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1、第 3 1卷第 2期 2 0 0 3年 2月 同济大学学报 J O U R N A LO FT O N G J I UN I V E R S I TY Vl0】31 No 2 Fe b 2 0 0 3 半 刚性基层 施工弯沉检 测标准研 究 冯光 乐 ，许志鸿，凌天清2 (1 同济大学 道路与交通工程 系，上海2 0 0 0 9 2；2 重庆交通学 院 道路工 程系，重庆4 0 0 0 7 4)摘要：根据重庆地区大量实测资料，对影响半刚性基层弯沉变异性的各主要因素进行了分析，并根据实际需要 对施工期实测 弯沉 的龄期与养生温 度的影响进行 了修正，得 出可用于施工检测 的弯沉控 制标准 关键词
2、：弯沉；变异性；龄期；养生温度 中图分类号：U 4 1 6、2 2 3 文献标识码：A 文章编号：0 2 5 3 3 7 4 X(2 0 0 3)0 2 0 1 5 6 0 5 St u d y o n Se mi r i g i d Ba s e De f l e c t i o n Or i t e r i o n d u r i n g Co n s t r u c t i o n F ENG Gu a n gl e ，XU Z h i h a n g ，LI NG Ti a n q i n g (1 D e p a r t me n t o f R o a d a n d Tr a f
3、f i c E n g i n e e r i n g，T o n g i i Un i v e r s i t y，S h a n g h a i 2 0 o 0 9 2，C h i n a；2 De p a r t me n t o f Hi g h wa y En g i n e e r i n g。C h o ngq i ng J ia o-t o ng I n s t i t u t e，C h o ngq ing 4 0 0 0 7 4，C h i n a)A b s t r a c t：On t h e f o u n d a t i o n o f a l o t o f i
4、n s i t u ma t e r i a l i n Ch o n g q i n g，we a n aly z e d t h e ma i n f a c t o r s wh i c h i n fl u e n c e d e fl e c i o n S v a r i a b i l i t y o f s e mi ri g i d b a s e，an d b a s e d o n t h e n e e d o f p r a c t i c e，we als o r e v i s e e i n s i t u-d e fl e c t i o n b y i t
5、s c u r i n g p e r i o d an d ma i n t a i n i n g t e mp e r a t u r e d u r i n g c o n s t r u c t i o n，an d o b l a i n e d a c o n t r o l l i n g c r i t e fi o n o f d e fl e c t i o n f o r con s t r u c t i o n i n s p e c t i o n、Ke y wo r d s：d e fle c t i o n；v ari a b i l i t y；c u r
6、i n g p e r i od；ma i n t a i n i n g t e mp e r a t u r e 我国公路沥青路面设计规范(J T J 0 1 49 7)规定，并要求竣工验收时的路面代表弯沉值 z 等于或小于 路面的设计弯沉值 l d，提 出了较原规范容许弯沉值更高的标准 事实上，竣工验收时弯沉可以作为路面结 构厚度设计 的控制指标，却无法实现对路面施工的过程控制，施工及监理单位在施工过程 中不能预测路面 竣工验收时的弯沉值是否合格 而且，由于工期和效益的原 因，也不 可能对每层半刚性路面基层都 留有足 够的养生龄期，以检验路面各层测定的弯沉值是否达到相应的设计要求 另外，
