（道路与铁道工程专业论文）水泥稳定碎石性能研究与施工质量控制.pdf

摘要 摘要 水泥稳定碎石基层是半刚性基层沥青路面的重要结构层，本文在已有研究成果的 基础上，对水稳混合料的强度性能进行了系统分析，并建立了水泥稳定材料的无侧 限强度预测模型。试验结果表明：混合料的破坏符合摩尔库仑定律，粘结力与水泥 剂量成正比，而摩擦角与水泥剂量无关。根据室内外试验对水泥稳定碎石混合料的 模量特性进行考察，发现室内外材料模量相差不大，荷载作用时间对结构响应的影 响在室外较明显，室内试件由于尺寸很小，影响不大。根据谱元法动态弯沉计算方 法，确立了水泥稳定碎石结构弹性模量与无侧限抗压强度的关系模型。 根据前面得到的水泥稳定碎石强度和模量特性，对荷载作用下的基层及底基层底 部拉应力进行分析，以结构疲劳寿命进行控制，发现在一定的交通量等级下，存在 相应的基层强度最小值；通过室内收缩试验得到的水泥稳定材料收缩性能指标，根 据强度与模量关系，对各种水泥剂量下，一定降温幅度和失水率对应的收缩应力进 行了计算，并得到了基于混合料收缩开裂的强度最大值，继而提出了水稳混合料的 合理强度范围。 对便携式落锤弯沉仪的模拟计算发现，基层顶面动态弯沉受底基层、路基刚度， 以及荷载峰值和作用时间的波动影响较小，因此层顶综合模量可作为一种稳定的基 层质量评价指标。继而推算出层项综合模量与无侧限抗压强度的相关关系，结合安 徽省铜汤高速公路弯沉数据计算出相应的结构层强度。计算强度与实测芯样强度的 变化范围完全吻合，说明便携式落锤弯沉仪可作为一种有效的施工质量检测工具进 行推广应用，并引入了相应的质量评价方法。 关键词：水泥稳定碎石；摩尔一库仑定律；谱元法；动态弯沉；综合模量；强度范围； 施工质量控制 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec e m e n t t r e a t e da g g r e g a t eb a s ei sa l li m p o r t a n ts t r u c t u r ec o u r s ef o rt h es e m i - r i g i d a s p h a l tp a v e m e n tu s e di nc h i n a b a s e do nr e s e a r c hr e s u l t so b t a i n e db e f o r e ，t h es t r e n g t h c h a r a c t e r i s t i c so ft h ec e m e n t - t r e a t e da g g r e g a t e sw e r ei n s p e c t e dt h r o u g hl a b o r a t o r yt e s t s ， a n dap r e d i c t i n gm o d e lf o ru n c o n f i n e ds t r e n g t ho ft h ec e m e n t - t r e a t e dm i x t u r ew a s d e v e l o p e d t h el a b o r a t o r yt e s td a t as h o wt h a tt h ef a i l u r eo ft h em i x t u r ef o l l o w st h e c o u l o m b m o o r sp r i n c i p l e ，a n dt h ec o h e s i o ns t r e n g t ho ft h em i x t u r ei sp r o p o r t i o n a lt ot h e d o s eo fc e m e n t ，w h i l et h ei n t e r n a lf r i c t i o na n g l ei si n d e p e n d e n to ft h ec e m e n t t h em o d u l u s c h a r a c t e r i s t i c so fc e m e n t - t r e a t e da g g r e g a t e sw e r ee v a l u a t e dt h r o u g hl a b o r a t o r ya n di n s i t u t e s t s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em o d u l u sd a t af r o mr e s i l i e n tm o d u l u si nl a b o r a t o r ya r e s i m i l a rt ot h o s eo ff a l l i n gw e i g h td e f l e c t o m e t e rt e s t s t h ep u l s ed u r a t i o nh a sas i g n i f i c