培训4：水稳振动成型法

1、东盟营造水泥稳定碎石振动成型试验方法研究水泥稳定碎石振动成型试验方法研究与施工技术与施工技术嘉绍路面施工养护嘉绍路面施工养护1 1标标20122012年年3 3月月9 9日日东盟营造主要内容主要内容 东盟营造现场芯样无侧限抗压强度大于室内强度现场芯样无侧限抗压强度大于室内强度东盟营造工程中为达到设计强度指标及保证路面芯样完整，提高水泥剂量几乎成为最有效的手段。水泥剂量高达到56以上几乎成为共识；水泥稳定碎石基层表面密实、特别是光滑事实上已成为水泥稳定碎石基层质量控制的重要标准；现有压实设备下，无需对施工工艺严格控制也能达到较高的压实度，压实度超百现象普遍存在，正是在压实度容易达到的情况下，基层

2、的压实反而被忽视。其实质是重型击实法确定的压实度标准偏低。 。东盟营造材料组材料组成与结成与结构构材材料料性性能能矿料级配矿料级配水泥剂量水泥剂量最佳含水最佳含水量量最大干密最大干密度度成型方式成型方式7d无侧限抗压强度无侧限抗压强度现场：振碾方式现场：振碾方式室内：击实方式室内：击实方式 静压方式静压方式矿料排列方式 东盟营造试件成型方法试件成型方法试件结构试件结构击实试验方法击实试验方法强度强度性能性能?东盟营造东盟营造东盟营造东盟营造东盟营造东盟营造东盟营造东盟营造东盟营造路面标段路面标段323323456789101139(MPa)6.21 8.05 7.43 7.62 7.59 7.

3、11 7.18 7.04 7.04 7.23 7.18 7.27 6.84 7.2(MPa)7.03 9.93 8.41 7.85 8.46 8.18.1 8.15 7.64 8.15 8.01 8.27 7.52 7.651.13 1.23 1.13 1.03 1.11 1.14 1.13 1.16 1.09 1.13 1.12 1.14 1.10 1.06( )0.95c xR( )0.95c zR( )0.95( )0.95c zc xRR振动方法成型试件和现场芯样7d无侧限抗压强度对比东盟营造东盟营造东盟营造东盟营造o 裂缝情况o 未发现任何裂缝东盟营造o 经济社会效益经济社会效益n

4、节约水泥节约水泥30%40%n 水泥稳定碎石基层材料费约水泥稳定碎石基层材料费约6。n 减少收缩裂缝，减少养护工作和养护费用。减少收缩裂缝，减少养护工作和养护费用。n 养护工作的减少，确保交通畅通。养护工作的减少，确保交通畅通。东盟营造o 重型击实试验方法分析2.322.332.342.352.362.372.382.392.444.24.44.64.855.25.45.65.8测试含水量（）干密度（g/cm3）悬浮密实级配+水泥剂量3.0悬浮密实级配+水泥剂量4.0悬浮密实级配+水泥剂量5.0骨架密实级配+水泥剂量3.0骨架密实级配+水泥剂量4.0骨架密实级配+水泥剂量5.0骨架密实级配:w

5、测试 = 0.6333w拌和 + 1.5033R2 = 0.965悬浮密实级配:w测试 = 0.6333w拌和 + 1.55R2 = 0.960144.24.44.64.855.25.45.65.844.555.566.5拌和含水量（）测试含水量（）悬浮密实级配骨架密实级配线性 (骨架密实级配)线性 (悬浮密实级配)重型击实试验结果拌和含水量和测试含水量之间关系东盟营造o 重型击实试验方法分析 重型击实方法已落后生产实际重型击实方法已落后生产实际 含水量测试方法不科学含水量测试方法不科学 模拟效果差、试验重现性差和操作烦杂模拟效果差、试验重现性差和操作烦杂东盟营造o 静压成型试件方法分析水泥剂

6、量（）骨架密实悬浮密实最佳含水量（）成型后含水量（）含水量差值（）含水量损失率（）最佳含水量（）成型后含水量（）含水量差值（）含水量损失率（）34.94.10.816.3 5.04.40.612.0 45.04.30.714.0 5.14.30.815.7 55.04.40.612.0 5.24.30.917.3 静压法成型前后含水量变化情况东盟营造o 静压成型试件方法分析静压成型试件方法分析:静压造成矿料级配变化静压造成矿料级配变化东盟营造（1）振动频率和工作频率（2）工作振幅与名义振幅（3）振动质量和上下车质量东盟营造2.052.102.152.202.252.302.352.402.45

