振動擊實法與重型擊實法的優(yōu)劣

1、淺談重型擊實法與振動擊實法的優(yōu)劣比較重型擊實法源于土工試驗，用以確定土壤的最大干密度和最佳含水量，以計算天然土體密實度。重型擊實法應(yīng)用時間長，規(guī)范成熟，積累了大量的試驗數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗。在確定細(xì)粒土（或者說土顆粒最大粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于擊實筒直徑時）的最大干密度和最佳含水量時，重型擊實法得到的試驗結(jié)果還是比較準(zhǔn)確的，與實際工程也較為符合?？梢坏┝匠^一定限度，重型擊實法就不再適用，在擊實過程中，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結(jié)果。重型擊實對裝料的均勻性也較為敏感，這就意味著不同的試驗人員操作同一批試驗，最終得到的試驗數(shù)據(jù)可能相差甚遠(yuǎn)。此外，重型擊實還容易造成粗集料的破碎

2、，從而改變了原土樣的級配重型擊實法之所以存在這樣的問題，根本原因在于土顆?；蛘咚槭w粒在外力作用下達(dá)到密實不僅需要一個能使其相互靠攏的合外壓力，還需要一個使土顆粒尤其是粗顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動的合外力，土體顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，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)動位置到穩(wěn)定的低能狀態(tài)，而這一過程就是土體顆粒在外力作用下不斷趨于靠攏而密實的過程。重型擊實法恰恰缺乏這樣一個使土體顆粒發(fā)生轉(zhuǎn)動的力，或者說這個力的效果不明顯。要知道，土體顆粒越粗，需要的這樣一個力就越大。適量的水的存在可以改善土體的密實程度，減少土體顆粒轉(zhuǎn)動密實時需要的外力，適量的水的存在可以起到潤滑作用，從而縮短土體顆粒相互靠攏

3、密實的時間。但是，過量的水卻恰好相反，過量的水使得包裹土顆粒的水膜變厚，甚至出現(xiàn)自由水。過厚的水膜和自由水的存在會在土體中形成“彈簧效應(yīng)”，使得土體無法達(dá)到最佳密實狀態(tài)。通過以上分析，我們初步了解了土體密實過程以及影響土體密實主要因素，包括試驗方法，土體顆粒大小，含水量。此外，土質(zhì)也會對擊實造成影響。實際工程中，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。由于重型擊實法固有的一些缺點，導(dǎo)致其在進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計時遇到問題。實踐表明，重型擊實法得到的最大干密度偏小，隨著大噸位壓路機(jī)的使用和對路面結(jié)構(gòu)層壓實度的高要求，采用重型擊實法得到的最大干密度來計算路面壓實度往

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

5、法的標(biāo)準(zhǔn)化（振動頻率、時間、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，提出采用骨架密實型級配和低劑量水泥，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。振動成型試驗機(jī)的最初設(shè)計思想也是來源于Superpave的旋轉(zhuǎn)壓實，如果將傳統(tǒng)馬歇爾試驗比作重型擊實試驗，那振動成型試驗就好比SHRP的旋轉(zhuǎn)剪切試驗，前者增加了振動效應(yīng)，模擬了水泥穩(wěn)定碎石在鋼輪壓路機(jī)振動碾壓的過程，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)搓揉碾壓的過程。大量的試驗結(jié)果

6、表明，在進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計時，振動成型法得到的最佳水泥劑量較重型擊實減小，最佳含水量減小，最大干密度增大。振動成型法由于在擊實過程中增加了振動外力，使得土體顆粒獲得了轉(zhuǎn)動能量，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Ψ€(wěn)定狀態(tài)，顆粒之間縫隙趨于最小，土體變得更加密實。對于骨架密實型級配，粗集料在振動外力作用下，不斷轉(zhuǎn)動實現(xiàn)重排，最終形成穩(wěn)定的骨架。因此，采用振動成型法進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比設(shè)計時，最大干密度較重型擊實法增大，且由于振動外力作用，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，混合料原有級配不會遭到破壞。由于振動外力作用，土顆粒獲得

7、了轉(zhuǎn)動能量，可以減少其對水的依賴，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裂問題得以解決。采用振動成型法進(jìn)行水穩(wěn)碎石混合料配合比設(shè)計需注意的問題。振動成型法較重型擊實法有許多改進(jìn)的地方。但是，在實際工程應(yīng)用時，還必須注意以下幾點：首先，振動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)下的振動碾壓過程，但必須注意到二者還是存在很大差異。

8、室內(nèi)振動成型儀中的土體實際上是在四周完全約束的條件下完成振動密實過程的，而這種振動是三維立體式的振動，振動頻率，振幅和擊振力都與施工現(xiàn)場有明顯差異?，F(xiàn)場壓路機(jī)的振動通常只是施加一個自上而下的豎向擊振力，而室內(nèi)振動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，是一個三維的立體式的振動效應(yīng)。這種三維立體式的振動將更有利于土體顆粒的重排密實，因此，室內(nèi)振動成型得到的混合料骨架要好于施工現(xiàn)場，強(qiáng)度自然也要高于施工現(xiàn)場。如果僅僅根據(jù)振動成型法得到的強(qiáng)度來確定混合料最佳水泥劑量，將會出現(xiàn)水泥劑量較過去大幅減少的情形。就目前水泥穩(wěn)定碎石振動成型法尚未大規(guī)模使用之前，對于振動成型強(qiáng)度只能夠作為參考，在確定最佳水泥劑量時還是要以重型擊實法得到的強(qiáng)度為主要參考對象，綜合振動成型法得到的強(qiáng)度之后確定最后的最佳水泥劑量。對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)，壓實功較比以往有大幅提高，實際施工時，可以采用振動成型法得到的最佳含水量。最大干密度則應(yīng)該采用振動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（重載交通）其次，采用振動成型法進(jìn)行水泥穩(wěn)定碎石混合料設(shè)計時，要根據(jù)原材料的實際情況，級配情況來選擇合理的振動參數(shù)，包括