前并未進行現(xiàn)場標(biāo)定，誤差由此產(chǎn)生。隨著時間的推移，誤差逐漸累積，最終導(dǎo)致了計算出的壓實度超過100%。

（3）檢測人員在灌砂過程中若過早地關(guān)閉了灌砂筒的開關(guān)，會使得流入試坑的標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量減少，而灌砂筒內(nèi)剩余的砂質(zhì)量相對增加，因此計算出的試樣干密度數(shù)值會偏大，導(dǎo)致壓實度超百。

（4）根據(jù)規(guī)范規(guī)定，試坑的深度必須嚴(yán)格等同于檢測層的厚度。然而，在實際操作中，由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變，且檢測人員在挖試坑過程中發(fā)生失誤，導(dǎo)致挖坑深度尚未達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，最終影響壓實度的測量結(jié)果。在碾壓過程中，應(yīng)力分布呈現(xiàn)出倒三角形的特征，即在同一壓實層內(nèi)，越接近底部的區(qū)域，其壓實度相對越小。因此，如果挖出的試坑形狀不規(guī)則，如上大下小，或者坑深未達標(biāo)準(zhǔn)，都將使得測量時更多地采樣到壓實度相對較大的上層材料，從而導(dǎo)致最終的壓實度計算值偏大。

2.2 水穩(wěn)碎石混合料含石量過大

當(dāng)水穩(wěn)碎石混合料中的含石量過大，即粗集料含量過高并且超出一定范圍時，就會引發(fā)壓實度超密的問題。在室內(nèi)檢測中，通過標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗來確定混合料的最大干密度，然后將其視為固定值。但在實際施工過程中，隨著施工現(xiàn)場水穩(wěn)碎石混合料中粗集料含量的增大，實測干密度結(jié)果也會隨之增大，當(dāng)該密度提升超出了原先通過標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗確定的最大干密度時，就會出現(xiàn)壓實度超密，如表2所示。

2.3 施工現(xiàn)場碾壓作業(yè)不當(dāng)

（1）輕型壓路機的應(yīng)用，雖能達到一定程度的基層密實效果，但由于其受限于設(shè)備本身較低的壓實功，使得壓實后的水穩(wěn)基層壓實度往往難以滿足規(guī)范要求，而重型壓路機能夠顯著提升水穩(wěn)混合料的密實程度。但是，當(dāng)采用特重型機械設(shè)備進行持續(xù)且高強度的反復(fù)碾壓作業(yè)時，其強大的作用力不僅促進了顆粒間的緊密排列，更可能促使部分細(xì)集料發(fā)生微觀結(jié)構(gòu)的改變，形成異常致密的基層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其超過設(shè)計時所設(shè)定的合理壓實度閾值，進而引發(fā)超密現(xiàn)象。

（2）碾壓速度也是水穩(wěn)基層施工過程中的一項重要參數(shù)，較低的碾壓速度使得壓路機更長時間地作用于水穩(wěn)基層上，進而間接增大了壓實功的累積效應(yīng)。對于特重型機械設(shè)備而言，其設(shè)備本身固有的大重量與相對緩慢的行駛速度，在延長壓實時間的同時，也極大地提升了作用于基層的壓實能量，極易引發(fā)壓實度的超密現(xiàn)象。

3 公路工程壓實度超密問題可采取的有效控制措施

3.1 現(xiàn)場檢測環(huán)節(jié)操作要求

（1）實際檢測過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場集料粒徑的大小和填筑層厚合理選擇灌砂筒，《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）中規(guī)定了灌砂筒大小的選擇要求，具體見表3。