7、2.502.5520 22 24 26 28 30 32 34 36工作频率（Hz）干密度（g/cm3）JJ0-S6X9JJ0-S10X15JJ60-S4X6JJ60-S6X92.052.102.152.202.252.302.352.402.452.502.5534567891011激振力（kN）干密度（g/cm3）JJ0-S6X9JJ0-S10X15JJ60-S4X6JJ60-S6X9图3-8 df0关系图 图3-9 dF0关系图工作频率对压实效果的影响 东盟营造2.502.512.52253035工作频率（Hz）干密度（g/cm3）JJ0-S3X5JJ0-S4X6JJ0-S6X9JJ0-

8、S8X122.482.492.502.51253035工作频率（Hz）干密度（g/cm3）JJ60-S3X5JJ60-S4X6JJ60-S6X9JJ60-S8X122.342.362.382.402.422.442.462.48253035工作频率（Hz）干密度（g/cm3）JJ120-S3X5JJ120-S4X6JJ120-S6X9JJ120-S8X122.322.362.402.442.482.522345678910 11激振力（kN）干密度（g/cm3）S3X5S4X6S6X9S8X12（a） 偏心块夹角0时 （b）偏心块夹角60时（c） 偏心块夹角120时不同配重时dF0关系图 图3

9、-11 df与F0f关系图 图3-12 Fs-和F0-响应曲线激振力对压实效果的影响 东盟营造 名义振幅、工作质量对压实效果的影响 2.482.492.52.512.522.532.542.552.56S3X5S4X6S5X8S6X9S7X11 S8X12S9X14 S10X15不同配重(块)干密度(g/cm3)2min3min4min5min6min2.482.492.52.512.522.532.542.552.56S3X5S4X6S5X8S6X9S7X11S8X12S9X14 S10X15不同配重(块)干密度(g/cm3)2min3min4min5min6min2.482.492.52.

10、512.522.532.542.552.56S3X5S4X6S5X8S6X9S7X11S8X12S9X14 S10X15不同配重(块)干密度(g/cm3)2min3min4min5min6min（a）偏心块夹角0频率25Hz （b）偏心块夹角0频率30Hz （c）偏心块夹角偏心块夹角0频率频率35Hz 2.472.482.492.52.512.522.532.542.552.56S2X3S3X5S4X6S5X8S6X9S8X12S10X15不同配重(块)干密度(g/cm3)2min3min4min5min6min2.472.482.492.52.512.522.532.542.552.56S2

11、X3S3X5S4X6S5X8S6X9S8X12S10X15不同配重(块)干密度(g/cm3)2min3min4min5min6min2.472.482.492.52.512.522.532.542.552.56S2X3S4X6S5X8S6X9S8X12S10X15不同配重(块)干密度(g/cm3)2min3min4min5min6min（a）偏心块夹角60频率25Hz （b）偏心块夹角60频率30Hz （c）偏心块夹角偏心块夹角60频率频率35Hz 东盟营造2.462.482.52.522.542.560.70.80.911.11.21.31.4名义振幅（mm）干密度（g/cm3）2min3m

12、in4min5min6min2.462.482.52.522.542.562.22.42.62.833.2工作重量（kN）干密度（g/cm3）2min3min4min5min6min（a）压实效果与名义振幅关系 （b）压实效果与工作重量关系东盟营造振动对级配衰退影响及振动参数选取原则 东盟营造东盟营造标标段段重型击实试验重型击实试验振动击实试验振动击实试验现场实测现场实测压实度（）压实度（）Wopt(%)dmax(g/cm3)Wopt(%)dmax(g/cm3)含水量含水量(%)干密度干密度(g/cm3)重型击实振动振动击实击实A25.62.424.62.464.52.43100.498.84

13、.82.43100.498.85.22.45101.299.6A34.42.434.02.524.22.48102.198.44.52.47101.698.04.32.50102.999.2A45.42.424.62.465.02.45101.299.64.82.42100.098.44.42.43100.498.8A55.32.404.22.494.82.46102.598.84.72.47102.999.24.22.44101.798.0A65.02.414.42.525.02.48102.998.44.62.48102.198.44.52.47102.598.0东盟营造振动试验方法验证及

14、与旧试验方法对比分析标段标段层位层位现场碾压所得现场碾压所得干密度（干密度（g/cm3）振动击实试振动击实试验测试值验测试值（g/cm3）重型击实试重型击实试验测试值验测试值（g/cm3）准确度（）准确度（）（测试值（测试值/参考值）参考值）实测值 参考值 柞柞小小高高速速32底底2.3822.4062.4112.331100.296.9基基2.3952.4192.4142.33899.896.733底底2.4132.4372.4372.369100.097.2基基2.4172.4412.4392.37899.997.4d0.99dmaxzdmaxjdmax0.99zddmax0.99jdd东