a n t i n f l u e n c eo nt h es y s t e mr e s p o n s ei n - s i t u , w h i l et h ee f f e c to fd u r a t i o ni sn o tv e r yo b v i o u si n l a b o r a t o r y , d u et ot h es m a l ls i z eo ft h es p e c i m e n b a s e do nt h ed a t ao ff a l l i n gw e i g h t d e f l e c t o m e t e rt e s t s ，u s i n gt h ed y n a m i cd e f l e c t i o nc o m p u t i n gm e t h o dd e r i v e df r o ms p e c t r a l e l e m e n tm e t h o d ，ar e g r e s s i o nr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt 1 1 ee - m o d u l u sa n du n c o n f m e d c o m p r e s s i v es t r e n g t hf o rt h ec e m e n t - t r e a t e da g g r e g a t e sw a s e s t a b l i s h e d b a s e do nt h es t r e n g t ha n dm o d u l u sc h a r a c t e r i s t i c so fc e m e n t - t r e a t e da g g r e g a t e s o b t a i n e db e f o r e ，t h es t r e s si nb a s ec o u s ep r o d u c e db yt h ev e h i c l el o a dw a sa n a l y z e d i n o r d e rt oa v o i dt h ef a t i g u ef a i l u r eo fs t r u c t u r eu n d e rr e p e a t e dv e h i c l el o a d ，f o rd e s i g n e d t r a f f i cv o l u m e ，ac o r r e s p o n d i n gl o w e rs t r e n g t hl i m i tf o rt h eb a s ee x i s t ，t h ec o e f f i c i e n t so f d r ya n dt e m p e r a t u r es h r i n k a g eo fc e m e n t - t r e a t e da g g r e g a t e sw e r eo b t a i n e dt h r o u g h r e s i s t a n c e - s t r a i n - g a u g em e t h o d b a s e do nt h es t r e n g t ha n dm o d u l u sp r o p e r t i e se v a l u a t e d b e f o r e ，t h es h r i n k a g es t r e s s e si nt h ei n i x t l 】r ef o rd i f f e r e n tc e m e n td o s e sw e r ec a l c u l a t e d ，a n d t h eu p p e rl i m i tf o rs t r e n g t hd e s i g nw a si n t r o d u c e d f r o mt h es i m u l a t i o nc a l c u l a t i n go fp o r t a b l ef a l l i n gw e i g h td e f l e c t o m e t e rw ef o u n dt h e s t i f f i a e s so ft h eu n d e r l y i n gl a y e r s ，t h ep e a kv a l u eo ft h ef o r c ea n dt h ef l u c t u a t i n go ft h e p u l s ed u r a t i o n sh a v el i t t l ei n f l u e n c e so nt h et h es u r f a c ed e f l e c t i o no ft h eb a s el a y e r , s ot h e c o m p l e xm o d u l u