（2）在每次試驗檢測開始前，都要進行標(biāo)準(zhǔn)砂的重新標(biāo)定工作。

（3）回收的量砂在再次使用前必須對其進行過篩處理，去除其中混入的雜質(zhì)土，然后清洗干凈，保持干燥狀態(tài)。

（4）現(xiàn)場檢測時筒中砂面高度和室內(nèi)標(biāo)定時保持一致。

（5）開挖的試坑深度必須等同于檢測層的厚度，且上下口直徑相等。

3.2 施工現(xiàn)場水穩(wěn)基層含水率測定環(huán)節(jié)的要求

含水率的大小對水穩(wěn)混合料的碾壓效果有重要影響，混合料攤鋪過程中應(yīng)實時測定混合料的含水率，并及時進行碾壓，保證在最佳含水率條件下碾壓成型，盡量避免由于混合料含水率過大導(dǎo)致碾壓后出現(xiàn)“彈軟”“車轍”“波浪”等現(xiàn)象，最終降低水穩(wěn)基層的密實度和強度。因此，為了準(zhǔn)確測定水穩(wěn)混合料的含水率，檢測過程中應(yīng)注意以下幾點：

（1）現(xiàn)行規(guī)范《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTG 3441—2024）中關(guān)于水穩(wěn)混合料含水率的測定方法主要為烘干法和酒精法，對檢測結(jié)果有異議時，應(yīng)以烘干法檢測結(jié)果為準(zhǔn)。

（2）由于水穩(wěn)混合料碾壓后仍然會進行水化反應(yīng)，為避免水化反應(yīng)影響含水率的測定結(jié)果，采用灌砂法進行壓實度檢測時，應(yīng)提前預(yù)熱烘箱達到指定溫度，以縮短水泥的水化反應(yīng)時間，從而確保實際含水率的真實性。實際檢測過程中，因水穩(wěn)混合料中水泥水化特性對時間要求較高，應(yīng)將混合料裝料到運輸至施工現(xiàn)場的時間控制在1 h之內(nèi)，超過2 h則予以作廢處理[3]。

3.3 壓實環(huán)節(jié)的要求

應(yīng)結(jié)合工程具體情況，選擇合適的壓路機噸位，并合理設(shè)置振動頻率、碾壓遍數(shù)和碾壓速度，避免壓實過度。壓實厚度通常設(shè)定為20 mm，應(yīng)遵循“先輕后重、先靜后振、由外向內(nèi)”的施工原則進行碾壓作業(yè)，碾壓遍數(shù)通常為6～8遍。

4 灌砂法檢測水穩(wěn)碎石基層壓實度案例分析

為驗證該文針對壓實度超密問題所提出的控制措施的可靠性，以某公路工程K2+200～K3+000路段為例，其路面結(jié)構(gòu)如圖1所示，道路基層所用材料為水泥劑量4%的水穩(wěn)碎石混合料，采用灌砂法對其壓實度進行檢測。

4.1 室內(nèi)擊實試驗結(jié)果

擊實試驗采用重型擊實法，根據(jù)試驗結(jié)果繪制含水率與干密度關(guān)系圖如圖2所示。

根據(jù)圖2確定混合料最大干密度為2.232 g/cm3，最佳含水率為4.5%。

4.2 壓實度檢測

按照規(guī)范規(guī)定的檢測頻率，共選取3個測點檢測其壓實度，檢測結(jié)果如表4所示。

由表4結(jié)果可看出，該路段水穩(wěn)基層壓實度良好，均能滿足規(guī)范要求，且并未出現(xiàn)壓實度計算結(jié)果超百現(xiàn)象，驗證了該文提出的控制措施的有效性與合理性。

5 結(jié)語

（1）文章對造成基層壓實度超密問題的原因進行了深入分析，并且在此基礎(chǔ)上，對水穩(wěn)混合料施工、試驗檢測等各環(huán)節(jié)提出了相對應(yīng)的控制措施。

（2）文章依托某實體工程開展了灌砂法檢測水穩(wěn)碎石基層壓實度的應(yīng)用分析，檢測結(jié)果顯示水穩(wěn)基層壓實度良好，并未出現(xiàn)壓實度計算結(jié)果超百現(xiàn)象，驗證了該文提出的控制措施的有效性與合理性。

參考文獻

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收稿日期：2024-08-02

作者簡介：高卉（1991—），女，本科，工程師，研究方向：公路試驗檢測。