（岩土工程专业论文）卵石混凝土的材料特性及其应用技术研究.pdf

摘要 近年来，我国正在进行大规模的县乡公路建设，各地区结合当地的特点，选 择适合本地区的路面材料和路面结构形式，取得了良好的经济效益和社会效果。 河南省平顶山地区利用当地大量存在的卵石材料修筑县乡公路，多年使用证明用 卵石混凝土材料铺筑的水泥混凝土路面能够满足县乡公路的使用要求，但是在使用 过程中出现了因卵石混凝土面层质量不稳定而发生较为严重的病害问题。针对这 些问题。本论文在对天然卵石的材料特性进行分析的基础上，系统地研究了卵石 混凝土材料的力学性能。在满足现阶段县乡公路对路面结构承载力和耐久性要求 的前提下，提出适合平顶山地区县乡公路建设要求的卵石混凝土路面典型结构和 施工质量控制标准。其主要研究成果如下： l 、通过路况调查。总结了卵石混凝土材料在平项山地区县乡公路中的使用情况， 并重点探讨了卵石混凝土路面出现的典型病害及其发生的原因- 2 、在对天然卵石的材料特性进行分析的基础上，通过4 8 6 块试件研究了水灰比和 碎石掺量对天然卵石混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度的影响试验结 果表明天然卵石由于其最大粒径偏大以及级配不良，导致其配制的混凝土强度离 散性大，并且在对强度的提高幅度不大。 3 、在对天然卵石材料进行质量控制的基础上，利用正交设计的试验方法，通过2 3 4 块试件研究了水灰比、粉煤灰掺量、砂率、卵石最大粒径和级配对卵石混凝土强 度的影响，从而确定了卵石混凝土在路面上应用的最佳配合比、粉煤灰最佳掺量 以及各种因素对其强度的影响规律。 4 、根据试验结果和路况调查，结合平顶山地区的实际情况设计出了满足其实际 的路面典型结构和施工质量控制标准 关键词；县乡公路，卵石混凝土，抗压强度，劈裂抗拉强度，抗折强度，正交设 计 加s t m c t a tp r e s e n t , t h el a r g o - s c a l ec o n s t m o t i o no fr u r a lr o a di s g o i n go ni no wc o u n t r y m a n yr e 西o n sc h o o s ea p p r o p r i a t em a t e r i a l sa n ds t r u c t u r ep a t t e r n so fp a w m e n t a c c o r d i n gt ol o c a lc o n d i t i o n s , a n de n h a n c et h ed e v e l o p m e n to ft h el o c a le c o n o m ya n d c o m m u n i t y p e b b l es a n di sw i l d s p r m ya p p l i e dt o b u i l dr u r a lr o a di nh a n a n p i n g d i n g s h a na c c o r d i n gt ot h ea c t u r a l l yu s i n gc o n d i t i o n s 。i t b e8 e mt h a tt h i s m a t e r i a lc a ns a r i s f yt h ec o a s h c h o ns t a n d a r do f r u r a l r o a d d u r i n gt h eu s i n gi y i o c 瞄so f 1 o e d , s o h l es e r i o u se a r l yd i s t r e s s e so fp a v e m e n th a v e 叩p 删b e c a u s eo fu n s t a b l e q u a l i t yo f p e b b l ec e m e n tc o n c r e t e a sf o rt h e s ep r o b l e m s , t h em a t e r i a lp r o p e r t i e so f t h e p e b b l ea g g r e g a t eh a v e b e e nr e s e a r c h e d , a a dt h e nt h em c c l m n i c s 恻s t i e so f p a b b l e c e m e n tc o n c r e t eh a v eb e t aa n a l y z e ds y s t e n x i c a l l y t h et y p i c a lp a v e m e n ts t r u c t u r ea n d c r i t e r i o no fe o n 删o n q i i a l i t yc o n t r o lh a v eb e e np r e s e n t e dw h i c hc a l ls a r i s f yb e a r i n g a b n