馮葉斌

(廣東省交通運(yùn)輸建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心,廣東 廣州 510080)

截至2021年,我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃殉^14萬千米,其中95%以上采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)型式。隨著這種路面結(jié)構(gòu)型式持續(xù)和廣泛應(yīng)用,由施工過程壓實(shí)不足引起的路面結(jié)構(gòu)早期病害問題頻發(fā),經(jīng)實(shí)地調(diào)查和分析,半剛性基層壓實(shí)度未嚴(yán)格控制是一個(gè)重要的原因[1-2]。

針對(duì)上述問題,劉俊鋒等[3]利用PFWD評(píng)價(jià)路基模量的均勻性和施工質(zhì)量,結(jié)果表明PFWD能夠有效反映路基施工質(zhì)量的均勻性。應(yīng)榮華等[4]針對(duì)改擴(kuò)建新舊路基變形協(xié)調(diào)問題,通過PFWD對(duì)新舊路基進(jìn)行了檢測(cè),得到了新舊路基回彈模量值及其差異,表明PFWD在新舊路基測(cè)試中可取得良好的測(cè)試效果。孫兆林等[5]采用PFWD法研究了改性處理后的拜耳法赤泥路基填料動(dòng)態(tài)和靜態(tài)模量特性。吳琛等[6]開展了PFWD在高速公路柔性基層離析和施工控制方法方面的應(yīng)用研究,利用PFWD檢測(cè)了級(jí)配碎石柔性基層的回彈模量分布情況,結(jié)果表明級(jí)配碎石柔性基層回彈模量可有效反映柔性基層離析問題。

然而,目前的研究均集中于PFWD在路基和級(jí)配碎石基層質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)應(yīng)用,未見PFWD在半剛性基層壓制質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)方面的研究。因此,本文依托開陽高速公路月山連接線半剛性基層試驗(yàn)段對(duì)此開展了研究。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 水泥穩(wěn)定碎石混合料配合比

1)原材料。礦料:集料為井坑石場(chǎng)生普通石灰?guī)r碎石,粗集料共分為19～26.5mm,9.5～19 mm,4.75～9.5mm,細(xì)集料為0～4.75mm,級(jí)配見表1。水泥:廣東廣信青洲水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥。水:自來水。原材料質(zhì)量均滿足規(guī)范[7]要求。

表1 各種礦料和合成級(jí)配的篩分結(jié)果

2)級(jí)配設(shè)計(jì)。按照規(guī)范[7]要求設(shè)計(jì)水泥穩(wěn)定碎石的級(jí)配,其各級(jí)篩孔(方孔篩)通過率見表1。

3)配合比。按照規(guī)范[7]要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),得到各粒徑碎石比例、水泥劑量和最佳含水率見表2。

表2 月山連接線水泥穩(wěn)定碎石基層施工配合比

1.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)目標(biāo)壓實(shí)度為99%、98%和96%設(shè)計(jì)了三種碾壓方案,試驗(yàn)段施工時(shí)以30 m為一個(gè)碾壓段、10 m為一個(gè)間隔距離利用測(cè)點(diǎn)檢測(cè),每個(gè)碾壓段內(nèi)共有9個(gè)測(cè)點(diǎn),并編號(hào)為壓實(shí)1～3區(qū)、測(cè)點(diǎn)1～9,對(duì)壓實(shí)區(qū)內(nèi)每個(gè)測(cè)點(diǎn)用油漆記錄好編號(hào),在水穩(wěn)基層攤鋪完成后立即利用PFWD檢測(cè)測(cè)點(diǎn)處模量,檢測(cè)時(shí)間控制在水穩(wěn)拌和樓出料后6 h內(nèi),然后按規(guī)范[8]要求采用挖坑灌砂測(cè)試壓實(shí)度方法利用壓實(shí)度檢測(cè),碾壓工藝見表3,施工碾壓區(qū)域及測(cè)點(diǎn)劃分見圖1。

圖1 水泥穩(wěn)定碎石不同碾壓工藝壓實(shí)區(qū)域

表3 水泥穩(wěn)定碎石碾壓工藝

2 PFWD基本原理及模量反算

1)PFWD基本原理。將重量為10 kg的落錘提升到一定高度后釋放,使得落錘沿著導(dǎo)向桿方向豎直落下。此時(shí),PFWD上的壓力傳感器和位移傳感器將記錄下部承載板和路基路面的豎向位移及承受的壓力值,然后通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng),得到所測(cè)試測(cè)點(diǎn)的路基路面的動(dòng)彈性模量。

2)PFWD模量反算。國(guó)內(nèi)外研究[9]表明PFWD的落錘沖擊荷載作用僅為25 ms左右,因此測(cè)試得到的回彈變形和荷載具有良好線性關(guān)系,可以采用線彈性理論進(jìn)行分析。此外,PFWD雖然屬于動(dòng)載試驗(yàn),但Brown[10]通過理論分析證明采用彈性層狀體系理論分析時(shí),動(dòng)載和靜載得到的結(jié)果誤差在容許范圍內(nèi)。因此,PFWD模量可采用式(1)計(jì)算:

(1)

式中:Ep—PFWD模量(MPa);P—承載板最大荷載(kN);μ—泊松系數(shù);δ—承載板半徑(cm);l—承載板中心彎沉(μm)。

3 結(jié)果分析

3.1 壓實(shí)度測(cè)試結(jié)果分析

按照試驗(yàn)方案所示,采用挖坑灌砂測(cè)試壓實(shí)度方法分別對(duì)不同壓實(shí)區(qū)進(jìn)行壓實(shí)度測(cè)試,得到的試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知,不同碾壓工藝下水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)度存在明顯差異,且壓實(shí)度在預(yù)期的壓實(shí)度目標(biāo)附近,可用于PFWD模量和壓實(shí)度的相關(guān)關(guān)系分析。