7、随着半刚性基层材料 的应 用，路面材料的强度(刚度)受材料组成和环境条件的影 响作用加大，使得弯沉的变异性过大，弯沉作为一 项施工控制指标就出现 了新 的问题，只有在对影响弯沉的诸多因素进行深入研究之后，才能正确运用弯沉 指标为路面施工控制服务 1 弯沉的变异性与影 响 因素分析 弯沉指标是路面整体承重能力的反映，其值的大小则是综合反映了施工质量控制的水平，尽管各道工 序的质量对路面整体质量还有互相补充的作用，但可以肯定，施工中只要有一个 环节掌握不好，都会造成 代表弯沉值的增大 而使代表弯沉值减小 的两个途径是：减小平均弯沉值和减小弯沉统计值的变异 系数 由于路面材料和厚度都是设计时确定的，
8、因此，加强施工质量控制的结果主要表现在减小路面弯沉的弯异 系数和提高路面质量的均匀性上 一般来说，影响半刚性基层弯沉指标变异性的主要因素有 3种：路基 刚度和均匀性；半刚性基层的施工质量；半刚性基层 自身刚度的变化 收稿 13期：2 0 0 20 20 7 作者简介：冯光 乐(1 9 7 6一)，男，湖北红安人，博士生 E-ma i l：f e n g g u m,gl e e i t i z n e t 维普资讯 http:/ 第 2期 冯光乐。等：半刚性基层施工弯沉检测标准研究 1 5 7 1 1 路基刚度和均匀性的影响 矿渣底基层弯沉指标 的变异性首先有赖于路基刚度的均匀性 从渝长路 Q
9、合 同段路基 弯沉测定情况(见表 1)可见，该合同段 AK 8 4+9 9 0 A K8 5+6 0 0，C K8 4+5 4 0 C K8 6+0 0 0及 G K0+2 0 0 G K 0+9 4 5 部分路基施工质量均匀，各分段弯沉 的变异系数 C ：6 9 1 6 1，属于质量较好 的路基 对应矿渣底基层的弯沉变 异系数如表 2 所示 从表 2可知，在铺筑矿 渣基层后，路 基 施工质量控制较好 的路段代表弯沉值有明显 下降，达到 了底 基层顶 面 控制 弯沉 值 0 8 1 mm 的要求，弯异 系数在 8 0 1 0 2 之 间 可见，由于原路基弯沉变 异系数较小，铺 筑矿渣后，变异系
10、数基本持平 至于路 基顶面 弯沉 变异 系数较 大 的路 段，矿渣底 基层 的变异 系数也 相应 增大 如 DK 8 5+2 8 0DK 8 6+0 4 0路基(填方部分)弯沉变异系数最高达 2 5 4，矿渣底 基层弯 沉变异系数为 2 0 左右 1 2 基层施工质量的影响 半刚性基层成型初期强度较低，混合料密 度大、压实质量高的路面，密实度大 半刚性基 表 1 路基 弯沉测试结果 Ta b 1 I n s i t ud e fle c t i o n ma t e r i a l o f r o a d 注：为平均弯沉值，S为弯沉标准差，l 为弯沉值，C 为弯沉变异 系数，n为弯沉测点数，下
11、 同 表 2 矿渣底 基层弯沉测试 结果 T a b 2 I n s i t ud e fle c t i o nma t e r i a l o f s l a g s u b b a s e 序号 位置 mm S mm I i mm C n 1 AK8 4+9 0 0AK8 5+6 0 0 0 6 2 8 0 0 6 4 0 0 7 5 6 1 0 2 8 4 2 CK8 4+5 O OCK8 6+O o 0 0 6 3 8 0 0 5 9 0 0 7 5 6 9 2 4 0 4 3 GK0+2 0 0GK0+9 4 5 0 5 7 8 0 04 6 3 0 6 7 1 8 0 7 8 层
12、集料的质量分数高达 8 0 以上时，对压实质量的影响十分明显，在不同压实情况时，基层弯沉的测定结果 显示，只有压实 良好 的基层才有可能形成较高的整体强度 表 3说明在不同压实情况下的弯沉结果 重庆市 2 0世 纪 8 0年代初 曾在南泉做 过试验测 试，四段老路基 的平均弯沉为 0 6 5 1 2 7 mm(共 6 8 8 个测点)，路基的弯沉变异 系数为 3 7 8 8 0 0，当 时施工条件落后，采用路拌法施工，作补强基层 1 5 2 0 c r n，半 刚性 基 层 的平 均弯 沉 值 2=0 5 60 9 5 mm，弯沉变异系数为 3 1 7 4 6 4，这个值 比目前 施工 的路面
