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《北方交通》2014年第五期

1重型擊實(shí)法與振動(dòng)壓實(shí)法對(duì)比分析

1.1試驗(yàn)機(jī)理由于重型擊實(shí)法有著較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用和較成熟的規(guī)范，故積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。重型擊實(shí)法在確定細(xì)顆粒土樣的最佳含水量和最大干密度時(shí)還是較為準(zhǔn)確的，但在粒徑超過(guò)一定的尺寸后，擊實(shí)結(jié)果顯現(xiàn)出較大的離散性，效果不理想。并且，重型擊實(shí)對(duì)裝料的均勻性較為敏感，在不同的試驗(yàn)人員的操作下，同一批試料的試驗(yàn)結(jié)果可能大不相同。同時(shí)，試驗(yàn)的錘擊過(guò)程還有可能將部分粗集料擊碎進(jìn)而改變其原本的顆粒級(jí)配。重型擊實(shí)法存在這樣的缺點(diǎn)，其原因在于土體不但需要一種外界壓力使土粒相互靠近最后達(dá)到密實(shí)狀態(tài)，更需要一個(gè)合外力來(lái)使土顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)以釋放能量從而不斷調(diào)整其在土體中的位置，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而重型擊實(shí)法缺乏這樣一個(gè)使土體顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力。振動(dòng)壓實(shí)改變了材料間的摩擦狀態(tài)，激發(fā)材料的動(dòng)能使其相互移動(dòng)嵌擠，形成的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，而且在振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中只有表面的部分集料存在被壓碎的可能，內(nèi)部的粗集料基本不可能被壓碎，不會(huì)改變?cè)械募?jí)配組成。施工建設(shè)中隨著對(duì)大噸位壓路機(jī)的使用越來(lái)越多以及對(duì)結(jié)構(gòu)層壓實(shí)度要求不斷的提高，依然采用重型擊實(shí)法得到的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算路面壓實(shí)度的話經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)壓實(shí)度超百的現(xiàn)象。這些都說(shuō)明了在當(dāng)前路面施工的情況下，采用重型擊實(shí)法測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行施工質(zhì)量的控制已無(wú)法滿足實(shí)際要求。

1.2試驗(yàn)參數(shù)混合料配合比為碎石混合料∶石屑=1∶1，水泥含量4.5%。分別采用傳統(tǒng)重型擊實(shí)和振動(dòng)擊實(shí)測(cè)定最佳含水量和最大干密度。重型擊實(shí)法試驗(yàn)參數(shù):采用大型號(hào)擊實(shí)筒，內(nèi)徑152mm、高170mm的金屬圓筒，套環(huán)高50mm，直徑151mm和高50mm的筒內(nèi)墊塊，底座。擊錘的底面直徑50mm，總質(zhì)量4.5kg。擊錘在導(dǎo)管內(nèi)的總行程為450mm，落高為450mm，分3次添加試料，每層錘擊次數(shù)98次。振動(dòng)擊實(shí)法試驗(yàn)參數(shù):靜壓力:1900N;激振力:6800～6900N;振動(dòng)頻率:28～30Hz;鋼模:內(nèi)徑152mm、高170mm、壁厚10mm;鋼模套環(huán):內(nèi)徑152mm、高50mm、壁厚10mm。振動(dòng)擊實(shí)的時(shí)間分別采用75s和100s，振動(dòng)頻率采用29Hz。

1.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析重型擊實(shí)法數(shù)據(jù)分析:以干密度為縱坐標(biāo)，含水量為橫坐標(biāo)，繪制含水量－干密度關(guān)系曲線。將試驗(yàn)各點(diǎn)采用二次曲線方法進(jìn)行擬合，擬合曲線的峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含水量、干密度即為最佳含水量和最大干密度。振動(dòng)擊實(shí)法數(shù)據(jù)分析:以干密度為縱坐標(biāo)，含水量為橫坐標(biāo)，在直角坐標(biāo)紙上繪制含水量－干密度關(guān)系曲線。不需進(jìn)行二次曲線的擬合，凸形曲線頂點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)直接為穩(wěn)定材料的最大干密度和最佳含水量。

1.4試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(圖4～圖6)與靜壓法相比，振動(dòng)75s方案最大干密度由2.373g/cm3增加到2.424g/cm3，增加幅度為2.1%;振動(dòng)100s方案最大干密度增加到2.468g/cm3，增加幅度為4.0%。含水量的變化體現(xiàn)在隨著最大干密度的增加，最佳含水量有所下降。