15、盟营造标段标段层位层位现场碾压所得现场碾压所得干密度（干密度（g/cm3）振动击实试振动击实试验测试值验测试值（g/cm3）重型击实试重型击实试验测试值验测试值（g/cm3）准确度（）准确度（）（测试值（测试值/参考值）参考值）宛宛坪坪高高速速公公路路2基基2.4292.4542.4612.421100.398.73基基2.4852.5102.5232.432100.596.94基基2.4452.4702.4622.42299.798.15基基2.4722.4972.4942.40399.996.26基基2.4942.5192.5222.414100.195.87基基2.5402.5662.5

16、632.46199.995.98基基2.5162.5412.5412.452100.096.59基基2.5312.5572.5642.454100.396.010基基2.4002.4242.4172.38399.798.311基基2.4982.5232.5212.44299.996.8 平均值平均值100.096.9 标准差标准差0.20.9东盟营造标段标段层位层位现场芯样现场芯样振动成型试件振动成型试件静压成型试件静压成型试件准确度（）准确度（）(MPa)(%)(MPa)(%)(MPa)(%)柞小柞小高速高速32底底5.027.115.477.211.689.81109.0 33.5 基基6

17、.216.207.037.402.078.30113.2 33.3 33底底6.677.217.613.001.7210.91114.1 25.8 基基8.057.419.935.411.9611.20123.4 24.3 宛坪宛坪高速高速公路公路2基基7.436.118.415.013.7911.62113.2 51.0 3基基7.626.957.856.853.2912.12103.0 43.2 4基基7.5926.308.465.583.339.85111.4 43.9 5基基7.117.068.106.153.428.89113.9 48.1 6基基7.185.608.105.123.

18、999.56112.8 55.6 7基基7.047.848.157.013.429.85115.8 48.6 8基基7.047.027.646.373.599.25108.5 51.0 9基基7.237.238.156.013.6010.09112.7 49.8 10基基7.187.128.016.173.6510.21111.6 50.8 11基基7.277.028.276.323.088.98113.8 42.4 平均值平均值6.87 5.97 10.05 112.642.9 精密度（偏差系数）（）精密度（偏差系数）（）3.87 23.50 东盟营造振动试验方法验证及与旧试验方法对比分析击

19、实试验方法对级配影响击实试验方法对级配影响 骨架密实：骨架密实： 重型击实：重型击实：19.0mm、9.5mm和和4.75mm击实前后通过率变化均大于击实前后通过率变化均大于10.0%； 振动击实：振动击实：19.0mm、9.5mm、4.75mm振动击实前后通过率小于振动击实前后通过率小于10.0%。 悬浮密实：悬浮密实： 击实前后关键筛孔通过率变化两种方法基本相当，均小于击实前后关键筛孔通过率变化两种方法基本相当，均小于10.0%。试件成型方法对级配影响试件成型方法对级配影响骨架密实结构：骨架密实结构：振动法：振动法：19.0mm、9.5mm、4.75mm上成型前后通过率变化不大于上成型前后

20、通过率变化不大于8.0%，静压法：静压法：19.0mm、9.5mm、4.75mm上成型前后通过率变化分别为上成型前后通过率变化分别为14%、18.9%和和30.0%。悬浮密实结构：、悬浮密实结构：、振动法：所有筛孔上成型前后通过率变化不大于振动法：所有筛孔上成型前后通过率变化不大于9.0%，静压法：所有筛孔上成型前后通过率变化均大于静压法：所有筛孔上成型前后通过率变化均大于10.0%，在，在4.75mm筛孔上的筛孔上的通过率变化高达通过率变化高达20.9%以上。以上。东盟营造o 水泥稳定碎石振动试验方法o 振动击实试验方法o 振动成型试件方法1. 解决了重型击实试验方法在击实方式和击实功、含水

21、量解决了重型击实试验方法在击实方式和击实功、含水量确定方法和试验操作过程等方面存在的问题确定方法和试验操作过程等方面存在的问题2. 静压成型试件方法在成型方式、对级配及水泥剂量的影静压成型试件方法在成型方式、对级配及水泥剂量的影响等方面存在的问题，响等方面存在的问题，3. 较好模拟现场施工过程和碾压效果，操作简便快速、精较好模拟现场施工过程和碾压效果，操作简便快速、精密度好。密度好。东盟营造 振动成型与静压成型方式对结构的影响；振动成型与静压成型方式对结构的影响； 振动成型与静压成型方式对级配的影响；振动成型与静压成型方式对级配的影响； 重型击实法确定最大干密度偏低的影响；重型击实法确定最大干

