半剛性基層材料以其水、溫穩(wěn)性好、承載力高、強度和剛度大且較經濟的特點已廣泛應用于高速公路基層中。但是在現(xiàn)時存在的超載運輸條件下，并未表現(xiàn)出令人滿意的使用效果。隨著時間的變化，該非均質體系發(fā)生變化，混合料的宏觀物理性能如強度、抗收縮性和抗疲勞性均發(fā)生變化，并會帶來一些路面病害，諸如疲勞破壞、因開裂導致或誘發(fā)的系列病害。這些問題的存在與當前半剛性基層材料設計方法和評價標準相關。

一、半剛性基層材料設計現(xiàn)狀

1.室內成型方式與現(xiàn)場碾壓方式不匹配

現(xiàn)今施工現(xiàn)場大量使用振動壓路機及輪胎壓路機，而室內卻采用重型擊實法確定最佳含水量及最大干密度，用靜壓法試件強度作為設計標準控制水泥劑量。由此衍生出一系列問題：重型擊實法確定的最佳含水量及最大干密度作為現(xiàn)場振動壓實度的控制指標是否合適；混合料分別在靜壓與振動作用下其力學特性或許不同，那么用何種成型方式制作的試件，其強度控制現(xiàn)場質量更有效；用靜壓法進行室內研究所優(yōu)化的配合比（包括級配、水泥含量等）在振動壓實條件下路用性能是否最優(yōu)。

2.質量控制指標單一

規(guī)范對混合料路用性能要求相對簡單。除原材料性質外，對混合料只要求7天齡期的飽水無側限抗壓強度達到要求即可，而對混合料抗裂能力既無標準試驗方法，也沒有評價指標，這就使得設計或施工時只注重提高強度，甚至有可能導致強度過大；至于由此造成的許多負面影響（剛度過大、抗裂能力差等）卻很少引起重視。

3.壓實標準偏低

壓實度達到較高標準對水泥穩(wěn)定碎石混合料強度、抗裂能力及抗疲勞能力的提高均有顯著作用。壓實度的增加可以大幅度提高半剛性材料強度，與此相適應，在較低的膠結料劑量下即可滿足強度要求，而膠結料劑量的降低則可以顯著提高水泥碎石混合料的抗裂能力；另一方面，壓實度的提高可以大大減少水泥碎石混合料中的微裂隙，從而提高水泥碎石混合料抗疲勞能力。

4.規(guī)范規(guī)定的級配范圍太寬，難以保證工程質量

規(guī)范規(guī)定的混合料級配范圍太寬。此范圍內，不同級配的混合料其力學性能有很大差異，因此不同級配的水泥碎石混合料各種力學指標即使全部滿足規(guī)范要求，也很難說這些混合料具有良好的抗裂能力。

二、振動成型基本原理

我國公路、建筑部門室內常用的確定材料最佳含水量及最大干密度的方法是擊實法，相應測定材料的技術指標的試件成型方式是靜力壓實方式。擊實方法在室內通過施加沖擊荷載對被壓材料進行壓實，與現(xiàn)場夯實過程一致，與現(xiàn)場靜力壓路機的作用過程雖不盡相同，但就通過對材料產生剪應力使之壓實這一效果來說是相似的。但與振動壓實通過高頻振動作用使材料產生液化來壓密的過程是完全不同的。靜力壓實成型試件的方法和靜力壓路機滾壓的機理是相同的，但是和振動壓路機的振動壓實機理則不同。

由此衍生出一系列問題：重型擊實法確定的最佳含水量及最大干密度作為控制施工質量的技術指標是否合適；以靜壓法或振動法成型的試件其物理力學性質或許不同，那么用何種成型方式制作的試件強度控制現(xiàn)場質量更有效；用靜壓法進行室內研究所優(yōu)化的配合比（包括級配、水泥劑量等）在振動壓實條件下路用性能是否最優(yōu)。因此有必要使用新的室內壓實試驗方法。

三、振動法設計半剛性材料步驟

1.原材料檢測：包括水泥、碎石、石灰、粉煤灰等。

2.骨架密實級配的確定：根據(jù)原材料篩分結果，確定特定工程的骨架密實結構級配范圍，并確定目標級配。

3.根據(jù)確定的振動參數(shù)，用振動法確定半剛性材料的最佳含水量及最大干密度。同時采用重型擊實法確定最佳含水量與最大干密度，并與振動法設計結果進行對比。

4.振動成型半剛性材料試件，標準養(yǎng)生后進行無側限抗壓強度試驗，確定最佳水泥劑量。同時進行靜壓法無側限抗壓強度試驗，與振動法設計結果進行對比。（例略）

根據(jù)振動成型法試驗結果：

（1）比較強度概率保證值Rc0.95和設計強度值Rd，水泥劑量取3.5%，4.0%時，振動成型試件的強度概率保證值Rc0.95大于基層設計強度值Rd=4.0Mpa，即滿足R(1-ZaCv)≥Rd要求。

（2）從工程經濟性和現(xiàn)場拌和、施工工藝考慮，水泥穩(wěn)定碎石基層的水泥劑量確定為3.5:100?，F(xiàn)場取料篩分檢檢驗結果表明生產中的級配可控制在設計級配范圍之內，說明設計級配范圍確定的范圍合理。

（3）基層表觀及芯樣強度。現(xiàn)場攤鋪、碾壓過程中均未出現(xiàn)明顯的離析現(xiàn)象，碾壓后的基層表面粗糙、均勻。

試驗段芯樣強度為7.3MPa，室內靜壓試件抗壓強度4.3MPa，室內振動成型試件抗壓強度為7.5MPa。表明振動成型方式與現(xiàn)場振動碾壓效果更為吻合。

實驗表明，水泥穩(wěn)定碎石混合料無側限抗壓強度與裂縫間距有較顯著的相關關系。抗壓強度越高，裂縫間距越小，即相同長度段裂縫數(shù)量越少。說明為提高半剛性基層抗裂能力，不宜采用提高水泥劑量的途徑增加強度。另一方面，與靜壓成型試件強度相比，振動成型試件強度與裂縫間距相關關系更為顯著。證明用振動法設計的混合料強度參數(shù)控制工程質量更為合理、有效。

四、結論

（1）規(guī)范所用的重型擊實法確定的半剛性材料最大干密度過小，以此為標準控制現(xiàn)場壓實度存在質量隱患，而用振動法確定的混合料干密度控制現(xiàn)場質量更為合理。

（2）振動法設計的水泥碎石混合料級配范圍較規(guī)范窄，上下限均為骨架密實結構，0.075mm通過率低，可顯著提高基層抗裂能力；

（3）采用振動成型方式設計的水泥碎石半剛性材料級配組成與傳統(tǒng)設計結果相比有重大改進，主要表現(xiàn)為水泥劑量降低，同時強度提高、抗裂能力提高。與靜壓法成型相比，水泥劑量降低1～1.5％，強度提高1.5～2倍，相同水泥劑量下，振動成型試件干縮抗裂系數(shù)是靜壓成型條件下的1.5倍，表明振動成型材料抗裂能力大幅度提高。不僅降低了工程造價，滿足強度設計要求，更重要的是顯著提高了半剛性基層的抗裂能力。

（4）與靜壓法成型相比，設計的半剛性材料密度標準提高1.02～1.03倍。且實際工程經驗表明，用傳統(tǒng)的碾壓方式，在不增加設備投資的情況下完全可以達到新的設計方法的壓實度要求。