探討四川高速公路水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層最大干密度確定方法

左貴寧

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610041）

0 引言

水泥穩(wěn)定碎石是四川高速公路路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型中基層、底基層的主要形式，具有易施工、強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是適宜我國(guó)高速公路路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型設(shè)計(jì)理念“強(qiáng)基薄面”中最理想的基層、底基層結(jié)構(gòu)形式。但由于水泥穩(wěn)定碎石是以水泥作為結(jié)合料的半剛性材料，受水泥的水化特性而產(chǎn)生的溫縮、干縮裂縫不可避免。如何減少減緩水泥穩(wěn)定碎石裂縫的發(fā)生發(fā)展，是工程人長(zhǎng)久以來(lái)研究的課題。從研究結(jié)果來(lái)看，水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層的壓實(shí)度是影響其開(kāi)裂的主要因素之一。水泥穩(wěn)定碎石的最大干密度作為判定水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層壓實(shí)度是否滿(mǎn)足要求的基礎(chǔ)指標(biāo)，其取值是否為“真值”，直接影響整個(gè)結(jié)構(gòu)層的質(zhì)量和性能。本文結(jié)合近十年來(lái)四川數(shù)條新建高速公路水泥穩(wěn)定碎石最大干密度取值方法，并調(diào)查通車(chē)數(shù)年后使用情況，探討如何選取適宜四川地區(qū)水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層的最大干密度。

1 最大干密度取值方法演變及其局限性

在2006年前，四川高速公路水泥穩(wěn)定碎石主要采用懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，其細(xì)集料含量偏多，易于壓實(shí)，最大干密度取值采用重型擊實(shí)法得出。這與當(dāng)時(shí)配合比設(shè)計(jì)原理、現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)機(jī)具配置相匹配。

2010 年前后，隨著交通量增大，原有設(shè)計(jì)理念下的水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度低、水泥劑量大、反射裂縫嚴(yán)重的缺點(diǎn)越發(fā)明顯。因此根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50-2006）與《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E51-2009），四川省新建高速公路水泥穩(wěn)定碎石層開(kāi)始采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，其干密度取值推薦采用振動(dòng)成型法得出。但是由于振動(dòng)成型試驗(yàn)受機(jī)器、人為因素影響較大，試驗(yàn)結(jié)果離散型也較大，飽受爭(zhēng)議。

而隨著2015年頒布并實(shí)施的《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT F20-2015），其推薦級(jí)配和推薦水泥劑量發(fā)生重大變化，并且推薦確定水泥穩(wěn)定碎石最大干密度指標(biāo)時(shí)宜采用重型擊實(shí)方法。

根據(jù)近年來(lái)四川新建高速公路水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層施工情況和通車(chē)使用情況來(lái)看，采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層開(kāi)裂情況明顯少于采用懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層；采用重型擊實(shí)法得出的最大干密度為標(biāo)準(zhǔn)密度，現(xiàn)場(chǎng)施工壓實(shí)度極易達(dá)到，且水泥劑量偏大，開(kāi)裂情況較多；而采用振動(dòng)成型法得出的最大干密度波動(dòng)性、變異性較大，現(xiàn)場(chǎng)也曾出現(xiàn)壓實(shí)度超百的現(xiàn)象。因此，采用何種結(jié)構(gòu)形式的級(jí)配，如何選取合理的方法確定最大干密度，是提高水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層質(zhì)量，防止早期病害發(fā)生的重要手段。

2 級(jí)配選擇和最大干密度確定方法

《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT F20-2015）中表4.5.4推薦C-B-1、C-B-2、為高速公路基層、底基層級(jí)配，混合料密實(shí)時(shí)也可采用級(jí)配C-B-3。而在四川省實(shí)際施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，C-B-1、C-B-2級(jí)配為懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，按照其推薦通過(guò)率進(jìn)行設(shè)計(jì)，水泥劑量偏高，強(qiáng)度過(guò)高，尤其是在清明前后晝夜溫差較大的情況下，水穩(wěn)碎石結(jié)構(gòu)層開(kāi)裂嚴(yán)重；C-B-3級(jí)配為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，但其4.75mm通過(guò)率上限32%過(guò)低，實(shí)際施工過(guò)程中極易出現(xiàn)局部離析，易發(fā)生早期松散、坑槽等水損壞。鑒于規(guī)范推薦級(jí)配用于四川地區(qū)具有一定的局限性，因此結(jié)合C-B-1和C-B-3，提出了適宜于四川地區(qū)的水泥穩(wěn)定碎石基層、底基層推薦級(jí)配（見(jiàn)表1）。

表1 《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》推薦級(jí)配及四川地區(qū)推薦級(jí)配

