厚层水泥稳定级配碎石压实标准及检测方法研究

孙富

（中交隧道工程局有限公司南京分公司，南京210000）

1 引言

自改革开放以来，我国经济快速发展，高速公路及城市快速路建设得到了前所未有的发展，厚层水泥稳定级配碎石材料具有较高的强度、较大的承载能力和比较好的水稳定性，因此应用十分广泛。目前，我国尚未制定通用厚层水泥稳定级配碎石压实标准，缺乏一致的检测方法，为实际施工带来了不不便。

厚层水泥稳定级配碎石是目前比较常用的半刚性基层材料，在高等级公路的建设中有十分广泛的应用，然而在实际使用中，一旦材料压实存在问题，将导致厚层水泥稳定级配碎石无法具备较好的抗裂性、抗冻性和抗冲刷等性能，因此，需要对其压实标准进行研究。

随着技术的进步，施工机械设备功率较以前显著提升。因部分工程的建设时间较短，雨水周期长，进而导致施工过程中的不确定因素增加，虽然部分地区应用了厚层水泥稳定级配碎石技术进行施工，然而缺乏明确的压实标准和检测方法。本文通过淮安市城市快速路厚层水泥稳定级配碎石试验段施工，对其压实度检测标准和检测方法进行研究[1]。

2 试验材料和结构

2.1 试验材料

本次试验的淮安市快速路测试段施工的水泥标号为缓凝P·O42.5，其表面积、初终凝时间、安定性、3d 和28d 的抗压、抗折强度均满足相关规定的要求。粗细集料分别包括0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm 4 种规格，集料的岩性为花岗岩，其中粗集料的压碎值、针片状颗粒含量、不同规格集料的颗粒含量均满足本次试验的指标要求，细集料的砂当量、塑性指数Ip等数值也都与试验指标相符。综上所述，粗细集料的参数符合相关技术指标的规定要求。

2.2 路段结构

该试验段的水泥稳定级配碎石结构包括3 层，分别是上基层、下基层和底基层，3 层的厚度分别为11cm、18cm 和36cm，其中上、下基层和底基层的水泥剂量分别为5%和4%。该路段的路面结构为3 层共18cm 的厚沥青混凝土。

3 试验标准确定

3.1 试验材料配比

该试验路段的配比方法参考了JTG/T F20—2015《公路路面基层施工技术细则》，试验当中使用的粗细料的内掺水泥剂量为4%，其中0～4.75mm、4.75～9.5mm、9.5～19mm、19～31.5mm 4 种规格的集料的配合比为32∶16∶37∶15。

3.2 击实方法

本试验根据JTG E51—2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的水稳定碎石试验方法，分别在试验段进行了重型击实和振动成型方法击实试验。

重型击实。本次试验参照JTG E51—2009 的T0804—1994《无机结合料稳定材料击实试验方法》这一试验方法的丙法操作。锤重和落高分别为4.5kg 和0.45m，根据规定的配比加水调拌材料，然后闷料1h。之后将所有材料分成3 层装进试验用击实筒内，每一层都要进行98 次击实。在完成2 次击实之后，根据试验要求，计算出材料的最大干密度以及最佳含水率。最后需要完成性能试验验证，试验包含2 个内容，一个是7d 无侧限抗压强度，另外一个是90d 抗压回弹模量。

振动成型。本次试验参照JTG E51—2009 中的T0842—2009《无机结合料稳定材料振动压实试验方法》这一试验方法进行操作。试验分成2 层进行操作，每层的振实持续时间为120s，频率为28～30Hz，激振力为6 800～6 900N。然后根据试验要求，计算出材料的最大干密度以及最佳含水率。最后需要完成性能试验验证，试验包含2 个内容，一个是7d 无侧限抗压强度，另外一个是90d 抗压回弹模量。

3.3 试验数据分析

将上述2 组试验得到的数据进行收集、汇总、整理和分析。重型击实和振动成型试验得到的试验数据分析结果表现为：最大干密度分别为2.28g/cm3和2.35g/cm3，最佳含水率分别为6.2%和5.4%，7d 无侧限抗压强度分别为4.6MPa 和5.6MPa，90d 抗压回弹模量分别为330MPa 和435MPa。对2 组数据进行分析可以得知，在水泥剂量保持一致的前提下，无论是最大干密度的数值还是7d 无侧限抗压强度，抑或是90d 抗压回弹模量，重型击实试验的试验数据都明显低于振动成型的数据。但是最佳含水率的数据则是重型击实试验更高[2]。

