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道路施工压实密度与密度标准问题分析

发布于：2015-06-28 12:53:28 来自：道路桥梁/道路工程 [复制转发]

压实密度是道路施工最为重要的指标之一。压实度的大小取决于施工现场实测的压实密度，同时也与密度标准有关。因为在实际工作中，往往有些施工现场检测点的压实密度已经达到了最佳状态，但却不在压实度合格范围。为此，经常引起质监部门和施工单位之间的矛盾与争议。长期以来，公路工程技术人员为了真实地反映施工现场的压实密度，合理地解决密度标准问题，做出了不懈的努力。近年来，有些公路建设项目采用含石量与干密度关系线性回归方程计算压实度的方法，比较科学地解决了这个问题。
　　1 击实试验演变过程简单描述
　　按照传统的做法，所谓密实标准，就是最大干密度。最大干密度是通过标准击实试验确定的。
　　纵观新中国成立以来交通部门发布的有关公路试验规程，便能清楚地看到，击实试验项目在仪器设备，计量单位名称，以及试验方法等方面，已经有了很大的改变。如，含水量改称含水率，容重改称密度，击实单位kg.cm/cm3改作K.J/m3，人工击实筒改用电动击实仪，重型击实试验由过去规定的3种试验方法改为两种试验方法，这些改变反映了我国公路建设事业的迅速发展，同时传达了某些与时俱进的专业知识信息。
　　但是，如果我们稍加分析，便不难发现，所有这些改变都只是一种表面形式上的变化。因为这个试验项目中，作为击实标准的击实功没有变，对确定最大干密度与最佳含水率的计算结果没有变，将最大干密度作为密度标准的基本规则没有变。也就是说，有关压实密度问题的矛盾与争议，在实际工作中依然存在。
　　2 从技术性角度分析影响压实密度合格率的原因
　　所谓压实密度就是施工现场检测的干密度，与通过击实试验确定的最大干密度的比值。用计算方式表示，即：

　　式中：K—压实密度(%)
　　ρd—施工现场检测点的干密度(g/cm3)
　　ρdmax—标准击实最大干密度(g/cm3)
　　2.1 试样的代表性问题
　　在《公路土工试验规程》(JTGE40-200)中，将标准击实试验分为轻型和重型两种试验方法。在很多公路建设项目设计文件中，明确要求采用重型击实标准。按照试验规程提示，重型击实试验至少应有5个样品，每个试样用量为6kg。某些地区质监部门或公路建设项目，对每次击实试验确定密度标准的代表性问题，往往会提出一个限制范围。如2008年开始修建的省道104线呼和浩特——武川一级公路建设项目，总监办对击实试验的频率要求是“每5000m3或料场变化”。如果说料场变化具有不确定因素，姑且按照每5000m3筑路材料的击实试验频率计算，室内试样用料与施工现场用料的比例约在1/25000左右。
　　还有一个似乎有些巧合的数据。按照有些地区或公路建设项目中的一些常规性做法，压实密度检测频率在2000m2取8个检测点，普遍采用挖坑灌砂法。假设基板中孔的10cm直径相当于圆柱体试坑面积的直径。那么，8个检测点的面积(或体积)与2000m2压实层的面积(或体积)的比例，也恰恰在1/25000左右。
　　材料质量是决定其密度的主要因素，这两个“1/25000”，说明压实度合格值，含有一定的偶然因素。
　　2.2 确定密度标准的方法及其局限性
　　每次击实试验会得出5个以上样品的干密度与其相应的含水率数据。以干密度为纵坐标，含水率为横坐标绘制关系曲线。驼峰线的最高点，即为最大干密度及对应最佳含水率。现以呼和浩特地区某二级公路建设项目采用水泥石灰稳定级配砂砾基层混合料(质量比例为水泥：石灰：级配砂砾=3:6:91)击实试验为例。如图1所示。

　　如图1所示，最大干密度为2.24g/cm3，其对应最佳含水率为6.4%。按照设计要求压实密度≥97%。则施工现场检测点的干密度值，必须在下限值2.18g/cm3与上限值2.24g/cm3之间。离开其间0.06g/cm3的浮动范围，便是压实密度不合格或超密。
2.3 材料粒径与压实度合格率的关系
　　要说明这个问题，不妨先参看有关施工技术规范对道路施工各结构层和填筑材料最大粒径的限制，如表1所示。

　　在正常的情况下，筑路材料中允许粒径越大，砾石含量越高，其密度变化范围就越大。同时，压实密度不合格或超密现象就越严重。举个例子：2002年开始修建的呼和浩特地区武川县境内某三级公路路面级配砂砾底基层，其指定料场击实试验最大干密度为1.95g/cm3；而同地区土左旗境内某自料场击实试验最大干密度为2.39/cm3。根据这两个料场的筛分试验记录显示，其颗粒级配均在规范容许范围。只是前者粗骨料偏少，后者粗骨料偏多。假设密度标准确定为2.25g/cm3(数值大小与本议题无关)，压实度要求≥96%，有可能出现下列情况，如表2所示。