i t ya n dd u r a b i l i t yo ft h er u r a lg o a dc r i t e r i o n , t h em a i nr f i s u l t so ft h i sa t e d ya t e f o l l o w s ： 1 、b yi n v e s t i g a t i o no fp a v e m e n tb e h a v i o r , c o n c l u s i o n so fp e b b l ec o m e a tc o n c r e t e p a v e m e n tu s e di np i n g d i n g s h a nc i t yh a v eb e e ns u m m e du p , t h e nt h ed i s t r e s sa n dt h e r e a s o n c a n s i n g t h e d e s t r o y o f p e b b l e c e m e n t c o n c r e t e p a v e m e n tr r o d i s o u s s e d m a i n l y 2 、b a s e d o n h a v i n g m a y z e d 出e m a t e r i a l p r o p e r t y o f l ) e b b l e a g g l c g a t e , t h e i n f l u e n c e o fc h a n g i n gv o l u m ep r o p o r t i o no fg r a v e lo nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e ss u c h o r a s h i n g r e s i s t a n c e 、s p l i t t i n gr e s i s t a n c ea n dr u p t u r es t r e n g t hm s t u d i e db ye x p e r i m e n to f4 8 6 a p o c i m e u s t h ee x p e f i m c m t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h es 咖g i l ld i s p e r s i o no f n a t u r a lp e b b l e c o n c r e t ei s v e r y h i g ha n dt h ea 咖g t he h a n g eo fn a t u r s p e b b l ec o n c r e t ei sn o t r = n a r k a h l e 3 、b a s e do nt h eq u a l i t yi m p r o v e m e n to fr a t b r a lp 曲b 域t i mi n f l u e n c eo fc h a n g i n g v o l u m ep r o p o r t i o no fm wf l ya s h 、w a t e fc e m e n tr a t i o 、s a n dp e r c e n t a g ea n dc o a r j e a g g r e g a t el i m i t i n gg r a ms i z eo nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e ss u c ha 8c m s h m gr e s i s t a n c e 、 s p l i t t i n gr e s i s t a n c em l dr u p t u r e 霜l g c h s t u d i e do , s t c m i c a t l yb yo r t h o g o n a l e x p e r i m e n to f2 3 4 璺p e c i m 鲫a o e o t d i n gt ot h ee x p e r i m a n t a lr e s u i t s ，t h eo p t i m u m e x p e r i m e n t a l r a t i o s - t h e o p t i m a lm e a n t o f f l y a s h a n d t h es u g t h v a r i e dr e g u l a t i o n so f p e b b l e c e m e n t c o n c r e t ea p r e s e n t e d 4 、b a s e do i lt h el a be x p e r i m e n tr e s u l t sa n di n v e s t i g a t i o n so f p a v e m e n tc o n d i t i o n s , t h e t 删c