2靜壓法與振動(dòng)法對(duì)強(qiáng)度的影響

2.1靜壓法工作原理靜壓法成型試件的方法與鋼輪壓路機(jī)滾壓機(jī)理相同。重型擊實(shí)法確定的最佳含水量偏高致使靜壓成型時(shí)有多余的水分流出帶走了部分水泥漿，在事實(shí)上造成了水泥劑量的降低，這一點(diǎn)是造成壓法成型試件強(qiáng)度低于振動(dòng)法成型試件強(qiáng)度的一個(gè)原因。

2.2振動(dòng)法工作原理為了更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)，振動(dòng)法作為一種新型試驗(yàn)方法，納入了2009版《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》。振動(dòng)壓實(shí)減小了材料間的摩阻力，引發(fā)了材料間摩擦力由靜摩擦到動(dòng)摩擦的轉(zhuǎn)化，并且在振動(dòng)的工程中只有表面的少量集料可能被振碎，內(nèi)部的粗集料基本不可能破碎，不會(huì)破壞試件的骨架結(jié)構(gòu);振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中在表面振動(dòng)器的作用下，顆粒間更容易發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互擠壓、嵌入。并且，振動(dòng)過(guò)程會(huì)促進(jìn)水分子的運(yùn)動(dòng)，激發(fā)水分子的動(dòng)能使其較容易地?cái)D入材料顆粒間的空隙中，容易使混合料達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。因此，振動(dòng)法成型試件測(cè)得的強(qiáng)度比傳統(tǒng)靜壓法要大得多。

2.3不同成型方式強(qiáng)度對(duì)比按施工配合比拌和混合料，水泥劑量4.5%，分別采用靜壓成型和振動(dòng)成型試件，壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)為97%。其中振動(dòng)成型采用75s和100s兩種成型時(shí)間，獲得的7d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)圖7。從圖7可見(jiàn)，靜壓成型的平均強(qiáng)度值為3.68MPa，振動(dòng)75s條件下的平均值為5.87MPa，比靜壓成型提高了60%;振動(dòng)100s條件下的平均值為8.06MPa，比靜壓成型提高了119%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取芯的對(duì)應(yīng)強(qiáng)度平均值為6.04MPa。度與現(xiàn)場(chǎng)芯樣的數(shù)值最為接近，是現(xiàn)場(chǎng)芯樣強(qiáng)度的0.97倍，可見(jiàn)振動(dòng)成型與施工過(guò)程中的碾壓過(guò)程相似度最大。振動(dòng)法成型的試件不僅在強(qiáng)度上明顯大于靜壓法成型的試件，而且變異系數(shù)僅為靜壓成型試件的14.3%，說(shuō)明靜壓法下試件強(qiáng)度的差異性大，試件質(zhì)量有較大起伏，而振動(dòng)壓實(shí)成型的試件均一性好、代表性強(qiáng)、力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。結(jié)合不同成型試驗(yàn)儀器的工作特點(diǎn)，得出產(chǎn)生以上結(jié)論的原因?yàn)?重型擊實(shí)試驗(yàn)時(shí)容易將構(gòu)成骨架的粗集料擊碎，破壞了試件的骨架結(jié)構(gòu)，致使強(qiáng)度降低。因此，級(jí)配以及水泥劑量的改變是造成靜壓成型試件強(qiáng)度值小于振動(dòng)成型試件且強(qiáng)度變異系數(shù)大于振動(dòng)成型試件的主要原因。

3結(jié)論

(1)振動(dòng)成型法相比于傳統(tǒng)的重型擊實(shí)法來(lái)講最大干密度增加，最佳含水量降低。并隨著振動(dòng)時(shí)間由75s增加到100s這種變化呈現(xiàn)加劇趨勢(shì)。(2)成型方式對(duì)室內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果影響是較大的。振動(dòng)75s條件下的平均值比靜壓成型提高了60%;振動(dòng)100s條件下平均值比靜壓成型提高了119%。振動(dòng)時(shí)間為75s條件下的7d強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)芯樣的強(qiáng)度值最為接近，是現(xiàn)場(chǎng)芯樣強(qiáng)度的0.97倍，可見(jiàn)振動(dòng)成型與施工過(guò)程中的碾壓過(guò)程相似度最大。(3)經(jīng)振動(dòng)成型的試件比靜壓成型試件的強(qiáng)度變異系數(shù)減小14.3%，說(shuō)明了振動(dòng)成型法的優(yōu)越性，使得試件的性質(zhì)更良好、更穩(wěn)定。

作者：史海波單位：沈陽(yáng)市公路管理處