振動(dòng)擊實(shí)法與重型擊實(shí)法的優(yōu)劣

1、淺談重型擊實(shí)法與振動(dòng)擊實(shí)法的優(yōu)劣比較重型擊實(shí)法源于土工試驗(yàn)，用以確定土壤的最大干密度和最佳含水量，以計(jì)算天然土體密實(shí)度。重型擊實(shí)法應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，規(guī)范成熟，積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在確定細(xì)粒土（或者說(shuō)土顆粒最大粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于擊實(shí)筒直徑時(shí)）的最大干密度和最佳含水量時(shí)，重型擊實(shí)法得到的試驗(yàn)結(jié)果還是比較準(zhǔn)確的，與實(shí)際工程也較為符合?？梢坏┝匠^(guò)一定限度，重型擊實(shí)法就不再適用，在擊實(shí)過(guò)程中，土顆粒尤其是粗顆粒的初始位置狀態(tài)、自身形狀將極大的影響最終試驗(yàn)結(jié)果。重型擊實(shí)對(duì)裝料的均勻性也較為敏感，這就意味著不同的試驗(yàn)人員操作同一批試驗(yàn)，最終得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能相差甚遠(yuǎn)。此外，重型擊實(shí)還容易造成粗集料的破碎

2、，從而改變了原土樣的級(jí)配重型擊實(shí)法之所以存在這樣的問(wèn)題，根本原因在于土顆粒或者碎石顆粒在外力作用下達(dá)到密實(shí)不僅需要一個(gè)能使其相互靠攏的合外壓力，還需要一個(gè)使土顆粒尤其是粗顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的合外力，土體顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而不斷改變自身在土體中的位置狀態(tài)，從不穩(wěn)定的高能狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)位置到穩(wěn)定的低能狀態(tài)，而這一過(guò)程就是土體顆粒在外力作用下不斷趨于靠攏而密實(shí)的過(guò)程。重型擊實(shí)法恰恰缺乏這樣一個(gè)使土體顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的力，或者說(shuō)這個(gè)力的效果不明顯。要知道，土體顆粒越粗，需要的這樣一個(gè)力就越大。適量的水的存在可以改善土體的密實(shí)程度，減少土體顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)密實(shí)時(shí)需要的外力，適量的水的存在可以起到潤(rùn)滑作用，從而縮短土體顆粒相互靠攏

3、密實(shí)的時(shí)間。但是，過(guò)量的水卻恰好相反，過(guò)量的水使得包裹土顆粒的水膜變厚，甚至出現(xiàn)自由水。過(guò)厚的水膜和自由水的存在會(huì)在土體中形成“彈簧效應(yīng)”，使得土體無(wú)法達(dá)到最佳密實(shí)狀態(tài)。通過(guò)以上分析，我們初步了解了土體密實(shí)過(guò)程以及影響土體密實(shí)主要因素，包括試驗(yàn)方法，土體顆粒大小，含水量。此外，土質(zhì)也會(huì)對(duì)擊實(shí)造成影響。實(shí)際工程中，一般材料確定之后，土質(zhì)的影響就是一定的，可不作為影響因素考慮。由于重型擊實(shí)法固有的一些缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)遇到問(wèn)題。實(shí)踐表明，重型擊實(shí)法得到的最大干密度偏小，隨著大噸位壓路機(jī)的使用和對(duì)路面結(jié)構(gòu)層壓實(shí)度的高要求，采用重型擊實(shí)法得到的最大干密度來(lái)計(jì)算路面壓實(shí)度往

4、往會(huì)發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度很容易就滿足規(guī)范的要求，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了規(guī)范的要求，達(dá)到100以上。這說(shuō)明在當(dāng)前路面施工的實(shí)際情況下，對(duì)于重載交通道路而言，采用重型擊實(shí)法得到的最大干密度偏小，用它計(jì)算的路面壓實(shí)度來(lái)進(jìn)行施工質(zhì)量的控制已無(wú)法滿足實(shí)際要求。此外，重型擊實(shí)法的成型過(guò)程與路面實(shí)際的碾壓過(guò)程不一致，這也導(dǎo)致了重型擊實(shí)法得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與施工實(shí)際不匹配?；谝陨蠁?wèn)題，長(zhǎng)安大學(xué)開(kāi)展了水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)成型方法的研究并率先研制開(kāi)發(fā)了水泥穩(wěn)定碎石混合料振動(dòng)成型試驗(yàn)機(jī)。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究工作，取得了一些關(guān)鍵性的研究成果，如關(guān)于水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配的優(yōu)化、最佳水泥劑量和最佳含水量的確定、振動(dòng)成型方

