水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)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(shí)度檢測(cè)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(shí)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(cè)路基壓實(shí)度過程中的影響因素，對(duì)造成壓實(shí)度超密問題的原因進(jìn)行了深入分析。最后，針對(duì)混合料施工、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)等各環(huán)節(jié)提出了相對(duì)應(yīng)的控制措施，并依托實(shí)體工程開展了灌砂法實(shí)際檢測(cè)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(shí)度超密；依托工程水穩(wěn)基層壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果良好，并未出現(xiàn)壓實(shí)度計(jì)算結(jié)果超百現(xiàn)象，驗(yàn)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(shí)度；超密

中圖分類號(hào) U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0052-03

0 引言

灌砂法是當(dāng)前公路基層壓實(shí)度檢測(cè)中一種常用的方法，以其操作簡(jiǎn)便、成本低廉、結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)，在公路工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，灌砂法檢測(cè)水穩(wěn)碎石基層壓實(shí)度時(shí)常常會(huì)出現(xiàn)超密問題，不僅會(huì)影響對(duì)基層質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)估，還會(huì)對(duì)后續(xù)施工和養(yǎng)護(hù)工作產(chǎn)生誤導(dǎo)，增加后期的養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用。

1 灌砂法檢測(cè)水穩(wěn)碎石基層壓實(shí)度過程中的影響因素

1.1 擊實(shí)試驗(yàn)方法的選擇

當(dāng)前水穩(wěn)碎石混合料的擊實(shí)試驗(yàn)方法主要有靜壓成型法、振動(dòng)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(shí)，將水穩(wěn)混合料一次性傾注入模具中，隨后兩端同步啟動(dòng)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(jìn)行有效的重排與自密實(shí)，且試件成型壓力在傳遞過程中會(huì)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(shí)度，而中部區(qū)域則相對(duì)疏松[1]。

（2）相較于靜壓成型法，振動(dòng)成型法能夠更加真實(shí)地模擬施工現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)頻率的共同作用下，將混合料分層置入模具中，并對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)壓實(shí)。試件成型過程中，振動(dòng)作用促使集料顆粒發(fā)生重排，每一層均能在振動(dòng)作用下達(dá)到更為均勻的壓實(shí)效果，相比單一層次壓實(shí)，顯著增強(qiáng)了試件整體的密實(shí)性與均勻性。

已有大量研究及工程實(shí)踐結(jié)果表明：兩種不同擊實(shí)方法下測(cè)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(dòng)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(jí)配對(duì)壓實(shí)度的影響

水穩(wěn)碎石混合料通常使用級(jí)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(duì)骨架空隙處進(jìn)行填充。當(dāng)混合料中碎石含量較大時(shí)，碎石間的嵌擠鎖結(jié)作用增強(qiáng)，能夠有效提升壓實(shí)度，但碎石含量過大會(huì)造成壓實(shí)度超百現(xiàn)象。同時(shí)，混合料中較少的細(xì)集料會(huì)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(shí)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(huì)降低壓實(shí)度及基層強(qiáng)度。

1.3 貯砂筒中砂面高度及砂的重量對(duì)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(shí)，其下落速度較快，產(chǎn)生的沖擊力會(huì)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(duì)較低。因此，控制砂面高度對(duì)于確保砂的密度測(cè)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(jí)配組成對(duì)量砂密度的影響

在砂土力學(xué)特性的研究中，砂的顆粒級(jí)配組成對(duì)量砂密度的測(cè)定具有顯著影響。在試驗(yàn)室環(huán)境中，為保證試驗(yàn)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(yàn)對(duì)象，測(cè)定其密度特性。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，對(duì)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(yàn)時(shí)所使用的標(biāo)準(zhǔn)砂保持一致。因?yàn)樵诓煌椒植枷?，砂的堆積密度和孔隙率均會(huì)有所變化。所以，每次檢測(cè)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(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

2 壓實(shí)度超密問題的原因分析

壓實(shí)度超密問題即現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)壓實(shí)度超過100%的現(xiàn)象，工程中也將其稱為“超百”問題?；谏鲜鰧?duì)灌砂法檢測(cè)水穩(wěn)基層壓實(shí)度過程中影響因素的分析，該文將對(duì)造成基層壓實(shí)度超密問題的原因進(jìn)行深入探究。

2.1 灌砂法現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(chǎng)檢測(cè)時(shí)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(jìn)行操作，砂面高度與標(biāo)定砂密度時(shí)貯砂筒中的砂面高度不一致，會(huì)造成砂密度測(cè)量不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致壓實(shí)度超百。

（2）未能遵循定期標(biāo)定的原則，整個(gè)檢測(cè)流程中僅使用一個(gè)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(shí)度計(jì)算的重要參數(shù)，在每次檢測(cè)前并未進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，誤差由此產(chǎn)生。隨著時(shí)間的推移，誤差逐漸累積，最終導(dǎo)致了計(jì)算出的壓實(shí)度超過100%。