sc a nb eu s e da sas t a b l ec o e 伍c i e n tf o rt h eq u a l i t yo f t h ec e m e n t t r e a t e d a g g r e g a t eb a s e t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ec o m p l e xm o d u l u sa n dt h eu n c o n f i n e d c o m p r e s s i v es t r e n g t hw a sa l s oo b t a i n e d b a s e do nt h er e l a t i o n s h i pw ec a l c u l a t e dt h e s 仃e n g t hv a l u eo ft h eb a s ei nt o n g t a n ge x p r e s sw a yi na n h u ip r o v i n c ef r o md e f l e c t i o n sd a t a o ft h ep o r t a b l ef a l l i n gw e i g h td e f l e c t o m e t e r t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec a l c u l a t e ds t r e n g t h 摘要 a n dm e a s u r e ds t r e n g t ha lei ng o o da g r e e m e n t s ot h ep o r t a b l e 脚啦w e i g h td e f l e c t o m e t e r c a l lb eu s e da sa l le f f e c t i v ed e t e c t i n gm e t h o df o rc o n s t r u c t i o nq u a l i t y , a n dt h ec o r r e s p o n d i n g q u a l i t ye v a l u a t i n gm e t h o dw a sa l s or e p r e s e n t e d k e yw o r d s ：c e m e n t - t r e a t e da g g r e g a t e s ；m o h r - c o u l o m b sl a w ；s p e c t r a le l e m e n tm e t h o d ； d y n a m i cd e f l e c t i o n ；c o m p o s i t em o d u l u s ；r a n g eo fs 仃e n g t h ；c o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o l v 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：越氧 导师签名：j 鳖差垦e t 期：邀生：丝 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 截至2 0 0 7 年底，我国高速公路通车里程达到5 3 万公里，居世界第二位。为适应重交通、 重载对道路的要求，我国大量采用以无机结合料稳定粒料类为基层、沥青混凝土为面层的半 刚性基层沥青路面。据统计，9 0 以上的高等级公路沥青路面基层及底基层采用半刚性材料。 半刚性基层具有较高的强度和承载能力，主要表现在较高的抗压强度和刚度，并具有一定的 抗弯拉强度。在半刚性基层材料中，多数采用的是水泥稳定类和石灰粉煤灰稳定类材料，其 中又以水泥稳定碎石性能最为良好，成为很多地区高等级公路首选基层材料。 水泥稳定碎石结构目前在我国高速公路建设中得到广泛的应用，一方面它自成板体，整 体性好、承载力高、且早期强度高，并能随着时间的延长其强度也不断增长：另一方面施工 速度快、配套设备操作方便、材料来源丰富、价格低廉。但如果不了解它的特性，设计和施 工控制不好，也会导致柔性路面或刚性路面的破坏；特别是水泥稳定碎石基层的温度收缩和 干燥收缩变形引发的柔性路面的反射裂缝，已成为高速公路建设中普遍存在的问题。 对于水稳基层而言，随水泥剂量增加，基层的强度增大，但抗干缩和温缩能力也显著降 低，在强度形成初期和使用过程中都容易产生干缩裂缝和温缩裂缝。一些工程在铺下面层之 前水稳基层就出现了大量裂缝，铺筑面层后，在车辆荷载和环境因素的共同作用下，基层裂 缝会反射到面层上来，形成反射裂缝。裂缝产生后，雨水由此大量进入沥青面层和基层乃至 路基，从而导致路面的结构性破坏。 提高水泥稳定碎石结构的设计和施工水平，不仅可以提高高速公路质量，还可以节约运 营期间的保养和维修费用，具有巨大的经济和社会效益。