13、都要大，但 比起下卧层，还是要减小许多 表 3 不同压实情况、不同龄期对弯沉的影响 T a b 3 I n flu e n c e o f d i ffe r e n t c o mp a c t n e s s a n d d i f f e r e n t c u r i ng pe r i o d t o ba s ede fle c t i o n mm 文献 1 对“西三”一级公路 1 0 k m路段的代表弯 沉和变异系数作了比较，按每公里分段统计，路面弯沉变异系数 C 值高的有 6 8，低的也有 2 6 1 分析 了各段变异系数的分布情况后，发现大部分段落 C 值在 1 8 4 6
14、 之间，占统计 总数的 8 1 5，其中 C =1 8 3 4 的约 占总数 的 6 0 1 3 半刚性基层自身强度变化的影响 半刚性材料 自身强度的不均匀性也是造成弯沉值 出现变异的原因 例如石灰剂量不够稳定，集料含量 与级配组成 的变化，施工 中发生 的离析，以及养生龄期、温度、湿度对强度的影响等使不同路段路面强度不 尽一致 从施工质量控制 的角度看，前几项因素需要在原材料质量、拌和机称量、拌和 的均匀性、摊铺 的作 业方式上找原因，根本上还是属于施工 原因 而龄期、温度 和湿度 的原 因，属于半刚性材料 自身特性形成 的，为 了解决这个问题，考虑到各地的施工经验、材料和气候特点各不相同，
15、在检测工作中可以通过本地以 往施工经验 和增加对比试验的方法，在对测定值进行修正的基础上，预测弯沉 目标值是否达到要求 2 龄期对弯沉的影响 在 比较了龄期和路面弯沉关 系后，可 以发现，在施工质量控制 比较严格 的路段，路面弯沉值的变化最 快的还是在前一个月内 以后 的时间里，弯沉变化速度开始趋慢 图 1 是一组矿渣底基层 2 8 d内的弯沉 一 龄期测定结果 另一组试验路(厚 2 0 c m，m(石灰)：m(粉煤灰)：m(碎石)=5：1 5：8 0)f 龄期测定结果见 维普资讯 http:/ 同济大学学报 第 3 1卷 图2，系重庆公路科学研究所上世纪 8 0年代在重庆进行 的半刚性路 面
16、研究成果 引 北京曾做过两段混合 料组成相 同的试验路，配合 比为：m(石灰)：m(粉煤灰)：m(碎石)=5：1 5：8 0 1 ，厚度分别为 3 6 c m 和 3 0 c m，用代表弯沉值表示的 t 关系(见图 2)同样说明 1 个月龄期后，弯沉 的减小逐渐趋于平缓 暑 g 蟋 4 0 3 5 3 O 2 5 2 0 l 5 1 0 0 5 图 1 2 8 d内弯沉与龄期 关 系 图 2 长 龄期与弯沉值 的关 系 Fi g 1 Re l a t i o n b e t we e n d e fle c t i o n Fi g 2 Re l at i o n be tw een l on
17、 g c u r i ng a n d c u r i n g p e r i o d i n 2 8 d p e r i od a n d de fl ec t i o n 上述结果可 以得 出，同样类型和等厚度 的半刚性基层，在成型后不同时间测定的弯沉值，可以是完全 不同的 若要评价某一时间路段弯沉是否达到要求，还得首先确定弯沉测定 的基准时间，那么其它时间测 定 的弯沉值可以通过基准时间的弯沉值进行换算 从半刚性基层弯沉变化规律以及工程实际需要出发，本 文认为选择 1 个月龄期作为弯沉测定的基准时间 比较合适，因此，定义 1个月的弯沉测定值为 j，即基准 弯沉，其它时间的测定值为 =A
18、f (1)式中：A 为第 i 天测定 的弯沉换算 系数 应用矿渣底基层 的试验结果取 C =4 0，计算代表弯沉值 统计(见表 4)表明，当龄期为 7 d时，弯沉测定值为基准值的 5 7 8倍 和 5 8 5倍，龄期 1 4 d时，弯沉测 定值是基准值的 1 7 5倍和 2 1 1 倍 如用两组试验结果的平均值表达，则 当龄期满 7 d时，=5 8 2 j；当 龄期满 1 4 d时，=1 9 3 i 在测定时间超过一个月时，下面收集 了不 同强度的两种基准弯沉资料进行统 计，见表 5 表 4 短龄期基准弯沉换算统计结果 T a b 4 S t a t i s t i c s o f s h o
19、 r t c u r i n g pe riod f i d u da l d e flectio n 表 5 长龄期基准弯沉换算统计结果 T a b 5 S t a t ist i cs o f1 0 n g c u r i n gpe riodfi d u c i a l d e flecti o n l i l mm l i mm t，旯 Ai 1 6 mm I i mm 0 3 5 6 0 31 6 2 0 8 88 0 3 5 6 0 3 o 2 3 0 8 48 0 8 2 9 0 2 95 0 4 7 2 0 3 5 6 0 2 6 7 6 0 7 5 0 0 1 8 4 0 1
