振動成型法在水泥穩定碎石基層施工中的應用

振動成型法在水泥穩定碎石基層施工中的應用

梁建良

(中交遠洲交通科技集團有限公司石家莊050051)

摘要水泥穩定碎石基層是我國常用的基層結構形式,但存在水泥劑量與抗壓強度成正比上升的因素,導致干縮裂縫增多的不利現象。介紹了采用振動成型法來代替傳統靜壓成型法的比較結果,并從理論和實際操作加以說明。

關鍵詞水泥穩定碎石基層振動法成型靜壓成型水泥劑量混合料配合比

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.031

收稿日期：2015-01-13

水泥穩定碎石基層是目前我國首選的道路基層結構，由于水泥穩定碎石在溫度、濕度變化的作用下容易產生收縮，導致基層裂縫和反射裂縫，嚴重影響路面的使用性能。水泥穩定碎石基層中要用到水泥，但是水泥不是用得越多越好，用多了容易產生裂縫，用少了則會影響抗壓強度。為了改善水泥穩定碎石基層抗裂性能，建議采用“振動成型法”水泥穩定碎石基層工藝。

1國內外現狀及發展趨勢

半剛性水穩碎石基層材料具有強度高、穩定性好，便于機械化施工、容易得到保證等優點，因而廣泛應用于高等級公路路面基層施工。但施工過程中易產生收縮裂縫，水泥劑量越大，越容易產生嚴重的收縮裂縫，同時對瀝青面層也會產生相應的反射裂縫。為了克服水穩碎石收縮裂縫、抗變形能力較差、對荷載敏感性大、抗彎拉強度低的缺點，采用目前較為先進的配合比設計理念，即振

動成型法進行配合比設計。

采用振動成型法施工的水穩碎石與傳統的重型擊實方法施工相比，具有良好的抗裂性能和力學性能，因其水泥用量較少，不但可以降低工程造價，減輕瀝青路面的反射裂縫，而且也提高了路面的承載能力，從而提高了路面的整體性能，因此采用振動成型法施工的水穩碎石具有良好的發展前景。

2振動成型基本原理

擊實方法在室內通過施加沖擊荷載對被壓材料進行壓實，與現場夯實過程一致，與現場靜力壓路機的作用過程雖不盡相同，但就通過對材料產生剪應力使之壓實這一效果來說是相似的。但與振動壓實通過高頻振動作用使材料產生液化來壓密的過程是完全不同的。靜力壓實成型試件的方法和靜力壓路機滾壓的機理是相同的，但是和振動壓路機的振動壓實機理則不同。

Research on Asphalt Pavement Optimization by Response Surface

DongZhe

(Hebei Province Expressway Langfang Beisanxian County Management Department, Langfang 065000, China)

Abstract：The undetermined coefficient of respond surface was solved based on the Plackett-Burman design method, which was used to evaluate the influence of asphalt pavement indexes firstly. Then, the path of steepest ascent was adopted for further optimization, the optimum pavement factors levels and the relationships among these factors were found out by quadratic regression model equation with Design-Expert statistic methods on the condition of cost and deflection and maximum tensile stress served as the objective. Compared with other pavement design method， Response Surface method is the best choice since it not only saves the foundation but also conducts easily.

Key words: pavement structural; design parameters; response surface; optimization design

室內試驗作為現場施工質量控制的基礎，應當力求使室內試驗真正模擬現場的施工壓實工藝。為模擬振動壓實對材料的作用，采用自上而下振動的振動成型壓實機。研究使用該成型機進行振動壓實試驗，確定材料的最佳含水量、最大干密度及振動成型試件測定無側限抗壓強度。工藝技術路線見圖1。

圖1　工藝技術路線圖

2.1振動法設計半剛性材料步驟

(1) 原材料檢測。包括水泥、碎石。

(2) 骨架密實級配的確定。根據原材料篩分結果，確定骨架密實結構級配范圍，并確定目標級配。

(3) 根據確定的振動參數，用振動法確定半剛性材料的最佳含水量及最大干密度。同時采用重型擊實法確定最佳含水量與最大干密度，并與振動法設計結果進行對比。

(4) 振動成型半剛性材料試件，標準養生后進行無側限抗壓強度試驗，確定最佳水泥劑量。進行靜壓法無側限抗壓強度試驗，與振動法設計結果進行對比。 水泥穩定碎石混合料振動擊實和重型擊實確定的最大干密度及最佳含水量見表1。