确定水泥稳定碎石基层的合理强度， 对反射裂缝防治技术迸一步深化研究，不但可以减少水稳层自身的开裂和减少反射裂缝的形 成，同时也可改善沥青面层的受力状态，对我国半刚性基层沥青路面合理设计，克服路面早 期损害，改善沥青路面的路用性能具有重要意义。 1 2 国内外研究现状 我国规范【t 】要求高等级公路水稳基层7 天无侧限抗压强度要达到3 5 m p a ，其值为9 5 保 证率下计算得到的代表值，这远大于行驶在道路上车辆的轮压( o 8 m p a 左右) ，轮压随深度逐渐 减小，即使考虑到车辆的动荷载作用，基层受到的由车辆荷载引起的压应力也非常小。 波特兰水泥协会( p c a ) 研究认为【2 】，为了得到足够的承载能力，较好的耐久性和干温缩性能， 一般水稳基层7 天无侧限抗压强度应控制在2 1 2 8 m p a ；对细集料7 天无侧限强度应不超过 2 1 m p a ，对粗集料应不超过3 1 m p a 。 在南非【3 】水稳碎石一般用于道路底基层，强度规定有最大与最小值。对常用的水稳类型7 d 无侧限抗压强度规定为1 1 2 1 m p a 之间，属于c 3 类：而对应于我国的水稳基层相当于c 2 类， 强度介于2 1 4 1 m p a 。 在欧洲【4 】，水泥稳定碎石基层自上世纪5 0 年代起就有应用。近年来道路工作者又对其产生 兴趣，原因在于：1 、随着交通量的增加，柔性路面产生大量的车辙要求改善基层的刚度；2 、 部分还在使用的半刚性基层沥青路面显示较好经济性，说明只要合理设计，把握一定的施工原 则，半刚性基层还有发展前景；3 、半刚性基层相对应沥青污染较小，且便于就地取材，符合 基层设施建设的可持续发展。欧洲各国对水稳基层混合料的7 天强度有两种观点：1 、采用高 强度的贫混凝土，强度达到6 1 0 m p a ，如比利时，德国，西班牙，英国等；2 、采用强度较低 的水泥处治碎石，强度为2 4 m p a ，如奥地利，瑞士，捷克等。而采用高强度的水稳基层，其 东南大学硕士学位论文 一般在施工完后对基层进行切缝处理，以减少收缩裂缝的产生。如德国1 9 8 6 年设计规范规定， 当沥青罩面的厚度小于或等于1 4 c m 时，不管基层厚度多大，只要基层抗压强度超过1 2 m p a ， 基层必须预先切纵缝和横缝。 十多年来，我国高速公路的使用状况表明，早期破坏现象比较严重，这其中由半刚性基层 引起的荷载型裂缝和非荷载裂缝是重要原因之一。荷载型裂缝表现为局部路面产生网裂、形变， 以及在行车道的轮迹带上出现坑洞等；非荷载行裂缝则在最初往往形式上表现为单独、较为规 则，并且不影响承载能力。荷载型裂缝与基层整体性不好、不均匀性大有关，而非荷载型裂缝 则与基层材料的温湿度变化有关，两者都受施工质量的显著影响。 过去，国内外在对各种措施的防范措施进行理论分析的同时，也修建过多条试验路，但实 际的观测结果常常与理论分析不相一致，而且一种措施在不同的试验路上表现出截然相反的防 治效果，这其中施工质量是重要原因，这既与施工水平有关，也与理论方法施工的难易程度有 关。反射裂缝的控制往往是设计理念、施工工艺与施工组织管理水平的综合反映。 1 3 研究内容、目的和意义 我国现行设计方法一味追求强度，没有考虑水泥稳定材料的收缩，而评价施工强度时只 有钻芯取样这一个方法，不但耗时耗力，还会损坏原路面结构，因此本文在室内试验及试验 路检测数据基础上，对不同级配不同水泥剂量混合料力学性能进行分析和归纳总结，提出了 改进的的路面结构设计和混合料配合比设计方法。同时结合铜汤高速公路的建设，通过采集 现场施工数据和使用便携式落锤弯沉仪进行检测，观察强度形成和裂缝发展情况，找出影响 水泥稳定混合料质量的关键因素，提出了对应的施工质量检测手段和控制指标。 研究的主要内容以及关键技术路线如下： 图1 1 技术路线 2 第二章水泥稳定碎石强度性能研究 至今广泛使用的水泥稳定土指标有两种。一种是强度指标，通常用的是龄期为7 d 的无侧 限抗压强度。近几年来，在一些国家还建议进行抗拉强度试验，以检验水泥稳定土层本身的厚 度。在非洲一些国家，也有采用承载比指标的。另一种是耐久性指标，常用干湿循环试验或冻 融循环试验。实际应用时，多数国家和地区仅采用龄期为7 天的抗压强度。 资料【5 】显示，对于一定的集料，各种强度参数间是有直接联系的。水泥稳定土的各种强度 参数间互有联系，而且它的抗压强度和耐久性之间也有一定的关系，当水泥稳定土的抗压强度 在1 7 m p a 4 5 m p a 之间时，水泥稳定土同样能满足千湿循环试验和冻融循环试验的要求。 由于无侧限抗压强度是比较容易确定的参数，因此它是研究稳定土性质以及施工质量控制 时最经常采用的试验。我国在国内外公路路面工程中，也都采用这个强度指标。但各个国家对 水泥稳定土鱼的抗压强度的要求是不同的。在同一个国家，随着交通量的增大及重型卡车的出 现和增多，对水泥稳定土的抗压强度的要求也在提高。我国公路路面基层施工技术规范1 日规定， 当水泥稳定土用作路面的基层和底基层时，其7 天龄期的无侧限抗压强度代表值( 6 天保温保湿 养生，l 天浸水，共7 天) 应符合表2 1 的要求。 