某海外公路水泥穩(wěn)定土壓實(shí)度影響因素探析

摘 要：某海外公路施工時(shí)，出現(xiàn)了水泥穩(wěn)定土壓實(shí)度低于技術(shù)規(guī)范要求、并隨時(shí)間的增加而減少的現(xiàn)象。分析了可能造成水泥穩(wěn)定土最大干密度偏小、壓實(shí)度不足的因素，并對(duì)主要影響因素進(jìn)行了研究。認(rèn)為水泥穩(wěn)定土施工后，水泥產(chǎn)生的水化熱及其不能迅速散失，導(dǎo)致了水泥穩(wěn)定土體積的膨脹，從而使水泥穩(wěn)定土的最大干密度隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而降低，壓實(shí)度減少，不能滿(mǎn)足規(guī)范要求。對(duì)解決水泥穩(wěn)定土壓實(shí)度不夠的問(wèn)題提出了建議。

關(guān)鍵詞：公路；水泥穩(wěn)定土；壓實(shí)度；水化熱

國(guó)內(nèi)某大型施工企業(yè)承建了非洲貝寧共和國(guó)某公路改建項(xiàng)目，該公路設(shè)計(jì)采用水泥穩(wěn)定土作為路面基層。在企業(yè)和監(jiān)理工程師共同完成水泥穩(wěn)定土最大干密度和水泥初凝時(shí)間的試驗(yàn)后，進(jìn)入水泥穩(wěn)定土試驗(yàn)段的施工。在試驗(yàn)段施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，所得到的當(dāng)天及24小時(shí)以后水泥穩(wěn)定土壓實(shí)度出現(xiàn)較大離散性，結(jié)果處于94%-99%之間且隨時(shí)間呈遞減趨勢(shì)，不能滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。該公路改建項(xiàng)目采用法國(guó)技術(shù)規(guī)范，要求水穩(wěn)層的壓實(shí)度應(yīng)達(dá)到98%，訪(fǎng)指標(biāo)與國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范的要求一致。為了找出水穩(wěn)層壓實(shí)度偏小的原因，施工企業(yè)相關(guān)資料及專(zhuān)家建議，對(duì)水穩(wěn)層配料及施工進(jìn)行了研究，力求使水泥穩(wěn)定土施工后壓實(shí)度達(dá)到98%以上，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

1 水泥穩(wěn)定土壓實(shí)度影響因素研究

一般情況下，影響水泥穩(wěn)定土壓實(shí)度因素也就是影響水泥穩(wěn)定土最大干密度的因素，主要包括：粒料級(jí)配、含水率、水泥含量、壓實(shí)功等。該項(xiàng)目水泥穩(wěn)定土所需粒料是由業(yè)主提供，故不對(duì)其進(jìn)行研究；而施工企業(yè)在國(guó)內(nèi)有較多的土的壓實(shí)經(jīng)驗(yàn)，也暫時(shí)不對(duì)壓實(shí)功的影響進(jìn)行單獨(dú)研究。由于該公路改建項(xiàng)目位于貝寧共和國(guó)，日平均溫度在26℃-27℃之間，溫度較高，因此，在對(duì)水穩(wěn)層配料進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)，特別考慮了高溫及水泥水化熱對(duì)水穩(wěn)層壓實(shí)度的影響。

1.1 不同含水率對(duì)水泥穩(wěn)定土最大干密度的影響研究

施工企業(yè)在試驗(yàn)室配制了不同含水率的水泥穩(wěn)定土，通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)以檢測(cè)含水率變化對(duì)水泥穩(wěn)定土最大干密度的影響。在含水率為4%—12%的區(qū)間內(nèi)，進(jìn)行了水泥含量為6%的水穩(wěn)料擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1及圖一所示。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水泥穩(wěn)定土的壓實(shí)度指標(biāo)對(duì)含水率的變化非常敏感，是施工中需要特別注意控制的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

試驗(yàn)表明，土的含水率是控制其壓實(shí)度的重要因素。當(dāng)含水率較小時(shí)，水穩(wěn)土顆粒間摩阻力大，不易壓實(shí)。當(dāng)含水率較大時(shí)，水分子包裹水穩(wěn)土顆粒，水分子的表面張力加上水分子所占空隙形成“彈簧土”，影響壓實(shí)機(jī)械做功。當(dāng)在最佳含水率時(shí)，水起到顆粒間的潤(rùn)滑作用，土顆粒間摩阻力減小，從而易于壓實(shí)，且干密度最大。通過(guò)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)的水穩(wěn)料最佳含水率為7.8%，最大干密度為2.032 T/m3。

圖1 含水率與最大干密度關(guān)系擬合曲線(xiàn)圖

說(shuō)明：其中水平軸為含水率，豎直軸為所配水穩(wěn)料最大干密度（單位：T/m3）

1.2 不同水泥含量對(duì)最大干密度的影響研究

施工企業(yè)在試驗(yàn)時(shí)按0.5%遞增的方式檢測(cè)水泥含量2.5%～6%區(qū)間的水泥穩(wěn)定土最大干密度變化的規(guī)律。經(jīng)檢測(cè)，隨著水泥摻量的增加，最大干密度呈上升趨勢(shì)逐漸增大，如表2所示。

水泥的最大顆粒約為0～0.100mm之間，粉砂的顆粒級(jí)配區(qū)間約為0～2mm，水泥較小的粒徑在充分拌合后填充粉砂較大顆粒間的空隙，有利于提高水穩(wěn)料的干密度。同時(shí)，水泥的密度比粉砂大，水泥含量增加就使得水穩(wěn)混合料的密度增加。