表1　水泥穩定碎石擊實結果

2.2　混合料抗壓強度

水泥穩定碎石振動、靜壓成型試件無側限抗壓強度試驗結果見表2。

表2　水泥穩定碎石7 d 抗壓強度

由試驗結果可見，水泥穩定級配碎石振動成型試件平均無側限抗壓強度遠大于相應靜壓試件的平均無側限抗壓強度。 由設計結果可知，針對當前半剛性材料設計方法的缺點：振動法設計的水泥碎石與重型擊實法確定的最佳含水量相當，但最大干密度顯著提高，平均為重型擊實法的1.025倍，如以振動法確定的最大干密度的98%作為壓實度控制標準，則現場密度將達到重型擊實法的100%以上。 根據強度試驗結果，振動成型試件水泥劑量3.5∶100時，試件強度均大于設計強度，因此如根據振動成型試驗結果，考慮施工拌和等因素，則水泥劑量確定為3.5∶100。

2.3　施工檢測及結果

由設計結果，以及實際施工效果可見，振動法設計的水泥碎石級配要求嚴格、密度大(壓實標準高)、水泥劑量小、強度高，以現有的施工機械，可以將級配控制在級配范圍之內、壓實設備能達到振動法要求的壓實度、現場混合料強度能滿足設計要求。

(1) 施工設備配置及碾壓工藝。部分標段施工設備配置見表3。

表3　各標段施工設備配置

碾壓工藝如下。YZ220靜壓1遍+YZ220強振4 遍+YZ220弱振1遍+YL160輪胎壓路機碾壓1遍，共碾壓7遍。 以振動擊實試驗確定的最大干密度作為標準密度評定壓實度，用灌砂法測定壓實度，從試驗檢測結果來看，能滿足標準要求。

(2) 級配檢驗。現場取料篩分檢驗結果，見表4。檢驗結果表明生產中的級配可控制在設計級配范圍之內，說明設計級配范圍確定的范圍合理。

表4　水泥穩定碎石現場級配

(3) 基層表觀及心樣強度。現場攤鋪、碾壓過程中均未出現明顯的離析現象，碾壓后的基層表面粗糙、均勻。 試驗段心樣強度為6.9 MPa，室內靜壓試件抗壓強度為4.4 MPa，室內振動成型試件抗壓強度為7.2 MPa。表明振動成型方式與現場振動碾壓效果更為吻合。

(4) 基層裂縫統計分析。為了分析試驗數據，選取了2個段落分別施工采用靜力法和振動成型法設計的水穩碎石基層，K1+000～K1+500段左幅施工采用靜力法設計的水穩碎石基層(稱為對比段)，右幅施工采用振動成型法設計的水穩碎石基層(稱為試驗段)，該段基層于2013年9月份完工，2013年11月份完成基層裂縫調查，見表5。

表5　基層裂縫統計

由表5可見，右幅試驗段裂縫數量較少，平均裂縫間距為45 m/條。而左幅對比段裂縫數量較多，平均裂縫間距為24 m/條。右幅試驗段裂縫數量明顯比左幅對比段裂縫要少得多，這說明采用振動成型法設計的水穩碎石基層減少裂縫的效果非常顯著。

3經濟效益分析

使用振動法設計半剛性基層的效益估算如下。標段全長4.25 km，水穩施工長度為4.25 km，其中20 cm 水穩定碎石基層13 600 m2，共計136 000×0.2 m×2.4 t/m3=65 280 t。與原設計相比，應用振動成型法設計的水泥穩定碎石基層材料，可降低水泥劑量1.5 %。水泥價格為360 元/t，進行經濟效益計算，節省水泥按1.5%計算，項目工程造價可節省65 280 t×1.5%×360 元/t=35.3萬元。 另外，水泥劑量的減少，可以降低基層收縮裂縫。根據已有工程的應用情況分析，傳統設計的水穩基層平均開裂間距一般在20～30 m左右，按最保守估計，應用振動成型法設計的骨架密實水泥穩定碎石基層平均開裂間距至少在40 m以上。此外，由于裂縫減少，極大地減少了養護工作和養護費用。養護工作的減少所帶來的社會效益也是非常巨大的。

4結語

(1) 規范所用的重型擊實法確定的半剛性材料最大干密度過小，以此為標準控制現場壓實度存在質量隱患，而用振動法確定的混合料干密度控制現場質量更為合理。

(2) 成型方式對混合料強度有顯著影響，振動成型試件抗壓強度遠大于靜壓成型試件抗壓強度。用靜壓法確定的混合料強度控制現場施工要求過高，導致水泥劑量過大，根據現場強度檢測結果及振動法優化結果，認為在靜壓法確定的水泥劑量的基礎上降低水泥劑量1～1.5%是合理的，不僅降低了工程造價，滿足強度設計要求，更重要的是顯著提高了半剛性基層的抗裂能力。

(3) 振動成型法除了通過增加壓路機來提高壓實程度外，最重要的還是材料的配比得到了改進，減少了水泥用量，真正實現了節能減排，更重要的是可以徹底解決瀝青路面的裂縫問題。

參考文獻

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