城市道路路面半剛性基層試驗(yàn)研究

王守君，邵玉振，任瑞波

（1.濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 230041；2.山東建筑大學(xué)，山東濟(jì)南250101）

0 引言

在半剛性瀝青路面設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)（如抗壓回彈模量等）的選取，往往設(shè)計(jì)單位大都根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的范圍來選取，不通過試驗(yàn)結(jié)合各地工地現(xiàn)場材料配比等來確定，因此路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果與路面結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況有較大的差異，這可能導(dǎo)致兩個(gè)不利的結(jié)果：一是設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)層太厚，不經(jīng)濟(jì)；二是設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)層厚度太薄，不安全。

目前,許多單位和高等院校對(duì)半剛性基層試驗(yàn)研究進(jìn)行了大量的研究，但研究往往局限于室內(nèi)研究，沒有結(jié)合道路現(xiàn)場的實(shí)際情況開展研究，而且大都集中在半剛性基層材料抗裂性能和防治措施方面，對(duì)半剛性基層材料設(shè)計(jì)參數(shù)的室內(nèi)外對(duì)比試驗(yàn)研究很少。本文通過采用室內(nèi)試驗(yàn)和施工過程中的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)合的方式，對(duì)半剛性基層設(shè)計(jì)參數(shù)、材料設(shè)計(jì)和性能進(jìn)行了深入研究分析。

1 半剛性基層設(shè)計(jì)參數(shù)擬定差異造成路表彎沉和半剛性基層層底拉應(yīng)力變化分析

1.1 計(jì)算圖式

計(jì)算采用三層層狀體系，路面結(jié)構(gòu)墊層和土基作為一層，模量取值80 MPa，半剛性基層通常兩層合為一層，瀝青層作為一層。擬定路面結(jié)構(gòu)厚度：瀝青層18 cm，半剛性基層40 cm。計(jì)算圖式如圖1所示。

1.2 結(jié)果分析

采用BISAR程序進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)瀝青層抗壓模量1000 MPa保持不變，半剛性基層抗壓模量從 500 MPa、1000 MPa、1500 MPa、2000 MPa、2500 MPa、3000 MPa變化計(jì)算路表彎沉和半剛性基層層底最大拉應(yīng)力變化情況。計(jì)算時(shí)瀝青層和半剛性基層的泊松比取0.25,其他層泊松比取0.35，荷載強(qiáng)度取0.7MPa。

彎沉計(jì)算結(jié)果見圖2，半剛性基層層底拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見圖3。

由圖2、圖3可以看出，半剛性基層模量變化，路表彎沉和半剛性層底拉應(yīng)力均產(chǎn)生變化，當(dāng)半剛性基層模量大于2500 MPa時(shí)，變化都處于平穩(wěn)。當(dāng)半剛性基層模量小于2500 MPa時(shí)，路表彎沉和半剛性層底拉應(yīng)力變化幅度都很大。目前，我們?cè)跀M定設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，往往半剛性基層模量小于2500 MPa，所以模量擬定時(shí)，微小的差別都能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果差別很大。

2 常用半剛性基層(底基層)材料室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)Ａ亢团褟?qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果匯總分析

選取濟(jì)南市某工程現(xiàn)場使用的建材，按照現(xiàn)行的有關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)常用半剛性基層(底基層)材料進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。

各種無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料28 d的抗壓回彈模量見表1,水泥穩(wěn)定類90 d,二灰穩(wěn)定類180 d劈裂強(qiáng)度見表2。

表1 各種無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料28d的抗壓回彈模量匯總（單位：MPa）

表2 各種無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料劈裂強(qiáng)度匯總（單位：MPa）

通過表1、表2和現(xiàn)行規(guī)范材料設(shè)計(jì)參數(shù)參考資料對(duì)比分析可以看出，水穩(wěn)碎石的抗壓回彈模量比規(guī)范偏高，二灰穩(wěn)定碎石和二灰土抗壓回彈模量在規(guī)范范圍內(nèi)；各種無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料劈裂強(qiáng)度比規(guī)范偏高。

3 現(xiàn)場FWD測試及半剛性基層模量的反算

3.1 現(xiàn)場FWD測試布置

選取濟(jì)南市某現(xiàn)場施工的道路工程，基層從下往上采用兩層二灰碎石和一層水泥穩(wěn)定碎石。每一層鋪筑并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)之后，現(xiàn)場進(jìn)行FWD測試，測量方位和基層層位如圖4和圖5所示。

3.2 現(xiàn)場FWD中心點(diǎn)的測試彎沉值

在每點(diǎn)所測的彎沉數(shù)據(jù)中，選用其中FWD中心點(diǎn)的彎沉值，并現(xiàn)場測定每層的厚度如表3所示。

3.3 利用FWD實(shí)測數(shù)據(jù)反算半剛性材料層模量結(jié)果

表3 各層頂部中心點(diǎn)彎沉值及各層厚度

利用本研究過程中編制的FWD現(xiàn)場試驗(yàn)單層反算模量的傳遞矩陣法程序?qū)Χ宜槭Y(jié)構(gòu)層和水泥穩(wěn)定碎石結(jié)構(gòu)層抗壓模量進(jìn)行反算。

根據(jù)第二層和第三層的彎沉和厚度，以及計(jì)算的半無限體模量值，反算第二層二灰穩(wěn)定碎石和第三層水泥穩(wěn)定碎石的模量如表4所示。

表4 第二層二灰穩(wěn)定碎石和第三層水泥穩(wěn)定碎石模量反算結(jié)果

4 現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

根據(jù)室內(nèi)測定結(jié)果（見表1）與現(xiàn)場測定的結(jié)果（見表4）進(jìn)行對(duì)比可見，對(duì)于平均值來說現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)相差不多，但可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場測試結(jié)果離散性較大，說明現(xiàn)場施工很不均勻。

5 結(jié)語

本研究結(jié)合當(dāng)?shù)氐夭模ㄟ^室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場測試開展城市道路半剛性基層試驗(yàn)研究，對(duì)當(dāng)?shù)匕雱傂曰鶎釉O(shè)計(jì)參數(shù)選取、材料設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義，也可為路面設(shè)計(jì)提供參考。因各地原材料的差異，在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不能生搬硬套規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)指標(biāo)值，應(yīng)針對(duì)項(xiàng)目所使用的原材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)確定設(shè)計(jì)指標(biāo)值，這樣設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)才合理，避免過于保守，或者不安全。此外，應(yīng)進(jìn)一步研究總結(jié)設(shè)計(jì)指標(biāo)值與齡期的相互關(guān)系，為快速確定設(shè)計(jì)指標(biāo)值提供依據(jù)，節(jié)約試驗(yàn)工作量。

[1]任瑞波.瀝青路面結(jié)構(gòu)計(jì)算方法與FWD應(yīng)用技術(shù)的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2000.

[2]田文玉.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3]沙愛民.半剛性路面材料結(jié)構(gòu)與性能[M].北京：人民交通出版社，1998.

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[5]吳贛昌.半剛性路面溫度應(yīng)力分析[M].北京：科學(xué)出版社，1995.