1.3 同一水泥含量，最大干密度隨著時(shí)間增的變化規(guī)律研究

試驗(yàn)取三組水泥穩(wěn)定土試樣，其中第1組和第2組水泥含量為6%，第3組試樣水泥含量為5%。試驗(yàn)時(shí)，從0min起至180min結(jié)束，按每30min擊實(shí)一次的方式確定水穩(wěn)料受時(shí)間變化對(duì)干密度的影響。經(jīng)試驗(yàn)，最大干密度隨時(shí)間呈遞減趨勢(shì)（詳見(jiàn)表3）。

造成這一試驗(yàn)結(jié)果的原因可能是：水泥與粉砂加水拌合后，水泥開(kāi)始水化反應(yīng)并產(chǎn)生熱量造成混合料體積膨脹，由于其重量未變化的前提下體積增大，造成最大干密度損失。為了進(jìn)一步研究水化熱對(duì)水泥穩(wěn)定土最大干密度的影響，施工企業(yè)了對(duì)水泥穩(wěn)定土試驗(yàn)室拌合所得最大干密度和現(xiàn)場(chǎng)取樣所得最大干密度進(jìn)行了對(duì)比研究。

1.4 試驗(yàn)室拌合所得最大干密度和現(xiàn)場(chǎng)取樣所得最大干密度對(duì)比研究

試驗(yàn)采用水泥含量為6%的水泥穩(wěn)定土，分別采集試驗(yàn)室拌合試樣和現(xiàn)場(chǎng)取樣試樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)的最大干密度小于試驗(yàn)室拌合的最大干密度（詳見(jiàn)表4）。

施工現(xiàn)場(chǎng)混合料暴露于陽(yáng)光及較高的氣溫中，這與試驗(yàn)室在室內(nèi)條件下拌合的混合料存在較大差異。該公路改建項(xiàng)目位于熱帶地區(qū)，氣溫較高，一方面加速了水泥的水化導(dǎo)致水化熱快速釋放、集聚；另一方面，較高的外界氣溫使水化熱不能迅速散去。因此，現(xiàn)場(chǎng)施工的水穩(wěn)層會(huì)產(chǎn)生一定量的膨脹，使得水泥穩(wěn)定土的最大干密度降低，進(jìn)而使水泥穩(wěn)定土的壓實(shí)度達(dá)不到技術(shù)規(guī)范的要求。

由于大多數(shù)的中國(guó)施工企業(yè)主要在國(guó)內(nèi)施工，基本不存在熱帶地區(qū)氣溫較高的問(wèn)題，所以對(duì)水泥穩(wěn)定土因水泥水化熱而引起最大干密度降低、壓實(shí)度達(dá)不到相關(guān)要求的研究較少。為了驗(yàn)證水泥穩(wěn)定土中水泥水化熱對(duì)水泥穩(wěn)定土最大干密度的影響，施工企業(yè)在施工試驗(yàn)段的同一取樣點(diǎn)，分別進(jìn)行了當(dāng)天和24小時(shí)后的壓實(shí)度檢測(cè)，檢測(cè)所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。從試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)24小時(shí)過(guò)后試驗(yàn)點(diǎn)的壓實(shí)度減少了1～2%。

試驗(yàn)結(jié)果分析：水穩(wěn)料中的水泥施工后會(huì)產(chǎn)生一定的水化熱，隨時(shí)間的增長(zhǎng)而持續(xù)使水穩(wěn)料發(fā)熱并產(chǎn)生輕微體積膨脹，水穩(wěn)料的干密度逐漸減小，壓實(shí)度也隨之降低。

2 結(jié)論和建議

2.1 影響水泥穩(wěn)定土施工壓實(shí)度的主要因素有粒料級(jí)配、含水率、水泥含量、壓實(shí)功、水化熱等因素。其中，在本公路改建項(xiàng)目中，水泥水化熱導(dǎo)致水泥穩(wěn)定土粒料體積膨脹，是使水穩(wěn)層施工最大干密度降低、壓實(shí)度達(dá)不到技術(shù)規(guī)范要求的主要原因。

2.2 在試驗(yàn)確定水泥穩(wěn)定土最大干密度和最佳含水率時(shí)，不在室內(nèi)進(jìn)行，而在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，并盡量采用較大體積的試樣。這樣可使試驗(yàn)條件與實(shí)際施工條件更加接近，所得結(jié)論更具有理論的正確和實(shí)際的操作性，從而使水泥穩(wěn)定土的壓實(shí)度能更好的達(dá)到相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

2.3 由于當(dāng)?shù)貧鉁乇容^高，蒸發(fā)量比較大，在拌制水泥穩(wěn)定土?xí)r，應(yīng)增加含水率，確保在壓實(shí)后，水泥穩(wěn)定土的含水率能達(dá)到最佳含水率。

2.4 重新設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定土配合比，減少水泥用量和（或）采用低水化熱的水泥，減少水泥穩(wěn)定土施工后產(chǎn)生的水化熱，進(jìn)而減少水泥穩(wěn)定土施工后的最大干密度損失。

2.5 為避免水泥穩(wěn)定土施工完成后的最大干密度損失導(dǎo)致壓實(shí)度損失而達(dá)不到規(guī)范要求，還可以采用的方法是：在水泥穩(wěn)定土碾壓施工完成后立即檢測(cè)壓實(shí)度，以判斷其壓實(shí)度是否合格，達(dá)不到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的及時(shí)補(bǔ)壓。避免隨道時(shí)間增加造成的水泥穩(wěn)定土最大干密度損失而影響壓實(shí)度測(cè)量結(jié)果。

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作者簡(jiǎn)介：羅定倫（1978- ），男，漢族，重慶人，碩士，助教，國(guó)家注冊(cè)土木工程師，主要從事隧道與巖土工程施工技術(shù)研究及相關(guān)教學(xué)工作。