公路等级二级及二级高速和公路等级二级及二级高速和 结构层以下公路一级公路结构层 以下公路一级公路 基层 2 5 33 - 5 底基层 1 5 2 01 5 2 5 本章将首先对各类强度关系进行分析，推导出抗拉强度计算公式；然后在试验数据基础上， 对级配模型进行拟合，并建立无侧限抗压强度预测模型。 2 1 强度分类 2 1 1 无侧限抗压强度 无侧限抗压强度试验根据无机结合料稳定材料试验规程 7 1 进行，在最佳含水量下成型强度 试验试件，试件尺寸为1 5 0 m m x l 5 0 m m ，成型好后用塑料薄膜封闭，放入标准养护室( 温度 2 5 c ，湿度保持在9 5 以上) 养护，直到龄期前一天放入水中浸泡( 说明不浸水的强度试验除外) ， 2 4 小时后在压力机上进行无侧限抗压强度试验。强度计算公式为： p五p 足5 j 2 ；每 ( 2 1 ) 其中：尸一试件破坏时的最大压力0 奶，彳一试件的截面积( a - - = v 4 ，d 为试件直径( 删n ) ) 。 2 i 2 劈裂强度 劈裂试验源于巴西圆盘试验，由于直接拉伸的困难，用巴西试验测准脆性材料( 如混凝土、 岩石) 的抗拉强度比较普遍，引用国际土木界一位权威学者在其新著中的一句话阴】： “t h et e s t h a sb e e nu s e da sam e t i r eo ft e n s i l es t r e n g t h ( e v e nt h o u g ht h es l a e s ss t a t ei sn o tu n i a x i a l ) a n dh a s b e e ni n c l u d e di nm o s ts t a n d a r d s 嬲ar o u t i n em e t h o do fe s t i m a t i n gt h et e n s i l es 仃e n g t h ( a s t m c 4 9 6 ，b s l 8 8 1 1 1 7 。i s o4 1 0 8 ) ”。其中提到“尽管( 巴西圆盘中的) 应力状态不是单轴的”，巴 西试验仍然被纳入美国的a t s m 、英国的b s 和国际i s o 的不少标准之中，作为估计拉伸强度 的常规方法。此外，国际岩石力学学会0 s r m ) 也把它纳入其建议方法 9 1 。在一些标准中，在完 整圆盘的压缩处添加了垫条，例如在a s t m c 4 9 6 标准中，垫条宽度对应2 a = 1 9 1 8 。，b s l 8 8 1 - 1 1 7 中2 a = 1 1 4 8 0 。 强度计算公式为 局= 七翁 ( 2 2 ) 有学者研究了是否有必要在式( 2 2 ) e p 考虑压力加载或者位移加载而用不同的弘1 0 l ，针对 2 a = 2 0 0 ，又将压力或位移加载分为切向应力为零或切向位移为零两种情况，一共得到四种边界 条件( 用8 5 ，s d ，d s ，d d 代表) ，分别用a n s y s 进行分析，计算后发现四种不同的边界条件对圆 心处的应力分量影响很小。对2 a = 2 0 。，压力加载( 切向应力为零) 有珏= 0 9 6 4 ，压力加载( 切向位 移为零) 有k , d = 0 9 2 6 ；位移加载缸= o 9 3 8 ，k a = 0 9 1 2 。四个k 值区别不大，这可以从圣维南原理 得到解释。因为平台的宽度只占圆周的很小一部分，而我们关心的点( 圆心) 又是离边界最远的 点，故只要是静力等效的合力就可以用同一个公式( 2 2 ) 计算r 。 卜、 西 | ，i l o一864 一2 图2 1 圆盘试样受集中荷载的劈裂试验 圆盘试样受集中荷载p ，内部应力作为平面应力的弹性解是存在的【j 1 1 ，在荷载作用的圆盘 直径上，有 吒= 而2 p ( 2 3 ) 丌口爿f 、 q = 羔( 1 一而4 d 2 j、 ( 2 4 ) 可见沿荷载作用线o z 保持不变，乃是y 的函数，圆心处5 = o ，代入式( 2 3 ) 和( 2 4 ) 得到 q 一= 一3 x t r ，( 2 5 ) 由式( 2 5 ) 可知竖向应力为横向应力的3 倍。 根据弹性力学中圆盘边缘受力时的内部拉应力计算公式， 应的公式计算。 无压条时 r , - 箫 有加载压条时 试件的间接抗拉强度可用下列相 ( 2 6 ) r = ；2 d p 爿( s i n 2 一万a ) ( 2 7 ) 式中：p 一试件破坏时的最大压力，d 一试件的直径( m m ) ，日一浸水后试件的高度 ( 瑚) ，口一压条的宽度( 1 1 1 m ) ，a 一半压条对应的圆心角。 劈裂强度试验根据无机结合料稳定材料试验规程 7 1 进行，试件成型同抗压强度试验。试验 前用游标卡尺量试件高度；试验在m t s ( m a t e r i a lt e s ts y s t e m ) 上进行，如图2 2 ，试验加载速度 控制为l m m m i n ，由系统自动记录荷载与竖向位移变化关系曲线。图2 2 ( b ) 是典型的荷载一位 移曲线。劈裂强度根据破坏荷载计算，如式( 2 8 ) 。 