a ip a v e m e n ts t m c t m ea n dc r i t e r i o no fc o n s t r a c t i o nq 叫i t yo fp e b b l ec e m e n t c o n c r e t e p a v e m e n t h a v e b e e n p u t f o r w a r d k e v w o r d s ：m z a lr o a d , p e b b l ec e m e n tc o n c r e t e ，c r u s h i n gr e s i s t a n c e ，s p l i t t i n gr e s i s t a n c e ， r u p t u r es t r e n g t h ，o t t h o g o n a le x p e r i m e n t 郑州大学硬士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的工程背景及意义 根据党的十六大确定的全面建设小康社会的总体要求，国务院于2 0 0 5 年通过 农村公路建设规划规划中明确提出，对于我国农村公路建设应当遵循统筹规 划、分级负责、园地制宜、经济实用、注重环保、确保质量的原则，并提倡推广 和应用新技术、新材料、新工艺，保证工程质量，降低工程成本目前，农村公 路建设问题已引起各级政府的广泛关注。近年来，我国在县乡公路建设方面投入 巨额资金，但是由于工程量大，资金投入仍显得十分有限。如何在投入少的情况 下尽可能地解决县乡公路修筑问题是我国公路部门面临的一个重要问题。为了解 决西部地区县乡公路修筑中的技术难题，国家交通部在西部公路科技发展专项中 曾设专题进行研究，取得了一定的研究成果。河南省作为一个农业大省，每年在 农村公路建设方面都投入了大量资金，如何使用好这笔有限的资金切实解决农村 的公路建设f 目题，许多地市结合本地的实际情况都在进行有益的探索，并且取得 了一定的进展。如平顶山市县乡公路管理处根据当地具有丰富的天然卵石材料的 实际情况，大胆采用卵石混凝土作为面层结构铺筑城乡道路使得工程造价明显 降低。虽然与规范中要求的以碎石作为主要骨料的普通水泥混凝土相比，其强度 具有较大差异，但在多年的实践过程中，他们不仅在普通的低等级县乡道路中使 用，同时也将该种路面结构推广到部分县乡二级干线公路。多年的使用结果表明， 该方面的应用是成功的。这与目前我国的公路设计和艚工规范中规定该种材料只 能用作路面结构的基层和底基层的要求是不太一致的。由于没有适合于县乡公路 实际的设计规范和相应的施工质量控制标准，河南省目前在县乡公路的设计和施 工过程中虽然也部分借鉴了现有的相关技术规范，但仍主要以经验为主，在路面 结构的设计方面具有较大的随意性。考虑到在河南省部分地区天然卵石原材料大 量存在，而天然卵石本身的物理和化学成份较为单纯、稳定，集料含量高，并具 有一定的级配，整体分散度小等特点，使其在适宜的水泥剂量和含水量配合下， 能够有效地降低刚性路面的温缩和干缩，从而提高路面的稳定性和耐久性。同时 作为一种路面籀工材料，其料场的普遍性和原料的廉价性对于县乡道路施工来说 都占有绝对优势。可以实现就地取材，有效地节约工程造价因此结合河南省 县乡公路的特点，对天然卵石的材料特性进行分析，并系统研究卵石混凝土材料 的路用性能，在满足现阶段县乡公路对路面结构承载力和耐久性要求的前提下， 提出适合河南省县乡公路建设要求的低造价水泥混凝土路面的设计方案和旌工质 量控制标准。这不仅能够解决低等级水泥混凝土路面修筑过程中的一些关键技术 问题，采取合理的技术措施，保证卵石混凝土路面的工程质量，同时对于加快我 郑州太学硕士学位论立 第一章绪论 省县乡公路网的建设，提高我省农村经济的发展水平等都具有重要的意义。 1 2 国内外在县乡公路应用技术方面的研究进展 县乡公路作为现有公路网的主要组成部分，其路面材料、路面结构设计、路 面施工质量控制、路面养护等方面的应用技术研究各国都很重视，并结合各地的 实际情况制定了一系列的实旋方案，从而为县乡公路网的建设和发展提供了技术 保障。目前，国内外在县乡公路应用技术研究方面的主要进展情况大致如下。 ( 1 ) 国内研究现状 河南省的平顶山、洛阳等存在卵石的地区都较早得开展卵石混凝土用于铺筑 县乡公路的试验工作，并积累了较为丰富的经验，其中洛阳地区在铺筑县乡公路 时采用卵石砂石统料混凝土路面也取得了很好的效裂“。 1 9 9 2 年，黑龙江省同化三村边防公路( 采用三级下限标准) 成功铺筑天然砂砾 路面。该路面结构型式的确定是源于筑路地区河流纵横交错，因历史上河道变迁 的缘故，农场内有多处河滩砂场，卵石混合料贮量丰富，该农场原有砂石路1 1 2 k m ， 有9 0 k m 的路面是采用该种混合料铺筑而成的，并且从多年使用实践看，路面结 构整体性较好，稳定性强，路面较平整，而且基本达到晴雨通车的要求 由交通部北京公路科学研究所和重庆交通学院共同完成的2 0 0 2 年交通部西部 项目“低造价公路建造技术的研究”在此研究项目中路面面层材料主要是采用 沥青混凝土 重庆交通学院在2 0 0 3 完成的重庆市交委项目“重庆市农村公路简易施工手册” 1 2 1 ，根据重庆市地理、经济等情况，确定重庆市农村公路的等级标准、不同交通量 下的路面结构类型选用，对路面、路面基层、路基的施工工艺过程及质量控制提 出了具体意见，为重庆市农村公路建设规范性、一致性具有很强的指导作用。 