水穩(wěn)碎石基層振動(dòng)壓實(shí)與靜壓性能對(duì)比分析

趙 宇 婷

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

水穩(wěn)碎石基層振動(dòng)壓實(shí)與靜壓性能對(duì)比分析

趙 宇 婷

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層采用振動(dòng)壓實(shí)和靜壓方式的路用性能進(jìn)行對(duì)比，分別從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，說(shuō)明了振動(dòng)壓實(shí)法能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)方式，振動(dòng)法下的混合料性能要明顯優(yōu)于靜壓法下的混合料性能。

基層,振壓,碾壓,強(qiáng)度

在我國(guó)，半剛性基層是最主要的高等級(jí)瀝青路面典型結(jié)構(gòu)，水泥穩(wěn)定碎石基層是應(yīng)用最為廣泛的半剛性基層結(jié)構(gòu)。隨著交通量增多及使用年限的增加，很多路面出現(xiàn)了早期破壞及結(jié)構(gòu)性破壞。早期破壞表現(xiàn)多以路面出現(xiàn)收縮裂縫或是滲水后的唧漿最為常見(jiàn)，當(dāng)基層結(jié)構(gòu)因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理或是施工質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，就難以避免的出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞。水泥穩(wěn)定碎石混合料性能與成型方法密切相關(guān)。

研究表明，導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層出現(xiàn)早期破壞的原因是多樣的，包括不合理的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)成型方式、壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)偏低、為確保基層強(qiáng)度提高的水泥劑量、混合料級(jí)配不合理等。在水泥穩(wěn)定碎石基層施工中，選擇振動(dòng)成型法，以合理確定級(jí)配范圍，降低水泥劑量，嚴(yán)格控制壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，能最大限度模擬施工現(xiàn)場(chǎng)情況，有效確?；鶎邮┕べ|(zhì)量。

1 振動(dòng)壓實(shí)原理

振動(dòng)壓實(shí)法，指在進(jìn)行的水泥穩(wěn)定碎石基層設(shè)計(jì)中，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用振動(dòng)成型法進(jìn)行試件制作及性能指標(biāo)檢測(cè)，以合理確定混合料組成、最大干密度和最佳含水量等參數(shù)的設(shè)計(jì)施工方法。振動(dòng)成型儀是最主要的實(shí)驗(yàn)器具。

使用振動(dòng)壓實(shí)法室內(nèi)設(shè)計(jì)混合料時(shí)，振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)效果是難以通過(guò)振動(dòng)成型儀完全模擬的，但壓路機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的碾壓效果與室內(nèi)成型后的壓實(shí)效果等效，能最大限度的模擬實(shí)際施工中振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)混合料的振動(dòng)沖擊壓實(shí)作用。

在靜壓法下，施工中通過(guò)增加水泥劑量來(lái)保證基層設(shè)計(jì)強(qiáng)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(shí)，也使得現(xiàn)場(chǎng)芯樣無(wú)側(cè)限強(qiáng)度出現(xiàn)比室內(nèi)靜壓法成型試件強(qiáng)度大很多的情形，室內(nèi)成型方法與現(xiàn)場(chǎng)施工不匹配是出現(xiàn)該情形的最根本原因。振動(dòng)壓實(shí)法與靜壓法原理不同，比較接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，各數(shù)據(jù)參數(shù)更符合接近施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

2 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

在試驗(yàn)室內(nèi)，使用兩種成型方法，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和抗壓回彈模量的對(duì)比試驗(yàn)。

在試驗(yàn)中的振動(dòng)壓實(shí)參數(shù)：振動(dòng)頻率32 Hz，與壓實(shí)基層材料的振動(dòng)壓路機(jī)的頻率吻合，保證壓實(shí)。振動(dòng)時(shí)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(shí)度系數(shù)分別為96%,98%,100%進(jìn)行試件制作。

2.1抗壓強(qiáng)度性能

1)采用振動(dòng)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(jìn)行試件制作并進(jìn)行性能檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：振動(dòng)成型法下的試件強(qiáng)度顯著比靜壓法高，其抗壓強(qiáng)度比靜壓成型提高40%，水泥用量降低2%～3%。

2)采用振動(dòng)成型和靜壓兩種方式，使用各自的最佳含水量和擊實(shí)最大干密度進(jìn)行試件制作并進(jìn)行性能檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：振動(dòng)成型法下的試件抗壓強(qiáng)度比靜壓法提高26%，水泥用量降低了1.5%～2%。

2.2劈裂強(qiáng)度性能

振動(dòng)成型劈裂強(qiáng)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(dāng)。

從實(shí)驗(yàn)得出，振動(dòng)法確定的混合料的結(jié)構(gòu)和性能要明顯好于靜壓法確定的混合料的結(jié)構(gòu)和性能，振動(dòng)成型比靜壓成型抗壓強(qiáng)度提高30%以上，破裂強(qiáng)度提高16%以上，抗壓回彈模量相當(dāng)，能節(jié)約水泥2%左右。在強(qiáng)度等效原則下，振動(dòng)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)系數(shù)可較擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)降低2%。

3 施工現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果分析

某高等級(jí)公路采用水泥穩(wěn)定碎石基層，在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)使用振動(dòng)成型法下的水泥穩(wěn)定碎石基層路段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取樣和性能檢測(cè)分析。結(jié)果如下：

1)壓實(shí)度。壓實(shí)度是振動(dòng)成型法的關(guān)鍵性指標(biāo)之一。該施工現(xiàn)場(chǎng)路段的基層壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 基層壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