（3）檢測(cè)人員在灌砂過程中若過早地關(guān)閉了灌砂筒的開關(guān)，會(huì)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(duì)增加，因此計(jì)算出的試樣干密度數(shù)值會(huì)偏大，導(dǎo)致壓實(shí)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(cè)層的厚度。然而，在實(shí)際操作中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，且檢測(cè)人員在挖試坑過程中發(fā)生失誤，導(dǎo)致挖坑深度尚未達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，最終影響壓實(shí)度的測(cè)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(shí)層內(nèi)，越接近底部的區(qū)域，其壓實(shí)度相對(duì)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(dá)標(biāo)準(zhǔn)，都將使得測(cè)量時(shí)更多地采樣到壓實(shí)度相對(duì)較大的上層材料，從而導(dǎo)致最終的壓實(shí)度計(jì)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(shí)，就會(huì)引發(fā)壓實(shí)度超密的問題。在室內(nèi)檢測(cè)中，通過標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)來確定混合料的最大干密度，然后將其視為固定值。但在實(shí)際施工過程中，隨著施工現(xiàn)場(chǎng)水穩(wěn)碎石混合料中粗集料含量的增大，實(shí)測(cè)干密度結(jié)果也會(huì)隨之增大，當(dāng)該密度提升超出了原先通過標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)確定的最大干密度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)壓實(shí)度超密，如表2所示。

2.3 施工現(xiàn)場(chǎng)碾壓作業(yè)不當(dāng)

（1）輕型壓路機(jī)的應(yīng)用，雖能達(dá)到一定程度的基層密實(shí)效果，但由于其受限于設(shè)備本身較低的壓實(shí)功，使得壓實(shí)后的水穩(wěn)基層壓實(shí)度往往難以滿足規(guī)范要求，而重型壓路機(jī)能夠顯著提升水穩(wěn)混合料的密實(shí)程度。但是，當(dāng)采用特重型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行持續(xù)且高強(qiáng)度的反復(fù)碾壓作業(yè)時(shí)，其強(qiáng)大的作用力不僅促進(jìn)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(jì)時(shí)所設(shè)定的合理壓實(shí)度閾值，進(jìn)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(xiàng)重要參數(shù)，較低的碾壓速度使得壓路機(jī)更長(zhǎng)時(shí)間地作用于水穩(wěn)基層上，進(jìn)而間接增大了壓實(shí)功的累積效應(yīng)。對(duì)于特重型機(jī)械設(shè)備而言，其設(shè)備本身固有的大重量與相對(duì)緩慢的行駛速度，在延長(zhǎng)壓實(shí)時(shí)間的同時(shí)，也極大地提升了作用于基層的壓實(shí)能量，極易引發(fā)壓實(shí)度的超密現(xiàn)象。

3 公路工程壓實(shí)度超密問題可采取的有效控制措施

3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)節(jié)操作要求

（1）實(shí)際檢測(cè)過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)測(cè)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(yàn)檢測(cè)開始前，都要進(jìn)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(duì)其進(jìn)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(chǎng)檢測(cè)時(shí)筒中砂面高度和室內(nèi)標(biāo)定時(shí)保持一致。

（5）開挖的試坑深度必須等同于檢測(cè)層的厚度，且上下口直徑相等。

3.2 施工現(xiàn)場(chǎng)水穩(wěn)基層含水率測(cè)定環(huán)節(jié)的要求

含水率的大小對(duì)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(shí)時(shí)測(cè)定混合料的含水率，并及時(shí)進(jìn)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(shí)度和強(qiáng)度。因此，為了準(zhǔn)確測(cè)定水穩(wěn)混合料的含水率，檢測(cè)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

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

（2）由于水穩(wěn)混合料碾壓后仍然會(huì)進(jìn)行水化反應(yīng)，為避免水化反應(yīng)影響含水率的測(cè)定結(jié)果，采用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)提前預(yù)熱烘箱達(dá)到指定溫度，以縮短水泥的水化反應(yīng)時(shí)間，從而確保實(shí)際含水率的真實(shí)性。實(shí)際檢測(cè)過程中，因水穩(wěn)混合料中水泥水化特性對(duì)時(shí)間要求較高，應(yīng)將混合料裝料到運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)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(shí)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(jī)噸位，并合理設(shè)置振動(dòng)頻率、碾壓遍數(shù)和碾壓速度，避免壓實(shí)過度。壓實(shí)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(jìn)行碾壓作業(yè)，碾壓遍數(shù)通常為6～8遍。

4 灌砂法檢測(cè)水穩(wěn)碎石基層壓實(shí)度案例分析

為驗(yàn)證該文針對(duì)壓實(shí)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(duì)其壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。

4.1 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

擊實(shí)試驗(yàn)采用重型擊實(shí)法，根據(jù)試驗(yàn)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(shí)度檢測(cè)

按照規(guī)范規(guī)定的檢測(cè)頻率，共選取3個(gè)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)其壓實(shí)度，檢測(cè)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(shí)度良好，均能滿足規(guī)范要求，且并未出現(xiàn)壓實(shí)度計(jì)算結(jié)果超百現(xiàn)象，驗(yàn)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(duì)造成基層壓實(shí)度超密問題的原因進(jìn)行了深入分析，并且在此基礎(chǔ)上，對(duì)水穩(wěn)混合料施工、試驗(yàn)檢測(cè)等各環(huán)節(jié)提出了相對(duì)應(yīng)的控制措施。

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

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收稿日期：2024-08-02

作者簡(jiǎn)介：高卉（1991—），女，本科，工程師，研究方向：公路試驗(yàn)檢測(cè)。