4 检测方法

完成室内的试验之后，本试验又分别铺筑了2 段长度为300m 的路段用于试验，2 个试验段配置相同的摊铺和压实设备。一个试验段采用分层检测进行压实度控制；另外一个试验段采用全厚检测进行压实度控制。检测方法均参照JTG E60—2008《公路路基路面现场测试规程》进行，压实度的检测均始于第3 遍碾压。当2 个试验段均满足规定要求的压实度之后，分别记录二者的碾压方式和次数。

4.1 分层检测

分层检测试验的设备为灌砂筒，其直径和净高的值均为200mm。检测步骤为：先对灌砂筒内上部18cm 厚的压实度进行检测，完成之后继续扩大坑面积，然后再对灌砂筒下部18cm厚的压实度进行检测。

4.2 全厚检测

全厚检测的试验设备为改良灌砂筒，其直径为200mm，净高为360mm，总质量为24 000g。然后根据检测要求进行标定，之后检测了现场的压实度。

4.3 试验数据分析

对现场压实度试验数据分别进行收集和整理，2 个试验段施工结束7d 之后，分别进行了取芯，并对其完整性和强度分别进行了现场验证。本测试的7d 无侧限抗压强度≥4MPa。

重型击实试验段压实数据包括4 组数据，分别是第3 遍至第6 遍的数据，其中分层检测上部的压实度分别为94.2%、95.3%、96.3%、97.4%，分层检测下部的压实度分别为93.8%、94.9%、96.1%、97.2%，全厚检测的压实度分别为93.7%、94.8%、95.9%、97.1%。

振动成型试验段压实数据包括五组数据，分别是第3 遍至第7 遍的数据，其中分层检测上部的压实度分别为93.4%、94.5%、95.5%、96.6%、97.8%，分层检测下部的压实度分别为93.4%、93.1%、95.4%、96.4%、97.5%，全厚检测的压实度分别为93.3%、94.5%、95.6%、96.7%、97.9%。

2 个试验段分别抽取了3 个芯样，其中重型击实试验段芯样的取样位置分别为080、160 和240，距边分别为2.5m、5.5m和9.0m，其中080 和240 段的芯样完整、底部松散，160 段芯样完整无松散，芯样的切割厚度分别为150mm、151mm 和150mm，其强度分别为4.3MPa、4.4MPa 和4.2MPa。振动成型实试验段芯样的取样位置分别为070、150 和260，距边分别为2.8m、5.7m 和8.8m，所有芯样均完整、底部无松散，芯样的切割厚度分别为150mm、150mm 和151mm，其强度分别为5.2MPa、5.4MPa 和5.5MPa。

通过分析可知，2 个试验段达到测试标准规定的压实度所进行的碾压遍数存在差异，重型击实和振动成型试验段的碾压遍数分别为6 遍和7 遍。由此可知，二者达到规定压实度的碾压遍数结果较为接近。通过分析所取芯样的数据可知，重型击实和振动成型试验段的芯样分别为整体完整底部有松散和完整无松散，所以,重型击实试验得到的芯样强度试验数据刚好符合试验要求，而振动成型试验得到的芯样强度试验数据却显著高于试验要求。所以，虽然重型击实试验得到的路面压实度能够满足设计要求，但是因为其最大干密度较低，导致试验路段的整体压实度较差，无法取得良好的强度，造成路面结构层整体质量低下。

5 结论

本文以试验的方式分析了厚层水泥稳定级配碎石压实标准及检测方法，分别对试验路段进行了重型击实和振动成型试验，对试验数据进行了收集、整体和汇总，通过对所得数据进行分析得出如下结论：

压实标准：通过对试验路段进行碾压可知，重型击实和振动成型试验分别需要进行6 遍和7 遍碾压方可达到试验要求，其中,振动成型试验的压实水平显著优于重型击实试验的压实水平，并且振动成型试验的测试路段的整体质量更高，与此同时,路面结构层的耐久性得到了显著的提高，进而提升了公路的使用周期。所以，厚层水泥稳定级配碎石压实标准的确定方法按照JTG E51—2009 中的振动成型试验进程进行。振动击实试验的具体操作为，将材料分成2 层，每层的振实持续时间为120s，频率为28～30Hz，激振力为6 800～6 900N。

检测方法：经过试验发现，在进行压实度检测时，分层检测和全厚检测的碾压遍数存在差异，但是最终的压实结果几乎一致。然而，分层检测在施工质量的把控上不如全厚检测的效果好，且分层检测需要花费较长的时间，极易导致水稳混合料的水分丢失，一旦将其碾压成型，会对结构强度的均匀性产生不利影响，进而缩短道路的使用期限。综上，应当选择使用改良后的灌砂筒进行全厚检测，检测压实度，改良灌砂筒直径为200mm，净高为360mm，总质量为24 000g，可以提高检测速度并且有效的保证路面的质量。