由交通部规划研究院完成的。农村公路发展资金与管养体毒4 研究“，主要分 析了我国农村公路发展的现状、存在的问题、面临的形势及政策法律环境；明确 农村公路的属性、功能定位；参照国外的先进经验和我国农村公路建设、管理、 养护的实践，结合公路建设费改税的改革举措和农村费税改革的进程，系统研究 了农村公路发展的资金问题以及管养体制，使农村公路发展更加规范化、法制化、 可持续化。 在农村公路建设规划方面，为了更好地建设农村公路，使其规范化，交通部 公路司2 0 0 4 年2 f 出台了农村公路建设标准指导意见) ( 征求意见稿) - 其他一些 省( 市) 也根据自身的情况制订了一些农村公路建设标准，倒如：甘肃省制订的甘 肃省农村公路工程技术标准；吉林省出台的吉林省乡村公路工程技术标准； 青海省交通厅出台的青海省农村公路工程技术标准) ( 试行) ； 黑龙江省通县 郑州大学硕士学位论文 第一章绪论 乡公路建设主要技术政策；山西长治市村村通水泥路( 油路) 技术质量操作手 册；山东德州市关于统全市农村公路改造工程技术标准的通知； 重庆 市农村公路施工简易手册等都是结合当地的情况所制订的，对当地的农村公路 建设起到了重要的指导性作用。 张欣埘在农村公路网规划特点与方法中指出，农村公路与干线公路存在着差 别，但都是整个公路网的重要组成部分农村公路网规划重点解决的是。不通公 路”的问题，而不是“提高等级”的问题。由于农村公路缺乏系统的调查资料和 线路交通量数据，所以运用基于“四阶段”交通预测的规划方法存在困难，多采 用总量控制的方法，要求使用的方法简便、易行，可操作性强，其规划程序如下； 社会经济与交通状况社会经济发展公路交通总量预测节点重要度分 析网络布局规划主要路段交通量预测网络结构优化觌划网络评 价一建设项目排序，为农村公路规划提出了新的观点由吉林省公路专业人员 王勇研制的复合固结土路面新材料己经开始试验应用，专家认为在二级以下公路 利用此项成果具有较好的经济环保效益。这项技术是采用土质固化剂和适量的稳 定剂，通过科学配比，使其与土产生物理化学作用，把土固结成板体用作路面基 层该技术应用到农村公路建设中不但可以降低工程成本，而且避免了传统材料 在开采、加工、运输和使用中对周围环境的污染，具有很好的生态环保效应。农 村公路多为二级以下公路，此项成果的应用，对于节约农村公路的建设成本、促 进农村公路快速发展具有较高的应用价值。 在农村公路养护管理方面，特别是管理模式上，国内的研究比较多，如交通 都公路司的公路养护工程管理办法、河南省的( 县乡公路建设和养护管理办 法、吉林省乡道管理办法j 、云南省县乡公路建设、养护管理办法 、贵 阳市农村村公路养护管理办法和贵阳市市属列养县乡公路养护管理办法) 等， 以及一些地方性的规定如泰安市下港乡制定道路养护管理办法，安徽省部分 市县的公路养护办法等。张召学将当前的农村公路养护模式归纳为三种；第一种 是“建庙增人购机”式即增设机构、增加人员、购置养护设备的管理养护模式： 第二种是“自建、自营、自养。模式。这种模式要求做到“三个明确”，即明确 建设主体、明确管养主体、明确县乡镇职责。第三种是。分级管理、分级养护” 的模式。这种模式要求农村公路管理和养护的主体在行政村，交通主管部门根据 农村公路的通行情况，分别划定一定里程或区域，分配给靠近的行政村，交通主 管部门为其免费培训农民养路工，农民养菇工农忙时干农活，农闲时养护农村公 路。农民养路工按照养路的好坏或达标率，从行政村委员会或交通主管部门领取 一定的报酬，从而为农村公路养护提供了很好借鉴。 朱建东在调查上海市乡村公路的养护管理现状后分析其主要存在的问题在 酃州大学硬士学位醺室第一章绪论 于：管理体制不完善、专业人员不配套、资金缺乏、道路等级低、桥梁状况差等， 认为要从完善体制、落实资金、培训人员、改造低等级公路和危桥上来解决农村 公路养护管理中存在的问题，要充分认识到农村公路养护的重要性，建立长效管 理机制，促进农村公路的健康发展。牛鸿武等对乡道养护质量检查量验进行了探 讨，认为农村公路存在大量的砂石路面，由于农村公路养护条件差，不能完全实 施公路养护质量检查评定标准，需进行适当调整，以符合农村公路的实际情 况。其调整原则是最大限度与标准保持良好衔接和合理、倚便、易于操作， 并给出具体调整内容和方法。 ( 2 ) 国外研究现状 2 0 0 0 年，美国拥有农村公路3 0 0 多万公里，占美国公路总里程的一半。在3 0 0 多万公里的农村公路中，未铺筑路面里程为1 4 0 多万公里，铺筑路面的里程近1 6 0 万公里。虽然农村公路承担的运输强度不是很大，但它数量众多，在经济和社会 发展方面具有重要的作用美国农村公路的建设与养护由各州运输厅负责。德国 农村公路的建设和养护由各县工程处自己负责或者由州公路管理局代管。2 0 0 1 年7 月，全美各县协会委托美国审计署所完成的一项研究表明，农村公路的车辆行使 里程占全美的4 0 ，在农村公路上发生的恶性交通事故却占全国的6 0 ，两者综 合考虑，农村公路恶性事故比城市道路要高出_ i 匠2 5 倍。