目前，国外许多国家对于级配碎石的物理力学特性、结构设计的力学指标和基层结构的设计等方面做了很多的研究，由此对级配碎石的使用获得了丰富的经验，并且奠定了理论基础^{[1, 2]}。但很少在国外文献中见到有关级配碎石振动成型的研究。国内许多高校和研究机在级配碎石的级配、物理力学特性和设计方法等方面也做了相当的研究工作^{[3, 4, 5]}。室内常用的级配碎石的成型方法主要有3种，分别为静压成型、击实成型以及振动成型^[7]。关于成型方法对级配碎石物理力学性能的影响研究认为级配碎石越密实其力学性能越好，而关于成型方法对级配碎石级配扰动的研究则相对较少。本文采用振动成型和击实成型两种成型方法，从成型方法对级配碎石的级配扰动的角度，分析研究处于最佳含水量、最大干密度状态下的级配碎石CBR值的变化情况，并分析优良级配所选级配设计的K值。

试验中选用的是石灰岩，岩石的技术性质略。

级配对级配碎石路用性能(道路结构层中的刚度和强度)具有很重要的贡献^{[8, 9]}。为获取最佳的级配，本文级配设计方法选用变K法^[8]。根据前人经验K₁值取0.55~0.7，K₂值取0.65~0.8，在做本试验研究时K₁分别取0.5,0.6和0.7；K₂分别取0.6,0.7和0.8。集料的最大直径为26.5 mm，并计算得本文的试验级配如表 1所示。

按照表 1的级配分别通过击实成型和振动成型各成型9组试件，然后测试件的最大干密度以及最佳含水量，测得的结果如表 2所示。重型击实方法采用直径15 cm，高12 cm的试筒，分3层进行击实，每层击实98次。振动成型方法模拟实际的压实状况，采用相同的试筒，并且把试筒固定在振动台上，振动频率取为60 Hz，振幅为2 mm^{[10, 11, 12]}。压块施加压力为13.8 kPa，同样分3层振实，每次的振动时间为5 min。

从表 2可以看出，对于用击实成型和振动成型两种不同方法成型的不同级配的级配碎石试件，在K₂值相同的情况下，随着K₁值的增加试件最大干密度和最佳含水量都同步增大。这是因为随着K₁值的增加，细集料含量增大，试件空隙率减小，因此试件的最大干密度随着K₁值增大而增大;细集料比表面积较粗集料大，其吸附水的能力比粗集料强，因此试件的最佳含水量也随着K₁值增大而增大。同理有，在K₁值相同的情况下，随着K₂值的增大试件的最大干密度和最佳含水量同样都同步增大。

两种不同方法成型同一种级配的级配碎石试件的最佳含水量略有差异，振动成型下的级配碎石试件的最佳含水量比击实成型下的高出0.2%~0.5%。但是采用击实成型成型的级配碎石试件的最大干密度要高于采用振动成型成型的试件的。而且随着K₁值和K₂值的增大，即细集料含量的增加，两种成型方法下的级配碎石试件的最大干密度差值逐渐减小。为了分析其原因，本文选取K₁值为0.6，K₂值为0.7这一级配的级配碎石，分别采用击实成型和振动成型方法成型级配碎石试件，然后对成型后的集料进行再次筛分，从而分析这两种不同成型方法对级配碎石的级配扰动情况，筛分结果如表 3以及图 1和图 2所示。

图 1 成型方法对原有级配的影响 Fig. 1 Influence of forming methods on original gradation

图选项

图 2 两种不同成型方法下CBR值分布 Fig. 2 Distribution of CBR values in 2 forming methods

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从表 3以及图 1中可以看出，振动成型后再次筛分的集料的级配曲线与原始设计级配曲线几乎重合，这说明振动成型对级配碎石的原有级配几乎不造成影响，级配扰动很小基本保持原有级配。而对比表 3以及图 1可以看出，击实成型后再次筛分的集料的级配曲线与原始设计级配曲线有一定的偏差，尤其是13.2~1.18 mm这几档的集料的级配，这说明击实成型对级配碎石的原有级配的影响比较大，级配的扰动比较大。从数据中可以看出击实成型后再次筛分的集料中大粒径的集料含量减少，这说明击实过程中部分大粒径的集料被铁锤击碎从而增加了细集料的含量，对原有级配造成了比较大的扰动。大粒径集料被击碎过程中，一方面大粒径集料间的空隙率减小；另一方面随着细集料的增多，小颗粒集料填充到大颗粒集料间的空隙中，达到密实状态，使得击实成型后的试件空隙率减小，同种级配的试件在击实成型条件下最大干密度增大。

CBR值是一种表征级配碎石试件抵抗局部荷载压入变形能力的力学指标。按照表 1中的9组级配，将每组集料在最佳含水量的情况下分别以击实成型方法和振动成型方法进行成型试件。每组级配成型3个平行试件，对其进行CBR值测试。其结果如表 4所示。

图 2为击实成型方法和振动成型方法的CBR值随着K₁和K₂变化的分布图。

从表 4和图 2中可以看出在级配碎石的级配相同的情况下，振动成型的CBR值要远高于击实成型的CBR值，基本上振动成型的CBR值是击实成型的CBR值的2倍。这主要是因为振动成型对级配碎石原有的级配的扰动很小，其原来的粗集料骨架结构几乎未变，级配碎石基本保持原有的优良级配，并且振动成型使集料的嵌挤分布更为合理。因此振动成型的级配碎石试件的CBR值远高于击实成型的级配碎石试件的CBR值。这也进一步证明了振动成型方法的优越性。在两种成型方法下均有，CBR值随着K的增大而先增大后减小，在K₁=0.6，K₂=0.7的时候取得最大值。这主要是因为开始随着K增大，细集料的百分比增加，级配碎石的密实度逐渐增大，CBR值也逐渐增大；而达到一定程度时，随着K增大，细集料的含量进一步增大，粗集料的含量进一步减少，粗集料形成的骨架结构所提供的强度逐渐降低，结构的整体稳定性下降，同时承载力随之下降。当粗集料减少量超过一定幅度后CBR值开始下降。这也证明了并非级配碎石密实度越大力学性能越好。

通过以上对级配碎石的最大干密度，最佳含水量和CBR值的研究和分析，可以得到级配碎石的不同成型方法与其性能变化的相关结论：

(1) 随着K的增大级配碎石试件的最大干密度和最佳含水量同样都同步增大。

(2) 对于采用两种不同方法分别成型同一种级配的级配碎石试件的最佳含水量略有不同，振动成型比击实成型高出0.2%~0.5%。

(3) 采用击实成型方法在击实过程中大粒径的集料被铁锤击碎从而增加了细集料的含量，对原有级配造成了比较大的扰动，导致采用击实成型的级配碎石试件的最大干密度要高于采用振动成型的试件。

(4) 由于振动成型对级配碎石原有级配扰动小，级配碎石基本保持原有级配，而击实成型对级配碎石级配扰动较大，破坏了原有的优良级配中的骨架结构。在级配碎石的级配相同的情况下，振动成型的CBR值要远高于击实成型的CBR值，基本上振动成型的CBR值是击实成型的CBR值的2倍。

(5) 随着K值的增大，级配碎石的CBR值先增大后减小，说明级配碎石并非密实度越大力学性能越好。