可以看出，以重型擊實(shí)法確定的最大干密度為準(zhǔn)，在振動(dòng)作用下施工現(xiàn)場(chǎng)很容易就可以實(shí)現(xiàn)，且無(wú)需增加任何碾壓設(shè)備，無(wú)需進(jìn)行嚴(yán)格的施工工藝控制，可沒(méi)有充分壓實(shí)，抗裂性差，路用性能強(qiáng)度低。在振動(dòng)壓實(shí)法下，由于振動(dòng)成型機(jī)具有強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的基層強(qiáng)度明顯比靜壓法大，且不會(huì)增加壓實(shí)設(shè)備。

2)強(qiáng)度?；鶎有拗戤吅?，進(jìn)行了7 d現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣(見(jiàn)圖3)，進(jìn)行24 h飽水實(shí)驗(yàn)后檢測(cè)了無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。其檢測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)取料采用靜壓成型法下的試件7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行的對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果對(duì)比

水泥劑量%最大干密度g/cm3最佳含水量/%現(xiàn)場(chǎng)含水量檢測(cè)/%現(xiàn)場(chǎng)取料室內(nèi)靜壓7d強(qiáng)度/MPa現(xiàn)場(chǎng)取料室內(nèi)振動(dòng)7d強(qiáng)度/MPa芯樣平均強(qiáng)度強(qiáng)度MPa變異系數(shù)/%芯樣平均壓實(shí)度/%3.82.4405.26.14.56.86.2(3)4.6599.6

從對(duì)比結(jié)果可以看出，與現(xiàn)場(chǎng)取料使用靜壓法下制備的試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度相比，采用現(xiàn)場(chǎng)取料室內(nèi)振動(dòng)成型法下制備的試件和施工現(xiàn)場(chǎng)采取的芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度均顯著提高，室內(nèi)振動(dòng)成型法下制備的混合料具有與施工現(xiàn)場(chǎng)碾壓后的混合料相似的結(jié)構(gòu)及性能。

振動(dòng)成型法下的抗壓強(qiáng)度比靜壓法大，內(nèi)部比較密實(shí)，吸水率比靜壓法小很多，路用性能良好，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，穩(wěn)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(jié)構(gòu)差異顯著(見(jiàn)圖4)。在振動(dòng)壓實(shí)作用下，強(qiáng)大的激振力具有提漿明顯，水泥漿填充空隙效果顯著，表現(xiàn)為芯樣表面光滑密實(shí)，容易脫模。在靜壓法下芯樣則脫模阻力大，芯樣表面的密實(shí)度較差，粗糙多孔。

從剖面看，室內(nèi)制備的振動(dòng)成型試件和現(xiàn)場(chǎng)采取的芯樣剖面密實(shí)度高，整體結(jié)構(gòu)完整密實(shí)，粗集料分布均勻且形成良好的擠欠，細(xì)集料及膠結(jié)料在粗集料間隙間填充效果顯著，較大空隙肉眼難以觀測(cè)到。靜壓法下的芯樣結(jié)構(gòu)較松散，粗集料間未形成擠欠效果，且分布不均，細(xì)集料及膠漿對(duì)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(jiàn)大小不一的空隙。

可以看出，從混合料密實(shí)度及集料形成的骨架結(jié)構(gòu)上進(jìn)行對(duì)比，振動(dòng)成型法下的試件均優(yōu)于靜壓成型法下的試件。

4)路表觀測(cè)。采用振動(dòng)成型法基層的路段投入后進(jìn)行的路面觀測(cè)，半年后尚未發(fā)現(xiàn)裂縫。振動(dòng)成型集料級(jí)配屬骨架密實(shí)型，粗集料占比大于靜壓法，相應(yīng)細(xì)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(yùn)料車跑散現(xiàn)象較為嚴(yán)重，振動(dòng)成型法下修筑的路段表面基本完好。

4 結(jié)語(yǔ)

1)無(wú)論是室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)還是現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)果，均表明施工現(xiàn)場(chǎng)的碾壓效果可采用振動(dòng)壓實(shí)法得到最大限度的模擬，使用該法進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石基層的設(shè)計(jì)是可行的。

2)水泥穩(wěn)定碎石基層可使用靜壓法或振動(dòng)壓實(shí)法進(jìn)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(jié)構(gòu)、路用性能、壓實(shí)特性等均有著顯著不同。選擇采用振動(dòng)成型法，可在不增加水泥劑量情況下，顯著提高混合料的無(wú)側(cè)限強(qiáng)度，同時(shí)大幅提高基層的抗裂性能。

3)在水泥穩(wěn)定碎石混合料設(shè)計(jì)中，采用靜壓法時(shí)為保證混合料強(qiáng)度，通過(guò)增加水泥劑量使得抗裂性能降低是一種最常見(jiàn)做法。只要級(jí)配合理，采用振動(dòng)壓實(shí)法進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)能同時(shí)保證實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度要求且無(wú)需犧牲抗裂性能的效果。使用振動(dòng)壓實(shí)法進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)，使得混合料具有抗裂性能佳、水泥劑量少、強(qiáng)度有保證、降低工程造價(jià)的最佳效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4)振動(dòng)成型設(shè)計(jì)法下的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度更接近現(xiàn)場(chǎng)芯樣強(qiáng)度，建議施工質(zhì)量以振動(dòng)壓實(shí)法下的最佳含水量、最大干密度為控制標(biāo)準(zhǔn)。

5)振動(dòng)成型法下的最大干密度較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工特別是碾壓，要求較高。采用大噸位壓路機(jī)，速度和遍數(shù)都要嚴(yán)格控制。

6)振動(dòng)成型法下的施工過(guò)程中振動(dòng)壓路機(jī)產(chǎn)生的噪聲較大，在人口稠密地區(qū)施工容易擾民。設(shè)置隔音墻可有效解決該問(wèn)題，不過(guò)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