而全美各州用于城市的投 资是7 8 0 0 美元，车道英里【4 l ，农村公路的投瓷仅为17 0 0 美元，车道英里。所以提出为 保证农村公路的交通安全，需要对其增大资金的投入，在( 2 1 世纪交通运输公平 法案修正过程中为改善农村公路的交通安全应该设立专项资金。 美国华盛顿州三元县把优美的环境作为其最重要的自然资源，当地政府在修 建道路时特别注重对沿线风景的保护并且为保护这些自然资源而制订了农村公 路风景保护指南( a g u i d e f o r t h e p r o t e c t i o n a n d e n h a n c e m e n t o f o u t r u r a l r o a d s s p n i cq u a l 稻e s ) 。对农村公路建设盼环境保护具有很高的参考价值。 。美国科技人员咀美国明尼苏达州的三条公路( 阿诺卡、达柯塔、芝索科) 为研究 案仞，其中路面包括新沥青路面、不同状况和不同成分的混合路面以及一段土路r 研究了因路面类型和质量不同而引起的燃油消耗的不同。 英国交通部委托有关咨询机构从政府发展政策、地方政府管理战略、英国农 村公路交通、教育与培训、工程措施等方面对农村儿童的交通安全进行了分析与 评价。 早在1 9 9 2 年，英国苏格兰道路管理局就出版专著对保证环境与经济发展及社 会进步的协调问题进行了研究与探讨。目前，在协调农村公路与环境两者之间的 关系方面做了一些研究。涉及的课题有：农村公路体系以及载重汽车在农村公路 地区的行驶研究、适宜农村地区的公路研究、农村公路管理与环境、农村公路噪 4 郑州学硕士学位论文 第一章绪论 音控制与消除等其中。适宜农村地区的公路研究”课题组完成了一套有关农村 公路选线和设计的指南，为管理人员和技术人员修建道路时处理好道路几何线形、 沿线地形、沿线风景类型及自然环境等因素之间的关系提供了多种设计方法。并 指出“适宜农村地区的公路”是指一条公路能够与环境协调，并且其功能满足道 路使用者安全、蝓悦的驾驶要求，同时在建设过程中对沿线的环境破坏最小。其 提供的设计方法与英国现行的道路设计标准并不冲突，但是鼓励设计人员在规划 与设计中更加灵活的运用这些标准，从而设计出既安全又与自然和谐的道路。 从上述材料中可以看出，国内外修筑农村公路时太多数也是结合本地区或本 国的具体情况，充分利用本地区的各种条件，因地制宜铺筑适合于本地区的农村 公路，并且主要采用碎石混凝土和沥青混凝土为路面面层材料，对采用卵石混凝 土材料铺筑低等级农村公路的系统性研究还很少。 1 3 本文的主要研究内容 本文在总结国内外现有农村公路应用技术研究成果的基础上，针对平顶山地 区在使用卵石混凝土材料铺筑农村公路中出现的路面强度不足、路面强度离散性 大、早期破坏严重以及路面结构组合不合理等问题。通过大量的室内试验，研究 了卵石混凝土材料的力学特性及其影响因素。在此基础上，探讨满足平顶山地区 实际的低等级水泥混凝土路面典型结构形式和施工质量控制标准其主要研究内 容分为以下几个部分： ( 1 平顶山地区农村公路路况调查 采取资料搜集和现场调查相结合的方法，对平顶山地区目前已建和在建的卵 石混凝土路面进行调查分析了解卵石棍凝土路面所采用的路面结构、结构层厚 度、各结构层材料类型以及路面结构在使用过程中的病害情况 2 ) 卵石混凝土材料韵力学性能试验研究 针对路况调查中发现的路面强度不足、强度离散性大等问题，以及各种典型 路面的早期病害，通过室内试验，研究卵石混凝土材料的力学特性及各种因素对 其强度和离散性的影响规律，并探讨卵石混凝土路面出现各种病害的相关机理。 ( 3 ) 卵石混凝土材料在乎顶山低等级公路中的应用 在掌握卵石混凝土材料的报关参数和强度变化规律的基础上。结合路况调查， 探讨符合平顶山地区实际的低交通量路面典型结构形式和施工质量控制标准。 郑州大学碗士学位论文第二章现有代表性路段踏况调查分析 第二章现有代表性路段路况调查分析 为了更好地了解卵石混凝土材料在平顶山地区的使用情况，借鉴已有县乡公 路的设计和施工方面的成功经验，我们对平顶山市的自然环境、材料情况、施工 水平及有代表性的路段进行了广泛的调查，初步掌握了平顶山地区低等级县乡公 路的基本现状。有关路况调查的方法及其结果大致如下 2 1 路况调查概述 2 1 1 路况调查的目的 路况调查【3 】也是旧路调查，其目的是为了全面深入的了解本地区目前使用的路 路面结构形式、结构层厚度、各结构层材料类型和使用效果，以及路面结构在使 用过程中的病害情况，路面所处的路基的性质以及自然环境和交通等对路面使用 性能的影响，以评估路面结构、路面材料和自然环境与交通等因素之间的相互作 用及其路面使用效果之间的关系，为典型结构的设计提供参考结构形式和材料的 现场应用经验。调查可采取全面调查与现场重点调查相结合的方式进行。全面调 查的实施可根据实际需要设计成一定的表格形式进行有关项目调查。在取得全面 调查资料后。对其作统计分析与整理，根据研究目标确定重点调查路段，实施现 场调查。 