根據(jù)多條高速公路試驗(yàn)結(jié)果，采用振動(dòng)成型得到的最大干密度一般為1.01～1.03倍采用重型擊實(shí)得到的干密度。而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，如按照《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTGT F20-2015）的推薦方法采用重型擊實(shí)法獲得的干密度作為標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度常常超百。因此我省一般將室內(nèi)重型擊實(shí)試驗(yàn)法確定的最大干密度乘以一個(gè)系數(shù)作為壓實(shí)度評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)密度。該系數(shù)與用于水泥穩(wěn)定碎石的碎石材質(zhì)有關(guān)，一般建議卵石采用1.02，灰?guī)r采用1.03。

3 基于現(xiàn)場(chǎng)最大壓實(shí)度的最大干密度確定方法

近年來(lái)隨著壓路機(jī)噸位逐漸提高，施工水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層的單鋼輪壓路機(jī)噸位普遍在26噸以上，甚至出現(xiàn)了30噸、32噸的重型壓路機(jī)；碾壓工藝也得到了改善，逐漸開(kāi)始采用鋼輪壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)相結(jié)合的碾壓工藝。因此，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)功遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室內(nèi)試驗(yàn)的擊實(shí)功，在多條高速公路在建過(guò)程中出現(xiàn)了壓實(shí)度普遍偏高，甚至頻繁超百的情況。因此，部分高速公路根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)效果，在試驗(yàn)室測(cè)得的最大干密度的數(shù)值上，進(jìn)行了數(shù)值修訂，如成仁高速公路LM2標(biāo)將試驗(yàn)室最大干密度從2.416修成為2.427，遂西高速公路LM1標(biāo)則從2.351修正到2.362。 為進(jìn)一步探討現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓實(shí)功與最大干密度的關(guān)系，又在雅康高速LM2和成資渝高速TJ7標(biāo)段開(kāi)展基于現(xiàn)場(chǎng)最大壓實(shí)度，通過(guò)保證率系數(shù)確定最大干密度的方法。以雅康高速LM2標(biāo)二工區(qū)水泥穩(wěn)定碎石底基層施工為例，試驗(yàn)室采用重型擊實(shí)得到最大干密度為2.310，為保證水穩(wěn)壓實(shí)度，首先采用重型擊實(shí)干密度乘以1.03系數(shù)的方法，以2.310×1.03=2.379作為最大干密度來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度。在試驗(yàn)段鋪筑過(guò)程中，采用雙鋼輪靜壓一遍，單鋼輪前進(jìn)靜壓后退微振一遍后，檢測(cè)單鋼輪每強(qiáng)振一遍后的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度。強(qiáng)振1～5遍的現(xiàn)場(chǎng)干密度分別為2.260，2.307，2.331，2.375，2.355。如果以室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)2.379作為最大干密度來(lái)控制，底基層要求97%合格率，則現(xiàn)場(chǎng)在強(qiáng)振兩遍之后，已經(jīng)基本滿(mǎn)足壓實(shí)度要求。而實(shí)際情況則繼續(xù)碾壓第三遍、第四遍，其現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度仍在繼續(xù)提高，到強(qiáng)振四遍時(shí)達(dá)到最大壓實(shí)密度2.375，此時(shí)壓實(shí)度已經(jīng)達(dá)到99.8%。顯然，以試驗(yàn)室為基準(zhǔn)的最大干密度，已經(jīng)不足以表征現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際壓實(shí)度。通過(guò)多次試驗(yàn)路比較，最后采用基于現(xiàn)場(chǎng)最大壓實(shí)度，即2.375作為其最不利因素下的合格壓實(shí)密度，并考慮到試驗(yàn)段的特殊性，給予1%的富裕系數(shù)，確定評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度的最大標(biāo)準(zhǔn)干密度為2.375÷98%=2.423。

4 結(jié)語(yǔ)

采用人工修正或基于現(xiàn)場(chǎng)最大壓實(shí)度修正的最大干密度，均比試驗(yàn)室得到的最大干密度要高出2%～3%。通過(guò)多條高速公路建設(shè)過(guò)程中的試驗(yàn)，以基于現(xiàn)場(chǎng)最大壓實(shí)度修正的最大干密度為控制壓實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)密度，可以通過(guò)大噸位壓實(shí)設(shè)備和碾壓工藝優(yōu)化達(dá)到99.5%以上合格率，同時(shí)有效的提高了水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層的壓實(shí)度，減少減緩了水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層干縮、溫縮裂縫的產(chǎn)生，有效防止了瀝青路面早期病害的發(fā)展。2012年通車(chē)的成仁高速、2015年通車(chē)的遂西高速，2018年通車(chē)的雅西高速至今均無(wú)明顯的基層、底基層反射裂縫。