4 蔓三茎垄堡塑宣篮互壁廑丝鳇受耋 = 箍( m 2 a 一；】“1 7 8 暑( m a ) ( 28 ) 蒯 3 0 2 5 三2 0 u 15 o ) = jf ( z ) d z( 4 1 ) 式中f ( z ) ：z 的分布密度函数。 - 胸 ， 5 勿 z o 安全 z 图4 1 结构可靠度 乃= p ( z ，则认为z 与y 之间存在线性关系，否则x 与y 之间不存在线性关系。 计算得到计算强度和实测强度的相关系数为o 8 9 7 ；样本对数1 6 ，保证率取9 5 ，根据检 验水平和样本大小查表得临界值为0 4 9 7 。相关性相关系数大于临界值，说n - 者有很好的相 关性。 5 2 2 变异性分析 用p f w d 对基层进行检测，将得到的综合模量值转换为结构强度，从而可以对施工强度进 行分析。施工完成后7 天龄期内一直覆盖养生并封闭交通，受外界影响较小，因而选取7 天的 检测结果进行计算。 l 、强度分布 根据表5 4 、表5 5 中7 天的基层综合模量数据求得相应强度，列于表5 8 、表5 9 。 表5 8 下基层强度数据 桩号综合模量强度桩号综合模量 强度 f l a n )心但a )( a )( k m )f m p a lf m p a ) 下基层，龄期：7 天；左幅 下基层，龄期：7 天；右幅 1 6 1 1 0 02 7 1 04 61 4 1 0 0 02 1 3 42 5 1 6 1 0 0 02 5 1 13 71 4 1 1 0 0 2 3 8 53 2 1 6 0 9 0 02 8 8 95 61 4 1 2 0 02 1 4 22 5 1 6 0 8 0 02 6 1 64 21 4 1 4 0 02 7 1 54 7 1 6 0 7 0 02 4 3 63 41 7 6 6 0 0 2 2 6 22 8 1 6 0 6 0 02 3 9 53 31 7 6 7 0 02 0 1 42 2 1 6 0 3 0 02 8 6 15 51 7 6 9 0 02 6 5 54 4 1 6 0 1 0 01 7 5 41 61 7 7 0 0 02 2 0 5 2 7 1 6 0 0 0 01 8 7 11 91 7 7 1 0 02 3 0 83 0 1 7 6 6 0 0 2 2 7 02 91 7 7 2 0 01 7 9 61 7 1 7 6 7 0 02 0 9 72 41 7 7 3 0 0 1 7 9 81 7 1 7 6 8 0 01 2 4 40 91 7 2 4 8 01 8 2 21 8 1 7 6 9 0 0 2 6 2 14 21 7 2 3 8 02 9 0 65 7 1 7 7 1 0 01 6 2 l1 41 8 2 6 0 02 3 0 23 0 1 7 7 2 0 02 1 9 52 61 8 2 7 0 02 1 9 12 6 1 8 2 8 0 0 2 1 5 42 5 1 8 2 9 0 02 0 6 0 2 3 1 8 3 0 0 01 9 0 41 9 1 8 3 1 0 0 2 8 1 65 2 1 8 3 3 0 03 0 4 96 7 1 8 3 4 0 02 4 4 03 4 1 8 3 5 0 01 9 3 9 2 o 1 8 3 7 0 02 1 0 42 4 中值 2 2 7 32 9 中值 2 2 6 52 8 桩号综合模量强度桩号综合模量 强度 ( 1 a n ) f m p a )f m p a ) f i n n )( m p a )( m p a ) 上基层，龄期：7 天；左幅上基层，龄期：7 天；右幅 1 5 2 9 0 0 3 1 9 63 71 5 2 9 0 0 3 6 5 85 2 1 6 0 0 0 02 8 1 72 81 5 3 0 0 0 4 1 6 27 5 1 6 0 1 0 0 2 1 7 51 81 6 0 0 0 0 3 2 2 73 8 1 6 0 2 0 03 1 3 93 61 6 0 1 0 02 9 2 5 3 1 1 6 0 4 0 02 5 6 2 2 41 6 0 2 0 0 1 7 7 11 3 1 6 0 5 0 02 3 6 02 01 6 0 3 0 02 7 7 82 8 4 7 堑塑厶堂堕圭芏建鹭至 1 6 06 0 02 9 0 630 j 6 0 4 0 02 6 5j2 ) 1 6 08 0 03 4 1 8 441 6 05 0 02 3 【】22u 1 6 i 】9 0 0 4 2 4 07 91 6 06 0 03 8 0 2 58 1 6 10 0 01 7 2 8l3 1 6 07 0 02 9 5 53 l 1 6 1 1 0 02 6 4 0 2 51 6 09 0 03 4 9 846 1 7 l0 0 03 1 3 7 3 61 6 10 0 0 2 4 8 622 1 7 1 1 0 02 8 1 22 8 1 6 1 1 0 02 2 8 2l9 1 7 i2 0 03 l3 436 1 7 l3 0 03 0 1 9 3 3 1 7 l5 0 02 5 9 52 4 1 7 i7 0 04 6 6 4】08 1 7 18 0 02 2 0 5i8 1 7 l9 0 0 