22、密度偏低的影响； 重型击实试验方法确定的最佳含水量偏高的影响重型击实试验方法确定的最佳含水量偏高的影响现场芯样强度高于静压法成型试件强度的解释现场芯样强度高于静压法成型试件强度的解释东盟营造设计过程分为三个部分：设计过程分为三个部分： 第一部分是粗集料级配设计，采用逐级填充方法使粗集料第一部分是粗集料级配设计，采用逐级填充方法使粗集料形成骨架结构；形成骨架结构； 第二部分是细集料级配的设计，采用理论计算方法使细集第二部分是细集料级配的设计，采用理论计算方法使细集料与结合料形成具有较强的粘聚力；料与结合料形成具有较强的粘聚力； 第三部分是粗集料和细集料之间比例的设计，通过试验与第三部分是粗集料和

23、细集料之间比例的设计，通过试验与理论计算将细集料填充于粗集料中的空隙内，使组合后的混合理论计算将细集料填充于粗集料中的空隙内，使组合后的混合料能够形成骨架密实结构。料能够形成骨架密实结构。 东盟营造粗集料级配粗集料级配确定确定 （1）根据现行基层施工技术规范，试验时确定主骨料规格D0为1931.5mm，利用公式=M/V计算其振实或插捣密度；（2）记D0的用量为100，D0的下一级粒径记为D1（9.519mm），以D0用量的5%为步长，将粒径为D1的集料逐级填充到D0中，建立填充数量与插捣或振实密度关系曲线。在插捣或振实密度关系曲线上选取插捣或振实密度较大的几组D1用量，作为D1用量。（3）D1

24、的下一级粒径记为D2（4.759.5mm），同样以D0用量的5%为步长，将粒径为D2的集料与粒径为D0、D1的混合料拌和均匀后进行插捣或振实，并建立填充数量与插捣或振实密度关系曲线，确定D2用量。（4）依次类推，即可确定粗集料的级配。 东盟营造粗集料级配粗集料级配确定确定 1.621.641.661.681.701.721.7415202530354045509.519mm粒径集料掺量（%）密度（g/cm3）1.741.761.781.801.821.841.8615202530354045504.759.5mm粒径集料掺量（%）密度（g/cm3）D0:D1=70:30D0:D1=65:35D

25、0:D1=60:40粗集料的级配比例确定为70:30:40 东盟营造 细集料级配的细集料级配的确定确定 1.001.201.401.601.802.002.200.50.550.60.650.70.750.8I7d无侧限抗压强度（MPa）3842465054580.50.550.60.650.70.750.8ICBR(%)88.599.51010.51111.5120.550.60.650.70.75i温缩系数（10-6）5055606570750.550.60.650.70.75i干缩系数（10-6）东盟营造 粗集料与细集料最佳比例研究粗集料与细集料最佳比例研究 012345655:4560

26、:4065:3570:3075:25粗细集料比例抗压强度（MPa）东盟营造悬浮密实结构 骨架密实结构 骨架空隙结构 东盟营造筛孔（筛孔（mmmm）各档集料在不同筛孔各档集料在不同筛孔(mm)(mm)的通过率（）的通过率（）31.531.519199.59.54.754.752.362.361.181.180.60.60.0750.075骨架密实型骨架密实型SJSJ100100909080806060505040403838282828281818181810107 73 3悬浮密实型悬浮密实型GFGF100.0100.08989727267674747494929293535171722228

27、 87 70 0东盟营造05101520250255075100 125 150 175 200龄期（d）无侧限抗压强度（MPa）2.02.53.03.50%4.04.55.0024681012141618200255075100 125 150 175 200龄期（d）无侧限抗压强度（MPa）2.02.53.03.50%4.04.55.0（a）骨架密实型级配 （b）悬浮密实型级配振动法成型水泥稳定碎石试件东盟营造o 级配类型对强度的影响级配类型对强度的影响 不管什么成型方法，骨架密实型比悬浮密实型水泥稳定不管什么成型方法，骨架密实型比悬浮密实型水泥稳定碎石强度要高碎石强度要高10左右。左右。o 密度对强度的影响密度对强度的影响 压实度提高压实度提高1，强度可提高，强度可提高10左右，振动法最大干密左右，振动法最大干密度比重型击实法高出度比重型击实法高出3左右，按振动法控制，压实度至少左右，按振动法控制，压实度至少提高了提高了3，强度则提高，强度则提高30。 东盟营造o 实际施工时水泥稳定碎石