钻芯法检测水泥稳定碎石层质量的探讨★

张亚涛，秦 岭，徐 良，吴 超

(安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院,安徽 蚌埠 233000)

随着我国交通行业的发展，有一定承载力和耐久性的半钢性水泥稳定碎石层应用越发广泛，其不仅有一定的水稳定性和整体性，还有一定的强度。为控制水泥稳定碎石层质量，常进行7 d无侧限抗压强度试验，由于施工环境等因素的不同，采用固定龄期(7 d)无侧限抗压强度评价工程质量具有一定的局限性[1]，因此，这里讨论不小于7 d龄期水泥稳定碎石的无侧限抗压强度。影响无侧限抗压强度的因素，除了原材料性能指标(粗细骨料级配、细骨料砂当量等)、水泥剂量、水灰比、施工环境、施工工艺(碾压时机、遍数和机械、松铺系数，养生)、运输等外[2-6]，检测方法也很重要，尤其是试验时试件所处状态。

JTG E51—2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程中T08051—1994 “无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法”，该试验方法中成型试件的含水量和水泥剂量以及压实度很难真实反映现场水泥稳定碎石的无侧限抗压强度；JTG F80/1—2017公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程附录G规定“按工地预订达到的压实度制备试件”，试验室内很难满足该要求；JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术细则中第8章规定，现场养生7 d后，水泥稳定碎石层钻芯取样(取不出完整芯样时，应找出实际路段相应的范围，返工处理)，检测强度。尽管将钻芯试件切割成标准试件，进而测量其强度是一种后验性的质量检评方法，但对以往仅仅通过生产时成型标准试件进行强度评定是一种有效补充。

现场所取芯样能够较直接客观地反映水泥稳定层内的质量，但进行无侧限抗压强度试验时芯样所处状态规范中没有明确规定。强度试验时一般使试件处于两种状态：一是自然干燥状态；二是水饱和状态。为探究两种状态分别对水泥稳定碎石芯样无侧限抗压强度的影响，以工程实例为基础，试验分析现场钻取芯样制作的试件在两种状态下的无侧限抗压强度，并给出针对水泥稳定碎石层芯样较合理的测试状态，同时对部分芯样所处施工段进行弯沉试验。

1 试验

某河道全线两侧坡顶修建管护道路(三级公路)，由上至下路面结构布置为“0.2 m厚C30混凝土路面、0.15 m厚水泥碎石稳定层、0.15 m厚级配碎石基层”，为了解已完成且最外层为水泥稳定碎石层部位的工程质量，分别对部分施工段进行无侧限抗压强度和弯沉试验：钻取5%水泥稳定碎石芯样(直径150 mm)26个，分别进行自然干燥状态和水饱和状态(每组13个)无侧限抗压强度试验，两个状态试验的芯样所取桩号位置尽量靠近；对部分芯样所处施工段进行水泥稳定碎石层弯沉试验。

2 试验结果与分析

2.1 无侧限抗压强度试验

按照标准JTG E51—2009中T08051—1994要求进行无侧限抗压强度检测(见图1)，自然干燥状态时5%水泥稳定碎石现龄期(>7 d)无侧限抗压强度(13个直径150 mm的芯样)结果见表1，水饱和状态时5%水泥稳定碎石现龄期(>7 d)无侧限抗压强度(13个直径150 mm的芯样)结果见表2。

表1 5%水泥稳定碎石现龄期无侧限抗压强度(自然干燥状态)

表2 5%水泥稳定碎石现龄期无侧限抗压强度(水饱和状态)