2 1 9 0t 8 1 7 20 0 03 4 2 84 4 1 7 2 3 0 02 6 0 224 1 7 24 0 03 0 0 4 3 2 1 7 25 0 0 2 6 4 92 5 1 7 26 0 02 8 3 62 9 中值 2 8 9 43 0 中值 2 9 6 i 3 l 强度分布如图59 2 46 8 10 强度( 即a ) 图5 9 基层强度分布 可见上下基层的强度分布相同都接近对数态分布，取埘数后再考察，见陶51 0 1 2 1 0 8 # 6 4 z 盯数 ( a ) 对数分布 强度h 数 m ) 均值及标准差 图5 1 0 基层强度的对数分布 如t 罔所日；，埘数正态分布的均值分别足l0 5 和11 4 ，可求f ! ：i 现场f 基层和t 基层的7 天 强度均值分别为28 m p a 和3i m p a 。 习rlilil“l“l生 第五章水泥稳定结构现场弯沉特性分析 2 、施工变异性 强度变异水平反映了施工稳定程度。取几个连续施工路段，将综合模量值转换为强度数据， 见表5 1 0 。 下基层 上基层 强度均值变异系数强度均值 变异系数 路段标准差 路段标准差 0 v l p a )( ) ( m p a )( ) 3 3 50 9 42 8 、 2 5 00 8 60 5 1 5 40 4 02 6 七 2 9 30 7 52 5 4 1 5o 8 82 1 八 1 2 70 4 63 6 四 2 7 8o 9 63 5 九 2 0 8o ，6 90 3 五 2 6 4o 9 13 5 取置信水平9 5 ，可求得施工强度变异系数的置信k n y 寸 0 2 6 。0 3 4 。 5 3 综合模量与裂缝相关性研究 评价基层质量，除了强度、厚度等指标外，裂缝密度也是一个很重要的标准。通常认为裂 缝密度和结构层强度关系很大，前面已经验证了综合模量与强度的相关性，因此裂缝分布与强 度的关系也应该能通过综合模量反应出来。 为使检测结果具有可比性，取相同下卧层和龄期的数据进行比较。检测过程伴随施工同步 进行，由于水泥稳定材料7 天龄期之前一直覆盖养生，受环境影响较小，故取7 天龄期的基层 综合模量进行分析。裂缝都是在施工完成两个月后统计的，此时的半刚性基层经历了初期的干 缩和1 0 左右的温缩，裂缝发展已比较稳定。 根据经验，施工异常主要有两种情况：1 、做试验段时，所有设备都处于调试阶段，摊铺 效果不会很好；2 、施工过程受外界影响，在短期内出现波动，然后又回归正常水平。 5 3 1 试验段调试 路面结构为：水泥土路基+ 2 2 c m 低剂量水稳底基层+ 2 2 c m 水泥稳定碎石基层。裂缝密度 和p f w d 检测结果见表5 1 1 ，其中：裂缝密度= 裂缝数量( 个) 施工长度( m ) 。从检测结果可以 看到：基层试验段由于设备处于调试阶段，施工控制上还不是太稳定，无论是模量平均值还是 变异系数都要高于正常路段，裂缝数量也相对多些。 试验段 正常路段 测点 左幅右幅左幅 右幅 l2 4 6 33 3 9 0 02 3 2 03 0 0 3 24 5 2 04 9 9 32 5 3 52 8 1 0 34 9 7 33 5 0 32 8 0 42 3 1 7 48 6 53 7 0 33 9 9 53 7 4 2 55 9 6 33 7 4 24 4 9 34 2 0 2 65 7 6 93 8 9 03 0 6 33 7 5 0 7 2 9 6 03 9 6 4 8 3 0 9 83 2 5 1 9 3 0 8 3 1 0 3 6 0 6 中位数 4 7 4 73 7 2 23 0 1 23 4 2 9 4 9 东南大堂硕学位论皇 i变异系数( ) 4 2 1 62 41 6 i裂缝密度 1 1 5 0 0 1 5 0 0o0 5 3 2 施工过程波动 三个路段的路面结构都相同：水泥土路基+ 1 9 c m 水稳底基层+ 1 8 e r a 水泥稳定碎石下基层 + 1 7 c m 水泥稳定碎石上基层，路段1 、2 由同一套拌和及摊铺设备完成，路段3 由另一套设备 铺筑。在施工过程中，这三个路段都不同程度的出现波动。由p f w d 检测结果可知( 表5 1 2 ) ， 当出现异常后，测得的综合模量明显高于正常水平，变异性也大了许多，且这些施工波动路段 在一定龄期后都大量出现裂缝，如表5 1 2 。 路段1路段2路段3 测点 前6 0 0 m后5 0 0 m前6 0 0 m后6 0 0 m 前5 0 0 m 后5 0 0 m 12 2 0 95 1 1 73 0 1 8 3 8 5 9 3 2 2 73 8 0 2 22 8 5 26 2 1 23 2 3 8 3 8 7 3 2 9 2 52 9 5 2 34 8 6 48 9 3 12 0 3 13 7 1 11 7 7 17 5 1 6 4 2 7 1 51 5 7 7 92 0 3 92 2 2 62 7 7 83 4 9 8 52 5 6 06 3 9 43 6 6 52 7 6 92 6 5 12 4 8 6 6 2 9 9 05 9 2 l2 2 0 74 7 9 i2 3 0 2 2 2 8 2 7 3 4 6 9 2 5 6 0 4 8 7 7 中位数 2 8 5 2 6 3 0 32 5 6 03 8 5 92 7 1 43 2 2 6 变异系数( ) 3 06 42 52 51 96 0 裂缝密度 1 6 0 07 5 0 01 6 0 01 4 6 0 02 5 0 06 5 0 0 由以上分析可知，裂缝分布与综合模量均值及变异性都有较密切的关系，因此通过p f w d 进行弯沉检测能够尽早发现施工中存在的问题。 