董明潔 劉 丹
(1.泛華建設集團有限公司 北京 100053; 2.北京中環(huán)世紀工程設計有限責任公司 北京 100097)
基于灰色理論的RAP料級配評價研究
董明潔1劉丹2
(1.泛華建設集團有限公司北京100053;2.北京中環(huán)世紀工程設計有限責任公司北京100097)
摘要針對舊路改建中RAP料作為柔性過渡層時其級配多變的情況,使用灰色關聯(lián)度理論建立了以分計篩余通過率作為評價指標,以級配碎石底基層標準級配作為參考序列的評價體系,該方法克服了傳統(tǒng)級配評價中級配曲線圖形對比模糊,試驗繁重的缺點,客觀、量化地評價了RAP料的級配優(yōu)劣,結合最大干密度試驗和CBR值試驗證明了灰色理論計算的正確性。
關鍵詞RAP料級配灰色理論關聯(lián)度權重
我國當前的高等級路面結構一般是在半剛性基層上攤鋪瀝青面層,這種路面結構在土基處理良好的情況下,一般是因為半剛性基層干縮裂縫的延展導致路面結構破壞。在進行舊瀝青路面改建時,期望使用舊瀝青路面的銑刨料(RAP料)在舊路和新路之間做一層柔性過渡層,隔絕拉應力的傳遞,防止舊路裂縫的傳遞。RAP料作為柔性過渡層,其力學性質應符合瀝青路面柔性底基層的要求,RAP料的級配研究成為RAP料柔性過渡層研究的重點。RAP料相較于傳統(tǒng)的級配碎石,其級配隨著舊路的情況不同變化較大。普通級配碎石柔性底基層,其配合比方案通過級配曲線對比和試驗確定,級配比較穩(wěn)定,RAP料的級配并不具有這樣的特點。本文通過引入灰色理論,客觀、量化地評價RAP料級配的優(yōu)劣,并使用最大干密度試驗和CBR值,試驗驗證灰色理論的正確性。
1灰色理論評價RAP料級配
RAP料作為柔性過渡層使用時,其級配的評價參照級配碎石底基層的評價標準,以RAP料的篩分曲線和標準級配碎石曲線相吻合為最優(yōu)[1],每一種RAP料的篩分數(shù)據(jù)都可以看做一個評價序列,將標準級配碎石的篩分數(shù)據(jù)看作是參考序列,各種RAP料的篩分數(shù)據(jù)的優(yōu)劣評價可以使用灰色理論[2]。選用《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTG D50-2006)附錄表D1中的數(shù)據(jù)作為級配碎石柔性底基層的標準級配,其篩分數(shù)據(jù)見表1[3]。
表1 級配碎石底基層標準級配
舊路的彎沉不僅反映了舊路的強度殘留情況,同時也可以說明舊路的破壞程度,在試驗路選擇5段彎沉相差較大的路段,使用W2000銑刨機銑刨相同深度,得到5種RAP料的篩分曲線,5種篩分曲線和標準級配碎石的篩分曲線見圖1。
由圖1可見,不同彎沉段的RAP料具有的共同特點是粉料和粗集料較少,集料的粒徑集中在1.18~26.5 mm之間,在圖上可以看到,第四組的RAP料級配曲線最接近標準級配曲線,其余的在直接觀察時,無法比較優(yōu)劣,只能通過灰色理論判斷。使用灰色理論進行評價時,使用各篩孔的分計篩余數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)序列中的元素,得到評價的原始數(shù)據(jù)見表2。
圖1 RAP料和標準級配碎石曲線對照圖
表2 待評價的原始數(shù)據(jù)
由于進行評價的各數(shù)據(jù)量綱和數(shù)量級一致,不需要進行無量綱化處理。對于分計篩余的權重W確定,可以參照層次分析法[4](AHP),確定關鍵篩孔為0.075,4.75,9.5和26.5 mm,認定關鍵篩孔的權重大于普通篩孔,關鍵篩孔的權重一致,得到表3所列的權重分布表。
表3 權重分布表
計算各RAP料的關聯(lián)系數(shù),得到表4。
表4 不同彎沉段關聯(lián)度
由表4可見,各組RAP料的級配對于標準級配的關聯(lián)度排序為第四組>第一組>第五組>第二組>第三組,第四組的RAP料級配最接近標準級配,在圖1上也可以看出,第二組和第三組在曲線圖上比較接近,所得的關聯(lián)度數(shù)值也比較接近,第一組和第五組雖然在圖上相距較遠,但是由于其關鍵篩孔處的分計篩余數(shù)據(jù)與標準比較接近,所得的關聯(lián)度接近且大于第二組和第三組。
2理論結果的試驗驗證
取上述的5組RAP料做最大干密度和CBR值試驗,得到的實驗數(shù)據(jù)見表5。
表5 RAP料最大干密度與CBR
由表5可見,最大干密度試驗的排序為第四組>第一組>第二組>第五組>第三組,該排序與灰色理論分析第五組和第二組出現(xiàn)了顛倒,主要原因是第五組RAP料的集料粒徑偏大,小于1.18 mm的過少,導致該組壓實試件的空隙率大于其余組,因此最大干密度較小。CBR值的排序為第四組>第五組>第一組>第二組>第三組,該排序與灰色理論的排序結果比較可得,第一組和第五組交換了位置,但是可以看到,第一組和第五組的CBR值數(shù)據(jù)接近,灰色理論得到的關聯(lián)度的數(shù)據(jù)也比較接近。根據(jù)以上的實驗數(shù)據(jù)可以證明,灰色理論應用于RAP料的級配評價分析中是合理的。
3結語
灰色關聯(lián)度分析的基本思路和RAP料的級配評價都是基于數(shù)據(jù)曲線的相似度做出的評價,二者是高度吻合的。RAP料的級配使用灰色關聯(lián)度進行綜合評價的方法簡單易行,得到的數(shù)據(jù)客觀且量化,便于分析使用。該方法可以解決級配曲線相似,差異程度低的RAP料級配的優(yōu)劣判斷,從長遠的研究來看,建立RAP料級配數(shù)據(jù)與路面的PCI值之間關系,將灰色理論的評判結果與路面PCI值建立擬合關系,可以為路面改建方案提供較精確的預測參考,具有很好的實用價值。
參考文獻
[1]徐云晴.級配碎石基層級配設計與應用研究[D].重慶: 重慶交通大學,2010.
[2]鄧聚龍.灰色控制系統(tǒng)[M].武漢:華中理工大學出版社,1985.
[3]任重昕,劉雙.灰色聚類法在林區(qū)路面性能綜合評價中的應用[J].東北林業(yè)大學學報,2012(2):114-117.
[4]李濟,李巖,李德峰.基于改進AHP法定權的模糊優(yōu)選模型在地下水質評價中的應用[J].華北水利水電學院學報,2002,23(2):4-6.