由表1可知，13个5%水泥稳定碎石芯样自然干燥状态下现龄期无侧限抗压强度为3.50 MPa～4.95 MPa，平均值为4.27 MPa；由表2可知，13个5%水泥稳定碎石芯样水饱和状态下现龄期无侧限抗压强度为2.58 MPa～3.21 MPa，平均值为2.89 MPa。现场取芯制作的试件，其龄期一般大于7 d，而钻芯、切割会对试件产生一定程度的损伤，再加上养生条件的差异，这些均会对芯样试件的无侧限抗压强度产生影响，综合影响结果显示两种状态下的无侧限抗压强度均满足设计要求；自然干燥状态水泥稳定碎石芯样的无侧限抗压强度普遍高于水饱和状态，是因为水泥稳定碎石芯样中粗骨料主要靠砂浆(水泥+细骨料)的黏结力，芯样在该压力下破坏时，粗骨料破坏较少，基本为砂浆破坏，而自然干燥状态下砂浆的抗压强度比水饱和状态的更大[7]，即自然干燥状态下粗骨料间的黏结力更强；其次，浸水试件在压力作用下会产生孔隙水压力，水分受到挤压后向孔壁和微裂纹壁面施加拉力，加速裂纹发展，引起“劈裂”，降低试件承压能力，而自然干燥试件孔隙内大多充满空气，压荷载作用下的变形能力增强，破坏时裂纹发展充分，试件整体性好，抗压能力提高；另外，由于水泥稳定碎石芯样中水泥剂量较低(5%左右)，水泥浆难以包裹所有骨料表面，造成水泥稳定碎石芯样强度很大一部分依靠粗骨料的骨架作用以及骨料间的摩擦力，自然干燥状态时骨料间摩擦力远大于水饱和状态。所以，自然干燥状态下芯样的无侧限抗压强度更大。现实中，水泥稳定碎石层一般处于潮湿状态，而自然干燥状态下芯样的无侧限抗压强度值过大，且不符合实际状态，对实际水泥稳定碎石层无侧限抗压强度产生误判的风险更大，因此，选择水饱和状态的芯样进行无侧限抗压强度试验更合理。

2.2 弯沉试验

针对上述取芯部分所处部分施工段，按照JTG 3450—2019公路路基路面现场测试规程中T0951—2008“贝克曼梁测试路基路面回弹弯沉方法”进行5%水泥稳定碎石层弯沉值检测(见图2)，从另一个角度和部位验证该施工段质量。

右岸J3+720～右岸J3+900段和右岸J1+800～右岸J1+980段5%水泥稳定碎石层弯沉值结果分别见表3,表4。

表3 5%水泥稳定碎石基层弯沉值汇总(右岸J3+720～右岸J3+900)

表4 5%水泥稳定碎石基层弯沉值汇总(右岸J1+800～右岸J1+980)

右岸J3+720～J3+900段5%水泥稳定碎石层抽检20个点，其弯沉代表值为62.9(0.01 mm)(去除特异值后结果)，符合设计要求(76.1(0.01 mm))；右岸J1+800～ J1+980段5%水泥稳定碎石层抽检20个点，其弯沉代表值为84.2(0.01 mm)(去除特异值后结果)，不符合设计要求(76.1(0.01 mm))。根据“JTG F80/1—2017中附录J“路基、粒料类基层和底基层、沥青路面弯沉值评定”规定：二级及二级以下公路，当路基和粒料类基层、底基层的弯沉代表值不符合要求时，可将超出“平均值+(2～3)倍标准差”的弯沉特异值舍弃，对舍弃的弯沉值大于“平均值+(2～3)倍标准差”的点，应找出其周围界限进行局部处理，并对弯沉进行复测后重新计算平均值和标准差，上述右岸J3+720～J3+900段5%水泥稳定碎石基层弯沉值在右岸J3+800附近左侧有一个特异值，应找出其周围界限，进行局部处理，并对弯沉进行复测后重新计算平均值和标准差；对于右岸J1+800～J1+980段则要进行返工处理，处理完后进行弯沉复测。

现龄期芯样无侧限抗压强度检测合格的施工段，部分部位出现弯沉试验特异值和检测不合格，主要是现场施工和后期养护的不均匀性，以及外部等因素的影响，最终造成该施工段局部质量较低。由此可见，由于抽检频次的限制不可能对施工段的每处均进行检测，造成部分有问题部位没有被检测到，因此，为降低抽检频次低对保障工程质量的不利影响，一般按照规范要求利用不同检测方法对没检测到的部位进行抽检，以确保工程质量。

3 结论

通过实例中芯样不同状态无侧限抗压强度试验，以及与芯样同一施工段不同部位弯沉试验，得出：

1)水泥稳定碎石层现场钻取芯样进行无侧限抗压强度试验时，制作好的标准试件试验前浸水1 d较为合理和接近实际情况。2)抽取不同部位进行不同检测试验，可以降低单项试验抽检频次对工程质量的不利影响，提高分项工程质量符合设计指标的概率。