20、 3 4 2 0 72 8 0 1 8 4 0 1 2 7 3 0 6 9 0 0 7 0 3 0 1 2 9 0 2 0 6 0 1 8 4 0 1 2 7 6 0 6 9 0 由表 5可知，对于某一个基准弯沉来说，Af 的变化并不很大 例如 i=0 3 5 6 1 T ff n时，2 6个月间 A 变化于 0 7 5 0 0 8 8 8，可取 A 平均值 为 0 8 2 9，可得第 6个月 的弯沉 值 2 6=0 2 9 5 r n r n；同样，对；=0 1 8 4 l n n l 的一组，A 变化于 0 6 9 0 O 7 2 8，可取 A 平均值为 0 7 0 3，6：0 1 2 9
21、 1 T ff n 规范规定，路面设 计时，取平均基层模量为 6个月的抗压模量，因此针对重庆市几条高速公路基层顶面设计弯沉值=0 3 5 O 4 5 1 T ff n的情况，可先将设计弯沉换算为施工控制弯沉，然后通过 内插便 可以求得相应 的基准弯沉 值，见表 6，也可通过式(1)推算 出 表6 基准弯沉换算表 根据基层成型后养 生的时间，确T a b 6 T a b l e o f fi d u c i a l defl ec ti o n c a l c u l a t i o n 定对应的换算系数 A ，由于 A 是相l c m m 0 2 0 6 0 3 5 0 0 3 7 0 0 3
22、 9 0 0 4 1 0 0 4 3 0 0 4 5 0 4 5 0 对于基准弯沉 而言的，可 以转换 为弯 沉控制值 为 了考虑试验结果 的变 异性，根据重庆市施工一般情况，取基 维普资讯 http:/ 第 2期 冯光乐，等：半刚性基层施工弯沉检测标准研究 1 5 9 层弯沉变异系数为 3 0，底基层为 4 0，则有表 7的半刚性基层施工弯沉控制值和表 8的矿渣底基层 的 施工弯沉控制值 在弯沉抽测时，某养生龄期下测定的代表弯沉值 Z 应小于或等于该 龄期下的弯沉控制值 Z ，即 Z f 针对不同的养生龄期，都 可采用内插方法得到不同龄期 内的弯沉控制 值 但是，无论半 刚性基层还是 底基层
23、，由于 7 d龄期时 尚未形成板体，弯沉测定很不稳定，一般情况很不理想 故 7 d指标仅作参考 表 7 基层施工控 制弯沉表 C =3 0 表 8 矿渣底 基层的弯 沉控 制值 C =4 0 Tab 7 Co nt r o l l i ng de fle c t i on of ba s e du r i ng c o ns t r u c t i o n Ta b 8 Co nt r ol l i ng s ur ba s e de flec t i o n o f r i c h c i n de r 注：1)所示 z i 为平均弯沉控制值，其余 为代表弯沉控制值 3 养生温度对 弯沉 的
24、影 响 经过较高温度和较好气候条件养生的半刚性基层较气候条件差时施工的基层，弯沉值要小得多，前者 碾压成型后，经过一周板体性就开始形成，而后者经过数周还如刚刚成型的一样 因此，有必要根据养生温 度对弯沉施工控制指标进行修正 目前国外针对路面温度状况对弯沉影 响的换算系数 问题主要有 3个解决方 法 3：B a r b e r 法，AI 法和 S h e l l 法 另外，我国公路沥青路面设计规范对温度修正也有相关规定 通过 比较，认为可 以采纳 S h e l l 法推 荐 的确定路面等效温度 的思路 (1)每天等效温度 等效温度的考虑方法是 获得 每天 8：0 0和 1 4：0 0气温后，以
25、延续时 间(h)为权计算 当天的等效温度 8：0 0测定值 丁 8 代表 1 6 h的温度，取权 1 6；1 4：0 0测定值 丁1 4 代表 8 h温度，取权 8，则 T i：(1 6 丁 8+8 丁1 4)2 4=(2 T8+T1 4)3 (2)(2)等效温度加权系数 二灰混合料强度随温度的变化关系已为大家公认，较高温度养生的试 件 比较低温度养生的试件强度 要高 如以 2 5时养生试件强度为基准，取权数为 1；则其它温度养生 的权数 可 以用 R 尺2 5 来 表示 这 样，根据不 同温度的饱水抗压强度值可获得相应温度的加权系数 根据不 同温度时的强度结果(如图 3所示)，即使混合料组
