探讨四川高速公路水泥稳定碎石结构层最大干密度确定方法

左贵宁

（四川省交通勘察设计研究院有限公司， 四川 成都 610041）

0 引言

水泥稳定碎石是四川高速公路路面结构类型中基层、底基层的主要形式，具有易施工、强度高、水稳定性好等优点，是适宜我国高速公路路面结构类型设计理念“强基薄面”中最理想的基层、底基层结构形式。但由于水泥稳定碎石是以水泥作为结合料的半刚性材料，受水泥的水化特性而产生的温缩、干缩裂缝不可避免。如何减少减缓水泥稳定碎石裂缝的发生发展，是工程人长久以来研究的课题。从研究结果来看，水泥稳定碎石基层、底基层的压实度是影响其开裂的主要因素之一。水泥稳定碎石的最大干密度作为判定水泥稳定碎石结构层压实度是否满足要求的基础指标，其取值是否为“真值”，直接影响整个结构层的质量和性能。本文结合近十年来四川数条新建高速公路水泥稳定碎石最大干密度取值方法，并调查通车数年后使用情况，探讨如何选取适宜四川地区水泥稳定碎石结构层的最大干密度。

1 最大干密度取值方法演变及其局限性

在2006年前，四川高速公路水泥稳定碎石主要采用悬浮密实结构，其细集料含量偏多，易于压实，最大干密度取值采用重型击实法得出。这与当时配合比设计原理、现场压实机具配置相匹配。

2010 年前后，随着交通量增大，原有设计理念下的水泥稳定碎石结构层强度低、水泥剂量大、反射裂缝严重的缺点越发明显。因此根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）与《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009），四川省新建高速公路水泥稳定碎石层开始采用骨架密实结构，其干密度取值推荐采用振动成型法得出。但是由于振动成型试验受机器、人为因素影响较大，试验结果离散型也较大，饱受争议。

而随着2015年颁布并实施的《公路路面基层施工技术细则》（JTGT F20-2015），其推荐级配和推荐水泥剂量发生重大变化，并且推荐确定水泥稳定碎石最大干密度指标时宜采用重型击实方法。

根据近年来四川新建高速公路水泥稳定碎石结构层施工情况和通车使用情况来看，采用骨架密实结构的水泥稳定碎石结构层开裂情况明显少于采用悬浮密实结构的水泥稳定碎石结构层；采用重型击实法得出的最大干密度为标准密度，现场施工压实度极易达到，且水泥剂量偏大，开裂情况较多；而采用振动成型法得出的最大干密度波动性、变异性较大，现场也曾出现压实度超百的现象。因此，采用何种结构形式的级配，如何选取合理的方法确定最大干密度，是提高水泥稳定碎石结构层质量，防止早期病害发生的重要手段。

2 级配选择和最大干密度确定方法

《公路路面基层施工技术细则》（JTGT F20-2015）中表4.5.4推荐C-B-1、C-B-2、为高速公路基层、底基层级配，混合料密实时也可采用级配C-B-3。而在四川省实际施工过程中发现，C-B-1、C-B-2级配为悬浮密实结构，按照其推荐通过率进行设计，水泥剂量偏高，强度过高，尤其是在清明前后昼夜温差较大的情况下，水稳碎石结构层开裂严重；C-B-3级配为骨架密实结构，但其4.75mm通过率上限32%过低，实际施工过程中极易出现局部离析，易发生早期松散、坑槽等水损坏。鉴于规范推荐级配用于四川地区具有一定的局限性，因此结合C-B-1和C-B-3，提出了适宜于四川地区的水泥稳定碎石基层、底基层推荐级配（见表1）。

表1 《公路路面基层施工技术细则》推荐级配及四川地区推荐级配

根据多条高速公路试验结果，采用振动成型得到的最大干密度一般为1.01～1.03倍采用重型击实得到的干密度。而根据现场实际施工情况，如按照《公路路面基层施工技术细则》（JTGT F20-2015）的推荐方法采用重型击实法获得的干密度作为标准，现场压实度常常超百。因此我省一般将室内重型击实试验法确定的最大干密度乘以一个系数作为压实度评价的标准密度。该系数与用于水泥稳定碎石的碎石材质有关，一般建议卵石采用1.02，灰岩采用1.03。

3 基于现场最大压实度的最大干密度确定方法

近年来随着压路机吨位逐渐提高，施工水泥稳定碎石结构层的单钢轮压路机吨位普遍在26吨以上，甚至出现了30吨、32吨的重型压路机；碾压工艺也得到了改善，逐渐开始采用钢轮压路机和胶轮压路机相结合的碾压工艺。因此，现场压实功远远高于室内试验的击实功，在多条高速公路在建过程中出现了压实度普遍偏高，甚至频繁超百的情况。因此，部分高速公路根据现场压实效果，在试验室测得的最大干密度的数值上，进行了数值修订，如成仁高速公路LM2标将试验室最大干密度从2.416修成为2.427，遂西高速公路LM1标则从2.351修正到2.362。 为进一步探讨现场实际压实功与最大干密度的关系，又在雅康高速LM2和成资渝高速TJ7标段开展基于现场最大压实度，通过保证率系数确定最大干密度的方法。以雅康高速LM2标二工区水泥稳定碎石底基层施工为例，试验室采用重型击实得到最大干密度为2.310，为保证水稳压实度，首先采用重型击实干密度乘以1.03系数的方法，以2.310×1.03=2.379作为最大干密度来控制现场压实度。在试验段铺筑过程中，采用双钢轮静压一遍，单钢轮前进静压后退微振一遍后，检测单钢轮每强振一遍后的现场压实度。强振1～5遍的现场干密度分别为2.260，2.307，2.331，2.375，2.355。如果以室内试验数据2.379作为最大干密度来控制，底基层要求97%合格率，则现场在强振两遍之后，已经基本满足压实度要求。而实际情况则继续碾压第三遍、第四遍，其现场压实度仍在继续提高，到强振四遍时达到最大压实密度2.375，此时压实度已经达到99.8%。显然，以试验室为基准的最大干密度，已经不足以表征现场的实际压实度。通过多次试验路比较，最后采用基于现场最大压实度，即2.375作为其最不利因素下的合格压实密度，并考虑到试验段的特殊性，给予1%的富裕系数，确定评价现场压实度的最大标准干密度为2.375÷98%=2.423。

4 结语

采用人工修正或基于现场最大压实度修正的最大干密度，均比试验室得到的最大干密度要高出2%～3%。通过多条高速公路建设过程中的试验，以基于现场最大压实度修正的最大干密度为控制压实度的标准密度，可以通过大吨位压实设备和碾压工艺优化达到99.5%以上合格率，同时有效的提高了水泥稳定碎石结构层的压实度，减少减缓了水泥稳定碎石结构层干缩、温缩裂缝的产生，有效防止了沥青路面早期病害的发展。2012年通车的成仁高速、2015年通车的遂西高速，2018年通车的雅西高速至今均无明显的基层、底基层反射裂缝。