2 1 2 现场调查路段选择的基本依据 调查路段的选择应覆盖典型结构应用的区域，路面结构形式应具有一定的代 表性，有一定的使用频率，经一定使用年限后使用状况良好或病害严重的路面结 构都应选作调查路段；对路面结构形式、使用状况和交通条件三者综合考虑后， 确定现场调查路段。 这次调查的道路等级主要l ；l 二级及二级以下使用卵石混凝土铺筑的公路为 主，另外要满足的条件是所调查路段使用年限在三年以上，并有一定的交通量。 路段应包含不同的路基结构、不同的路面结构、不同的使用状态( 如完好、临界、 破坏) 和不同的交通置。更详细的原则如下= ( 1 ) 公路等级原则 根据平顶山地区目前和未来的交通量和经济发展状况，路网规划以及各种等 级的公路修建的频率，确定现场调查的公路等级。在平顶山县乡公路中修筑最多 的是二级、三级公路，四级公路很少。因此，本次调查主要选择了二、三级公路 作为现场调查的公路等级。 帮州大学硕士学位论文 第二章现有代表性路段路况调查分析 ( 2 ) 路面结构类型原则 在满足等级原则下，选择各地区中使用频率较高，所用基、垫层材料具有代 表性的路面结构形式作为调查测试的路段。 ( 3 ) 对比原则 在满足等级原则和结构类型原则条件下，选择使用状况良好和有破坏病害的 相同路面结构进行调查。 “) 地区覆盖原则 调查路段覆盖典型结构应用的整个区域。 ( 5 ) 使用年限原剐 在同等条件下。选择使用年限较长的路段。 2 ，1 3 调查的内容和方法 为了搞清楚自然环境条件，交通、路面结构组合设计和施工质量等与混凝土 路面使用寿命及病害的关系及路面产生病害的原因，现场调查内容和方法如下： ( 1 ) 交通量调查：从交通观测站、收费站收集交通量或直接派人进行现场调查。 ( 2 ) 路面结构及其厚度调查：调查和收集路面结构设计资料，钻芯取样，测出 混凝土板的厚度，对芯样进行室内抗压强度和劈裂抗拉强度试验。确定混凝土板 的强度。 ( 3 ) 路面破坏原因初步分析：根据路丽破坏位置，破坏形式，交通量，路面结 构实测厚度，初步确定路面破坏的原因。 2 2 平顶山市县乡公路现场调查成果 2 2 1 平顶山地区气候、地形及土壤地质条件 平顶山市位于河南省中南部，周围与漯河市的舞阳驻马店市的西平、泌阳 县，洛阳市的汝阳，伊川县，南阳市的方城、南召县和郑州市的登封县，许昌市 的禹县、襄城县相接壤，属大陆性季风气候，地处暖温带，春暖、夏热、秋凉、 冬寒，四季分明，雨量充沛，光照充足年乎均气温1 5 0 1 2 。7 月份气温最高，平 均为2 7 6 ；1 月份气温最低，平均为1 2 无霜期为2 2 8 天。年最大降水量1 3 2 3 6 毫米，最小降水量3 7 3 9 毫米，年平均降水量7 4 5 8 毫米，一年内各季降水分布为 春季占2 0 2 3 ，夏季占4 5 5 0 ，秋季占2 4 2 9 ，冬季占4 5 。风向以偏 南、西北、东北风最多，春夏盛刮偏南风，秋冬盛刮偏北风，常有来自西伯利亚 的冷空气入侵。 郑州大学硕士学位论文第二章现有代表性略段路况调查分析 根据中国公路自然区划，平顶山地区属于东部温润季冻区中的鲁豫轻冻区和 黄土高原干湿过渡区中的黄渭问山地、盆地轻冻区。在5 区内，区内潮湿系数为 0 5 0 1 o o ，年降雨量6 0 0 8 0 0 m m , 雨型为夏、秋雨，最高月平均地温为3 0 3 2 5 。多年平均最大冻深为1 0 4 0 c m 。在1 1 4 区内区内潮湿系数为0 5 0 1 0 0 。 年降雨量为6 0 0 - - 8 0 0 m n k 雨型为夏、秋雨，最高月平均地温为3 0 3 2 5 ，多年 平均最大冻深为1 0 4 0 c m 。这两个区域的特性十分相似，表明平顶山地区的特性 就如上所述 2 2 2 平项山市县乡公路修筑情况 平顶山市从1 9 9 1 年至1 9 9 4 年新改建县乡公路5 6 8 公里，是建国以来修建县 乡公路的两倍；1 9 9 5 年至1 9 9 8 年全市新改建四级以上油路、水泥路1 4 1 0 公里， 新建砂石路5 8 2 公里，薪建大中桥1 5 座。9 年中总投入5 亿多元，新增县乡公路 里程1 9 7 8 公里。目前，全市9 9 个乡镇全部通公路，9 4 个乡镇通油路和水泥路， 全市总通车里程3 2 7 5 公里，公路密度3 7 9 公里百平方公里。 2 2 3 旧水泥混凝土路面结构参数调查与分析 根据现场调查路段选择的原则，此次取芯所选路段总共为四段，分别为古鲁 线、绒观线、柏湾线、南张线。根据公路水泥混凝土路面设计规范( 儿u d 4 0 - 2 0 0 2 ) 中对旧水泥漏凝土路面面层厚度、弯拉强度和弯拉弹性模量的计算方法得出计算 结果如下表2 - 1 和表2 - 2 。为了清晰地了解1 1 3 混凝土路面结构参数的变异水平， 采用离散系数来表征各项参数的好坏，具体见表2 3 。 