表4 不同碾壓工藝的壓實(shí)度測(cè)試結(jié)果

3.2 PFWD模量與壓實(shí)度的相關(guān)關(guān)系分析

按照上述方案進(jìn)行試驗(yàn),在碾壓完成后立即對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行PFWD測(cè)試,得到測(cè)點(diǎn)的PFWD模量;然后在測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行挖坑灌砂測(cè)試壓實(shí)度方法試驗(yàn),得到測(cè)點(diǎn)的壓實(shí)度,PFWD模量見表5,PFWD模量和壓實(shí)度的相關(guān)關(guān)系見圖2。

圖2 壓實(shí)度和PFWD模量的相關(guān)關(guān)系

表5 測(cè)點(diǎn)的PFWD模量測(cè)試結(jié)果

根據(jù)圖2可知,PFWD模量和壓實(shí)度的相關(guān)關(guān)系R2為0.8883,PFWD模量和壓實(shí)度具有良好的線性關(guān)系,隨著壓實(shí)度的增加,PFWD模量逐漸增加。可見,通過建立PFWD模量與壓實(shí)度的關(guān)系,結(jié)合水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)度的設(shè)計(jì)要求,可得到PFWD模量值的控制標(biāo)準(zhǔn),從而實(shí)現(xiàn)采用PFWD模量進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制的目標(biāo)。

3.3 PFWD模量控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)圖2,建立壓實(shí)度和PFWD模量的相關(guān)關(guān)系:

Ep=0.1363e0.0651γ

(2)

式中:Ep—PFWD模量(MPa);γ—壓實(shí)度(%)。

根據(jù)式(2)和設(shè)計(jì)要求,可采用PFWD對(duì)半剛性基層壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行控制,如設(shè)計(jì)要求水穩(wěn)基層的壓實(shí)度應(yīng)大于等于99%,則根據(jù)式(2)可知,PFWD模量應(yīng)大于等于85.8 MPa,據(jù)此可指定PFWD模量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半剛性基層壓實(shí)質(zhì)量進(jìn)行快速檢測(cè)和評(píng)價(jià)。

4 工程應(yīng)用

4.1 工程簡(jiǎn)介

G15沈海高速廣東段開陽高速月山連接線起點(diǎn)接正在實(shí)施的開平市環(huán)城公路北環(huán)東延線一期工程并與之形成T形交叉,終點(diǎn)位于月山鎮(zhèn)府西側(cè)約0.5 km,與X556形成T形交叉,項(xiàng)目聯(lián)通月山鎮(zhèn)、開陽高速、開平市環(huán)城公路網(wǎng)、沙岡工業(yè)園、開平市區(qū)、對(duì)促進(jìn)月山經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展有著重要的作用,項(xiàng)目全長(zhǎng)4.61 km,共設(shè)橋梁3座,全長(zhǎng)1056.5 m,其中大橋991 m、2座,中橋65.5 m、1座,路基段長(zhǎng)3.55 km,該路段基層設(shè)計(jì)為上基層(18 cm)+下基層(18 cm)+底基層(20 cm),基層材料為5%的水泥穩(wěn)定碎石,底基層材料為4%水泥穩(wěn)定碎石。

4.2 應(yīng)用效果

在水泥穩(wěn)定碎石基層攤鋪碾壓完成后立即采用PFWD方法對(duì)開陽高速月山連接線左幅水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量控制,連接線LK2+550～LK0+000段各測(cè)點(diǎn)結(jié)果見圖3。

根據(jù)上述結(jié)果可知,施工過程中共有8個(gè)測(cè)點(diǎn)的PFWD模量不滿足85.8 MPa的控制標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)分析,主要原因在于該施工段為夜間施工,施工時(shí)部分壓路機(jī)未能完成規(guī)定的碾壓次數(shù),有部分段落存在漏壓,造成施工段的壓實(shí)度不足。經(jīng)PFWD及時(shí)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)了漏壓段落,對(duì)壓路機(jī)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底后,及時(shí)補(bǔ)壓,保證了月山連接線水穩(wěn)基層的壓實(shí)質(zhì)量。

通過上述工程應(yīng)用證明了PFWD可快速檢測(cè)和評(píng)價(jià)半剛性基層的壓實(shí)質(zhì)量,并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓實(shí)過程中存在的壓實(shí)度不足問題,同時(shí)避免了灌砂法壓實(shí)度檢測(cè)方法檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)人工多、夜間施工檢測(cè)困難等問題,取得了良好的壓實(shí)質(zhì)量控制效果。

5 結(jié)論

本文通過PFWD快速檢測(cè)和評(píng)價(jià)半剛性基層壓制質(zhì)量應(yīng)用研究,得到了以下結(jié)論:PFWD模量和水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)度具有良好的線性關(guān)系,可用于水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)質(zhì)量控制;根據(jù)壓實(shí)度和PFWD模量的相關(guān)關(guān)系,基于壓實(shí)度≥99%的標(biāo)準(zhǔn),得到PFWD模量的壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)≥85.8MPa;經(jīng)開陽高速公路月山連接線工程驗(yàn)證,采用PFWD模量快速檢測(cè)水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)度并結(jié)合PFWD模量標(biāo)準(zhǔn)值快速評(píng)價(jià)水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)質(zhì)量具有可行性且取得了良好的效果;PFWD在半剛性基層壓實(shí)質(zhì)量控制方面具有廣闊的應(yīng)用前景,值得深入研究。