　　如果料场或检测点材料变化情况比较复杂，出现上例情况是很有可能的。
　　在此说明，关于最大干密度校正问题。因为，上面谈到的试样代表性问题和压实密度合格范围的局限性问题，与最大干密度校正结果没有多大关系，故未予评述。
　　3 施工工艺是保证压实密度合格率的决定性因素
　　如果说，上面分析击实试验及确定密度标准的方法对保证压实密度合格率，只是难易程度问题。那么，施工工艺控制状况，则不仅仅影响到压实密度指标问题，而是整个工程质量问题了。
　　施工工艺对压实密度的影响，主要表现在3个方面：①材料的质量，尤其是粗粒料含量及均匀性；②材料的含水率；③材料的摊铺厚度与碾压程度。在上述因素中，材料的含水率和碾压问题比较容易控制。关于筑路材料的质量问题，就不太好解决了。
　　改革开放以来，随着公路建设事业的高速发展，特别是在公路网比较密集发达地区，新建公路沿线筑路材料料场越来越难找。这句话有两层意思：①较短运距范围内缺乏蕴藏丰富的天然砂砾料场；②天然砂砾中符合颗粒级配要求的含量比例较低。记得2001年开始修建的呼和浩特地区召河—白音希勒二级公路旅游线，其水泥石灰稳定级配砂砾基层，因为料场的天然砂砾颗粒级配不连续，缺少中间骨料。施工单位便在稳定土拌合设备的进料斗上安装了钢筋网片，将超大粒径石料筛除。再将筛子上的石料用粉碎机轧碎，由输送带将碎石送进搅拌装置，改善料颗粒级配。据了解，很多工地遇到这种情况，都采取类似措施。
　　比较而言，很多施工单位对于路基补强、桥涵台背回填、以及路面底基层采用天然砂砾中的颗粒级配及超大粒径石料问题，就不太重视了。特别是某些低等级或规模较小的公路建设项目，往往在料场确定之后，就边挖边装，直接运送至施工现场。在摊铺过程中，再派人将非常明显的暴露在表面的大石块捡掉。这种做法，显然无济于事。
　　施工现场对超大粒径石料控制不严，增加了试验样品与实际用料情况的差异，扩大了检测点干密度的变化幅度，往往表现在超出击实密度合格范围的上限值，使压实密度超密问题成为工程质量控制方面的一个主要矛盾。
　　4 关于压实密度超密问题
　　如果个别或极少数检测点的压实密度超密，属于正常现象。如果压实密度超密现象比较普遍，一般有以下几方面原因：①击实试验样品缺乏代表性，导致所确定的密度标准值偏低；②施工过程中对超大粒径石料控制不严，或施工现场检测点的粗骨料比较集中；③挖坑灌砂法试验用的标准砂反复使用，往往会使标定的密度值下降。体积置换计算的结果，可能会使检测点的干密度上升，超出合格范围。
　　在此顺便说几句。记得某公路专业方面的科技杂志，于2006年第二期刊物上发表了一遍题为《公路检测中压实密度超密问题的探讨》的署名文章，对压实密度超密的问题共“归纳”了三点原因。其中，有两点是说标准砂的使用问题，另一点是说检测点的基板底面平整度问题。笔者以为，将压实密度超密的原因仅仅归咎于现场检测试验及试验过程中操作不当，这个结论是不准确的，或者说是片面的。
　　在过去的几十年中，有些地区质监部门对压实密度超密问题，曾先后采取过不同的处理方式：①按压实密度合格处理；②按压实密度不合格处理；③不参与压实密度合格率计算。近几年，似乎普遍倾向于按不合格处理。如上面提到的《探讨》一文的作者，便认为“超密点应判定不合格”。
　　笔者认为，对于压实密度超密问题，无论采取哪种处理方式，都只能说是对工程质量控制采取的一种管理手段，而不属于科学性结论。
5 密度标准在潜移默化中改变
　　也许人们普遍感到压实密度超密按不合格处理有些不公平，或不合理，便试图改变这种状况。
　　5.1 采用石块回填试坑的做法
　　不知从何时起，施工现场开始流行一种有违常规的压实密度检测方法。具体操作步骤是：采用灌砂法检测压实密度时，在试坑挖成后，将挖出的较大石块重新回填到试坑中，然后灌入标准砂。用意很明显，是以回填的石块代替相同体积的标准砂，防止“超密”现象。显然，这种做法既不规范，也有违质检的目的与宗旨。
　　5.2 采用“含石量—干密度工作曲线”计算压实密度

　　大概在2000年之后，以“含石量—干密度工作曲线”计算压实密度的方法出现了。具体做法是：根据料场情况，将10%的含石量作为一个试样级别，分别做一组击实试验，求得最大干密度。施工现场检测压实密度，按照检测点的实际含石量，以上一级别含石量的最大干密度作为密度标准计算压实密度。如2003年开始修建的呼和浩特飞机场高速公路连接线，便采取这种方法，如图2所示。
　　这种方法，显然要比石块回填试坑的做法科学和高明一些。但是，还缺乏一定的精确度。因为，在每个检测点的干密度与密度标准之间，最大能达到将近10%的含石量材料密度的误差。这个误差，从理论上讲，虽然可以避免压实密度超密现象，但同时也增加了压实密度不合格的可能性。
　　5.3 采用含石量与干密度关系线性回归方程计算压实密度
　　在以不同级别含石量材料的最大干密度作为密度标准的基础上，有人提出将含石量与干密度假定为正比例关系，进而采用线性回归方程式计算压实密度的办法。如巴彦浩特—银川高速公路(内蒙古境内)、省道104线呼和浩特—武川一级公路建设项目，便采用这种方法，如图3所示。利用回归方程式计算压实密度，能够比较真实地反映施工现场检测点的压实密度。同时，扩展了密度标准的范围，基本上解决了工程质量与压实密度指标之间的矛盾和争议。

　　6 结束语
　　采用含石量与干密度关系线性回归方程式计算压实密度的方法，具有一定的合理性与科学性，它弥补了试样的代表性、以最大干密度为密度标准的局限性等方面存在的某些缺陷。但是我们也必须清醒地认识到，在扩大了密度标准范围之后，可能产生的副作用。那就是如何加强筑路材料中含石量的控制，尤其是对超大粒径石料的控制，这将是公路工程技术人员面临的一道新的难题。

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