5、法的標(biāo)準(zhǔn)化（振動(dòng)頻率、時(shí)間、振幅、擊振力）等。江蘇省交通科學(xué)研究院在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了抗裂型水泥穩(wěn)定碎石基層的研究，提出采用骨架密實(shí)型級(jí)配和低劑量水泥，獲得強(qiáng)度和耐久性均滿足要求的水泥穩(wěn)定碎石混合料，做到了水泥穩(wěn)定碎石基層不開(kāi)裂，從而大大減少了半剛性基層瀝青路面的反射裂縫，提高了半剛性基層瀝青路面的使用壽命。振動(dòng)成型試驗(yàn)機(jī)的最初設(shè)計(jì)思想也是來(lái)源于Superpave的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，如果將傳統(tǒng)馬歇爾試驗(yàn)比作重型擊實(shí)試驗(yàn)，那振動(dòng)成型試驗(yàn)就好比SHRP的旋轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)，前者增加了振動(dòng)效應(yīng)，模擬了水泥穩(wěn)定碎石在鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)碾壓的過(guò)程，后者增加了旋轉(zhuǎn)搓揉，模擬了瀝青混合料在輪胎壓路機(jī)搓揉碾壓的過(guò)程。大量的試驗(yàn)結(jié)果

6、表明，在進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，振動(dòng)成型法得到的最佳水泥劑量較重型擊實(shí)減小，最佳含水量減小，最大干密度增大。振動(dòng)成型法由于在擊實(shí)過(guò)程中增加了振動(dòng)外力，使得土體顆粒獲得了轉(zhuǎn)動(dòng)能量，土顆粒重排率大大增加，大量的土顆粒由不穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定狀態(tài)，顆粒之間縫隙趨于最小，土體變得更加密實(shí)。對(duì)于骨架密實(shí)型級(jí)配，粗集料在振動(dòng)外力作用下，不斷轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)重排，最終形成穩(wěn)定的骨架。因此，采用振動(dòng)成型法進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，最大干密度較重型擊實(shí)法增大，且由于振動(dòng)外力作用，粗集料不斷改變自身位置以適應(yīng)擊振外力的作用，不至于出現(xiàn)壓碎現(xiàn)象，混合料原有級(jí)配不會(huì)遭到破壞。由于振動(dòng)外力作用，土顆粒獲得

7、了轉(zhuǎn)動(dòng)能量，可以減少其對(duì)水的依賴(lài)，從而減少水用量。此外，由于粗集料的骨架效應(yīng)，混合料成型后強(qiáng)度主要依靠粗集料相互嵌擠形成的骨架，而不是依靠水泥膠漿的強(qiáng)度，因此，振動(dòng)成型的試件強(qiáng)度大幅提高，而水泥劑量則相比大幅下降。水泥劑量的減少，也使得用水量的大幅減少。最終水穩(wěn)混合料的干縮和溫縮得以減少，困擾廣大道路工作者的半剛性基層開(kāi)裂問(wèn)題得以解決。采用振動(dòng)成型法進(jìn)行水穩(wěn)碎石混合料配合比設(shè)計(jì)需注意的問(wèn)題。振動(dòng)成型法較重型擊實(shí)法有許多改進(jìn)的地方。但是，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，還必須注意以下幾點(diǎn)：首先，振動(dòng)成型法雖然能夠在一定程度上模擬水泥穩(wěn)定碎石混合料在鋼輪壓路機(jī)下的振動(dòng)碾壓過(guò)程，但必須注意到二者還是存在很大差異。

8、室內(nèi)振動(dòng)成型儀中的土體實(shí)際上是在四周完全約束的條件下完成振動(dòng)密實(shí)過(guò)程的，而這種振動(dòng)是三維立體式的振動(dòng)，振動(dòng)頻率，振幅和擊振力都與施工現(xiàn)場(chǎng)有明顯差異?，F(xiàn)場(chǎng)壓路機(jī)的振動(dòng)通常只是施加一個(gè)自上而下的豎向擊振力，而室內(nèi)振動(dòng)成型儀施加給土體的不僅有豎向擊振力，還有水平向的擊振力，是一個(gè)三維的立體式的振動(dòng)效應(yīng)。這種三維立體式的振動(dòng)將更有利于土體顆粒的重排密實(shí)，因此，室內(nèi)振動(dòng)成型得到的混合料骨架要好于施工現(xiàn)場(chǎng)，強(qiáng)度自然也要高于施工現(xiàn)場(chǎng)。如果僅僅根據(jù)振動(dòng)成型法得到的強(qiáng)度來(lái)確定混合料最佳水泥劑量，將會(huì)出現(xiàn)水泥劑量較過(guò)去大幅減少的情形。就目前水泥穩(wěn)定碎石振動(dòng)成型法尚未大規(guī)模使用之前，對(duì)于振動(dòng)成型強(qiáng)度只能夠作為參考，在確定最佳水泥劑量時(shí)還是要以重型擊實(shí)法得到的強(qiáng)度為主要參考對(duì)象，綜合振動(dòng)成型法得到的強(qiáng)度之后確定最后的最佳水泥劑量。對(duì)于最佳含水量的確定，由于現(xiàn)在多采用大噸位的壓路機(jī)，壓實(shí)功較比以往有大幅提高，實(shí)際施工時(shí)，可以采用振動(dòng)成型法得到的最佳含水量。最大干密度則應(yīng)該采用振動(dòng)成型法得到的最大干密度，這樣有利于施工質(zhì)量的控制，提高路面壓實(shí)度，保證路面有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以適應(yīng)日益嚴(yán)峻的交通形勢(shì)（重載交通）其次，采用振動(dòng)成型法進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)原材料的實(shí)際情況，級(jí)配情況來(lái)選擇合理的振動(dòng)參數(shù)，包括