26、成相同(配 比为：7 7 2(石灰)：7 7 2(粉煤灰)：7 7 2(碎石)=6 5：1 3 5：8 0)，当集料粒径小于 4 7 5 1 T I 1 T t 的质量分数(含二灰)变化时，混合料的温度 一强度 关系也有较大的变化，故需要根据配 比实际情况，通过试验确定加权系数和等效温度的关系 这与 S h e l l 法 有很大的不同，S h e 1 1 法仅适用于沥青路面，没有对沥青混 合料组成 的影响加以区分，但根据半刚性基层养生期间的 强度发展规律，基层混合料不 同组成对强度的影 响是必须 加以考虑的 根据图 3，就可统计基层成型至弯沉抽测这段 时间内每天的温度加权 系数，再求其平均值
27、 这 个值在 图 上对应的等效温度即为基层养生期 间的等效温度(n)(3)弯沉的温度修正系数 当路面养生期间的等效温度小于 2 5时，应对路面 弯沉值进行修正 对养生温度大于 2 5及秋季施工 的路 面不作修正 从路面弯沉值 的理论计 算式可知，路面模量 是影响路面弯沉 的一个主要因素，而半 刚性材料的模量又 随养生期温度的变化而变化 找 出温度与模量的关系，就 可建立路面养生期温度与弯沉 的关 系了 经过试验得出强。C 图 3 不 同的温 度和 W FS 与 R2 5 之 间关 系 Fi g 3 Re l a t i on be t we e n Rf a n d R2 5 i n di f
28、 f e r e nt t e mpe r t u r e an d w 维普资讯 http:/ 同济大学学报 第 3 1卷 度与温度 的关系如图 4所示 经过理论计算，求得不同厚度和不同温度时的弯沉修正值，如图 5所示 g 蟹 籁 螺 鼍 r 养生 期等效温度。C 图 4强度与温度 关系 图 5 弯沉修 正系数 F i g 4 R e l a t i o n b e t w e e n i n t e n s i t y a n d t e mp e r a t u r e r i g 5 R e v i s i o n c o e f fi c i e n t o f d e fl e c
29、 t i o n 由图 5可见，二灰混合料中细集料 占集料重的比例高时(如 4 6)，温度对弯沉值影响较小，1 5时的 弯沉 比2 5时增大 6-7；2 0时仅 比2 5时增大 2，不同厚度的弯沉修正 比十分接近 随细集料 在总集料 中的比例减小，二灰与细集料组成的混合料中，二灰 比例相对较高，则温度对弯沉值 的敏感性增 大 1 5时的弯沉值较 2 5时增加 3 2-4 2，2 0时弯沉值较 2 5时增加 1 3 1 6，同时，厚度在 温度 一弯沉关系中的影响也加大 厚度等于 2 8 c m 的一组修正系数较厚度 2 0-2 4 c m 的大 至此，可以根 据养生期的等效温度和混合料组成在图
30、5中找到相应 的弯沉修正系数 4结论(1)弯沉是衡量路面整体刚度的重要指标，是一种很有效的检测质量控制手段，同时表明弯沉变异系 数对工程质量的均匀性评价有重要作用 (2)路面弯沉值和变异性有赖于路基的弯沉和变异性，只有在确保路基质量的基础上，半刚性路面的 质量才有可靠的保证 (3)为了满足弯沉值要求，除 了充分保证材料质量和性能外，还必须规范施工工艺，提高管理水平，一 定不可忽略减小弯沉 的标准差同降低平均弯沉值 同样重要，这是一项十分经济 的措施 (4)统计资料表明，按照 目前施工水平，半刚性基层变异系数一般可达 3 0 4 0，对于施工管理严格 的路段，将弯沉变异系数降到 2 0 3 0
31、是完全可能的(5)由半刚性材料 自身强度特点产生 的弯沉值变化规律(如养生龄期和养生温度 的影响等)，需要通 过试验确定对 比关系，然后用于工程质量控制中(6)实测弯沉时间可在 1 4 d后，其与设计弯沉相应的换算可采用式(1)进行，不 同地区系数可以根据 试验值进行调整(7)实测弯沉的养生温度影响修正可以采用文中采用的 S h e l l 法思路进行 参考文献：1 沙庆林 半刚性基层路面的质量控制 M 北京：人民交通出版社。1 9 9 2 2 交通部重庆交通科学研究所 利用粉煤灰筑高强基层的研究 R 重庆：交通部重庆交通科学研究所。1 9 8 2 3 姚祖康 公路设计手册路面 M 北京：人民交通出版社。1 9 9 9 维普资讯 http:/