5 4 本章小结 本章在p f w d 检测弯沉数据基础上，结合理论分析，对综合模量进行了系统研究，并得到 以下结论： ( 1 ) 下卧层刚度和荷载波动( 包括峰值和作用时间) 对基层层顶综合模量的影响很小，因此综 合模量可以作为一个可靠指标对基层结构性能进行评价。 ( 2 ) 推导出了综合模量与结构强度的关系，从而在水泥稳定材料的室内外性能间建立了联系； 并对施工强度的均值和变异性进行了分析。 ( 3 ) 检测数据显示综合模量值和裂缝分布有很好的相关性，这表现在：1 、综合模量高，则 裂缝密度大；2 、综合模量变异大，则裂缝密度大。因此在水稳结构施工时，有必要对层顶综 合模量实时检测，以保证施工质量。 第六章水泥稳定基层施工质量检测与评定 保证路面质量，提高路面使用水平，除设计因素外，施工也起着至关重要的作用。本章结 合安徽省铜汤高速公路的建设，指出水泥稳定碎石基层施工中需要注意的几个方面及对应的控 制措施，同时根据基层顶面综合模量特性，提出了相应的施工质量检测和控制方法。 6 1 混合料组成设计 6 1 1 材料 ( 1 ) 水泥 强度等级宜为3 2 5 级，宜采用缓凝水泥，3 天胶砂强度应不小于1 5 m p a 。水泥各龄期强度、 安定性等应符合我国水泥技术规范【3 5 】规定；水泥初凝时间应不小于3 小时、终凝时间不小于6 个小时。 ( 2 ) 集料 碎石的最大粒径为3 1 5 m m ，宜按粒径9 5m m - - 3 1 5 m m 、4 7 5n l l n 1 6 r a m 、2 3 6 蛐 4 7 5 m m 和o 2 3 6 m m 四种规格备料。 碎石中小于0 6 m m 的颗粒必须做液限和塑性指数试验，要求液限小于2 8 ，塑性指数小于 9 。0 2 3 6 r a m 档料中o 0 7 5 r a m 通过量必须小于1 5 。其他要求见表6 1 、表6 2 。 试验项目 技术要求试验方法 压碎值( ) 2 8 t 0 3 1 6 - 2 0 0 5 洛杉矶磨耗损失( ) 3 0t 0 31 7 - 2 0 0 5 表观密度( g c m 3 ) 2 5 t 0 3 0 4 - 2 0 0 5 吸水率( ) 2 o 针片状含量( ) 1 8t 0 31 2 - 2 0 0 5 试验项目技术要求试验方法 表观密度( g c m 3 ) 2 5t 0 3 2 8 2 0 0 0 砂当量( ) 6 0t 0 3 3 4 - 1 9 9 4 6 1 2 级配 铜汤高速公路基层采用基层施工规范 0 3 级配范围偏粗级配，粗级配易于形成骨架嵌挤结构， 有利于抑制裂缝切。各筛孔的通过率目标级配及铜汤公路某标段合成级配如图6 1 ： 5 l 喜 隶 耋 + 目标粗级配 。一合成级配 v 卫iu p ，：o 0je4 ，：l ，口：j i j 筛孔孔径6 u ) 图6 1 粗级配级配曲线 6 1 3 水泥剂量 根据无机结合料稳定材料试验规程【7 】进行无侧限抗压强度试验。由于基层的收缩应力随水 泥用量增加而增长1 3 j 4 1 ，为使满足强度的同时控制收缩，铜汤高速公路规定基层设计强度代表 值为3 - 4 m p a ，取符合强度要求的最佳配合比作为基层的生产配合比。 6 2 施工质量控制 6 2 1 后场 ( 1 ) 料源 基层施工时要求严格控制进料质量，保证级配。按上述四种规格备料，且石料的各项指标 都必须满足要求。由于粗级配要求使用大量粗料和较少细料，导致部分细料在料场堆积，从而 提高生产成本，因此要求承包商严格检查料源，同时驻地办对每车料进行登记，防止错料发生。 ( 2 ) 水泥 施工前必须进行试铺，对拌和站进行调试，保证摊铺过程中水泥流量均匀。施工时后厂保 证足够的滴定频率，按四分法取样，减小试验误差。 ( 3 ) 含水量 经验表明，碾压时含水量控制在比最佳含水量低o 5 个百分点时最佳，如果气温高，摊铺 现场距离拌和站运距远，则适当增加含水量，实际含水量按碾压完毕时表面不泛白以及保证压 实度要求来控制。高含水量虽然能带来压实度和强度的提高，但干缩太大，摊铺的路面很容易 产生裂缝。 含水量的变动不仅给碾压带来困难，也使得整个基层的强度和压实度产生波动，为以后裂 缝的形成留下隐患，因此前后场都需要有经验的技术人员负责，使含水量一直处于最佳状态， 在前场发现含水量不正常，立即和后场沟通，后场随即做出相应调整。如果含水量过高，碾压 会出现提浆及弹簧现象，养生后的路面表面光滑且强度极高。 6 2 2 前场 ( 1 ) 碾压 碾压应遵循试铺段确定的程序与工艺。注意稳压要充分，振压不起浪、不推移。压实时， 遵循稳压( 遍数适中，压实度达