崩 抗压劈裂抗抗折弯拉弹 路义獭 强度拉强度强度性模量备注 ( 妣)( 触)( 挑)( g p a ) 菥 3 3 2 34 7 65 6 03 7 1 二缓公路，使用最 古鲁线 l9 舵 2 6 0 4 2 53 1 4 大粒径为2 0 m m 的 2 5 3 0 3 1 54 卯3 3 2 连续级配 4 6 7 94 8 55 6 53 8 2 = 级公路，使用最 戎观线 2 0 ，3 32 6 34 2 73 ，1 5大粒径为2 0 m m 的 3 1 0 24 2 25 2 63 6 4 连续级配 2 6 3 4 3 ，0 24 5 l3 2 b 三级公路，使用最 柏湾线 2 9 8 62 1 23 9 52 9 8 大粒径为3 1 5 r a m 3 6 2 54 6 1s 5 03 7 5 的连续级配 g 郑卅i 大学硕士学位论文 第二章现有代表性路段路况调查分析 茸 髓蠹精 抗压 劈裂抗 抗折弯拉弹 强度 拉强度强度性模盈备注 窖并 ( 脚)( 伪)( 胁)( g ，4 ) 6 4 0 13 2 44 6 53 3 4 二级公路，使用最 南张线 3 2 5 03 4 14 7 63 4 0 大粒径为3 1 5 l 的连续级配 1 88 8 2 7 5 4 3 43 1 9 表2 - 2 旧水泥混凝土路面面层厚度 药广辽墼童 蕊样一 芯样二芯样三 芯样四 古鲁线2 20 0 c m 2 5 5 0 c m2 0 0 0 e r a1 6 0 0 c r a 戎观线 2 2 5 0 c m2 4 0 0 0 m2 1 0 0 e r a2 3 ，5 0 c m 柏湾线2 2 7 0 c m2 4 5 0 c m 2 25 0 0 n2 20 0 c m 南观线 1 5 0 0 c m2 上0 0 0 n2 6 0 0 e r a2 06 0 c m 瀑 古鲁线戎观线柏j 穹线南观线 参 抗压强度离散性 1 4 2 6 2 8 7 7 1 0 3 3 4 2 5 5 劈裂抗拉强度离散性 1 9 7 6 2 0 7 4 2 7 4 5 7 7 0 抗折强度离散性 1 0 2 5 9 9 4 1 1 9 3 3 3 6 弯拉弹性模量离散性 6 1 0 6 9 3 8 2 2 2 3 1 路面面层厚度离散性 1 0 9 7 3 5 7 2 7 5 1 2 5 7 根据公路水泥混凝士路面设计规范( f i gd 4 0 - 2 0 0 2 ) 中对材料性能和结构 尺寸参数变异水平商低的规定，可以看出现有平顶山地区路面材料性能和结构尺 寸参数的整体变异水平偏高。其主要原因有两个方面：一是混凝土本身强度质量 不稳定；二是混凝土路面面层施工质量不高，这就需要通过合理的技术措施来提 高混凝土材料的质量和施工质量控制水平。 郑州大学顼士学位论文 第二章现有代表性路段路况调考分析 2 2 4 县乡公路路面结构形式及病害情况调查 表2 4 路面结构型式及病害调查表 调查里程 公路等级公路名称病害状况 路面结构 ( j 函) 代自线( 苗 二级 1 0 断板5 2 4 e r a 厚的水泥砼。二灰砂砾，土基 张路) 断板，露骨、沉降、 三级北双略l o2 0 c m 砼旧泥路 全路段破坏严重 1 0局部路段断板、露 四级邢齐路2 0 c m 砼旧砂石路 骨严重 局部路段有断板、 2 2 c m 水泥砼，1 5 c m 厚二灰砂砾 二级戎职线 i 0 裂缝、沉陷( 1 0 ：2 0 ：7 0 ) 、l ：y 目m 厚砂砾垫层 2 0 c m 厚的承泥 局部路段有断板，砼、二灰稳定 2 0 c m 厚的水 三级柏湾线 1 0 泥砼、5 水泥 裂缝、沉路 砂砾( 5 ：1 5 ：8 0 ) 、 稳定卵石 6 石灰稳定土 局部路段有断板、 2 2 c m 厚的水泥砼、0 s c m 厚的沥青 二级南张线1 0下封层、1 5 c ：m 的二灰稳定卵石( 5 ： 裂缝沉陷 1 5 ：8 0 ) ，似石灰土 局部站段有断板、2 2 c m 水泥砼、1 5 c m 二灰稳定卵石 二级舞桨线1 0 裂缝、沉陷 ( 1 0 ：2 0 ：7 0 ) 、1 5 = m 卵石垫层 局部路段有断板、 2 2 c m c 3 0 砼，t 8 c m 二灰稳定砂砾 三级北徐线 1 07 ：1 3 ：8 0 ， 裂缝沉陷 1 5 c m l o - 石灰土底基层 局部路段有断板， 2 2 c r a c 3 0 砼，t s e m 二灰稳定砂砾 = 级洪辛线 1 07 i1 3 ：8 0 ， 裂缝、沉陷 1 5 c m l o 石灰土底基层 2 2 c m 水泥混凝土。2 8 0 0 m p a 同都路段有断板、 1 5 c m 厚二灰砂砾，l s o o m 碑 二级薛杨线 i o 裂缝、沉陷1 5 9 i n 石灰土。6 0 0 m p a 土基t4 5 m p a 2 2 c m 水泥混凝土，2 8 0 0 m p a 局部路段有断板、 1 5 0 m 厚二灰砂砾1 5 0 0 m p a 二级沽鲁线1 o 裂缝、沉陷 1 5 c - m 石灰6 0 0 m 辨 土基，4 5 m ! d a 局部路段有断板、 2 2 m m c 3 0 砼，1 5 = m 二灰稳定砂砾 二级曹常线 1 0l o ：2 0 l7 0 , 1 0 1 s c m 石灰稳定卵 裂缝、沉陷 石基层，土基。 局部路段有断扳、 2 2 c m 厚水泥硷，1 8 c m 水泥稳定碎 二缀 前石线 l - o石( 6 9 4 ) 、i s c m 石灰水泥综合 裂缝、沉陷 稳定土( 6 ：4 ：9 0 ) 局部路段有断板、 2 2 c m 水泥砼板、1 8 e r a 厚1 0 ：1 5 ： 二级 叶板线 l 07 5 石灰耪黻稳定砂砾、1 5 e r a 厚 裂缝沉陷 1 2 石灰稳定土 现场调查结果表明，平顶山地区县乡公路水泥混凝土路面破坏病害主要有以下 几种类型。 郑州大学硬士学位论立 第二章现有代表性路段路况调查分析 ( 1 ) 板角断裂破坏 图2 - l 水泥混凝土路面板角断裂破坏 板角断裂破坏是调查中出现破坏最多的破坏形式，这种破坏一般发生在纵横缝 交叉处的四块板中如图2 - 1 ，四块板角中的一块或两块首先断裂，断裂后的板角在 车辆荷载作用下继续破坏，使板角呈网状破坏。 ( 2 ) 板沿纵向破坏 ，图2 - 2 混凝土路面纵向开裂断扳破坏 混凝土路面纵向开裂断板破坏病害的情况，这种病害主要发生在半填半挖或新 旧结合路基上，如图2 - 2 所示。在半填半挖路基或旧路加宽地段，由于填挖部分路 基或新旧两部分路基的不均匀沉降。引起路面板沿纵向开裂破坏，断裂发生在不均 匀沉降的填挖结合处或新旧路基结合处，裂缝两端弯曲延伸到横向接缝，严重的将 郑州大学硕士学位论文 第二章现有代表性路段路况调查分析 产生错台。 ( 3 ) 路基压实不足引起断板破坏 图2 - 3 路基不均匀沉降引起的混凝土路面破坏 在填方路段，由于路基压实不足，施工质量差，道路通车一定时间后，路基在 自重及车辆荷载作用下固结沉降完成导致混凝土路面产生不均匀沉降破坏，这种 破坏裂缝有纵向，横向等，如图2 - 3 。 ( 4 ) 露骨 圈2 _ 4 混凝土耐摩性差导致路面露骨破坏 这种病害的主要表现是路面通车一段时间后，路标水泥脱落，砂砾骨科出露， 郑州大学硬上学位论文第二章现有代表性路段路况渭奄分析 有的甚至出现坑槽，影响路面使用寿命和行车的舒适。产生这种病害的原因有以下 两方面的原因； 混凝土强度偏低，耐磨性差。 施工中混凝土的水灰比比较大，集料含泥量大使板的抗磨能力下降，产 生露骨的病害。本次试验对所用穿石原材料进行舍泥量试验发现其含握量偏大也 证明此原因的存在。 ( 5 ) 横向断板破坏 这种裂缝沿板横向贯穿，一般发生在横向缩缝或施工缝附近产生这种破坏 的原因主要有以下几个方面： 板太薄，混凝士强度不足，而在接缝处亦来设传力杆，使板在靠近接缝处 的荷载应力增大，在荷载和温度应力作用下，使混凝土板产生断裂破坏。在本次 路况调查中钻孔取芯观察路面板厚度发现，在相同路段，板厚明显不均匀。 切缝深度过浅，锯缝失效，使板不能沿锯缝断裂。这种裂缝若不及时采取 养护或修复，阻止地表水进一步下渗，将会导致板的进一步破坏。 图2 - 5 混凝土路面横向开裂引起的断板破坏 2 2 5 交通量调查 交通置的大夸是路面结构设计的主要依据。通过交通量的调查分析。能够了 解路面病害产生的主要原因，井为后面的路面典型结构设计提供参考。交通量的 调查一方面从当地的交通量观测站获得，一方面从当地交通所提供的资料中搜集 整理。表2 4 是调查得到的平顼山地区部分路段的平均日交通量，从表中可以看出， 由于平顶山地区部分县域经济相对落后，所调查的这些路段交通组成车型较少，交 郑州大学硕士学位谚文第二章现有代表性路殷路况调查分析 通量也比较小。 表2 - 5 交通量调查成果表( 辆日) 车辆 托集 小型 大型 拖摩 折算交类型小型中型大型特大 挂 装拉托 路l 受 货车货车货车货车 客车客车通量，辆 名称 车 箱机 奎 代白线 6 1 37 9 14 9 61 1 41 1 31 3 62 7 3 6 73 2 9 1 3 1 91 0 6 5 5 北邢线3 6 94 2 56 86 2 9 75 21 6 1 35 9l s 36 8 55 0 5 4 5 苗南线 5 2 33 5 84 4 98 63 61 6 42 5 1 53 2 7 6 2 4 8 3 41 0 5 2 7 9 戎观线9 8 94 3 17 2 31 1 7 6 9 41 2 4 5 3 2 7 3 7 9 柏湾线 1 2 4 07 8 61 7 67 嘶2 4 23 0 0 6 3 9 5 南张线6 7 04 8 06 5 03 5 7 8 02 8 33 4 56 2 6 9 ，5 北徐线 2 5 8 4 0 43 3 21 6 01 0 4 6 洪辛线5 9 1 9 l5 1 6 71 4 11 3 0l o l 3 ，5 前石线儿o4 1l 1 4 6i2 7 73 7 41 8 2 4 5 叶板线 8 8 72 14 6 0 01 7 94 1 469 9 0 1 7 57 4 0 4 2 3 引起水泥混凝土路面出现破坏病害的原因分析 调查表明平顶山地区县乡公路存在着不同程度和不同形式的病害，破坏形式多 样，原因复杂。引起水泥混凝土路面破坏的原因很多，包括路基压实不足、施工质量、 气温、路面结构形式等，这些因素对混凝土路面破坏的影响因道路所处自然环境 条件和交通条件的不同而产生显著的差异。根据现场调查分析，路面产生病害的 原因主要有以下几个方面： ( 1 ) 路面结构设计不当 路面结构设计不合理主要是指结构组合不合理，结构未设基层或者选择的基 层材料不合适，结构防水性差通过调查资料分析平顶山地区农村公路有相当 一部分采用泥结卵石基层或片石基层，甚至还有一部分地区的县乡公路没有设置 基层。调查结果表明病害严重的路段都是在这些基层上直