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《公路路面基层施工技术规范》

来源:华千官网 发表时间2011-12-06 20:11:16 点击:

  《公路路面基层施工技术规范》 (JTJ034-2000)(2)

  9 质量管理及检查验收

  9.1 一般规定

  9.1.1二级和二级以上公路工程应按本章质量管理及检查验收内容和要求执行,其他等级公路工程可参照执行。

  9.1.2质量管理包括所用材料标准试验、铺筑试验段、施工过程中的质量管理和检查验收(工序间)。

  9.1.3必须建立、健全工地试验,质量检查及工序间的交接验收等项制度。试验、检验应做到原始记录齐全,数据真实可靠。

  9.1.4工地试验室应能进行所用基层材料的各项试验,还应具备进行现场压实度和平整度检查的能力,应配备弯沉测量的仪具和路面钻机。

  9.1.5各个工序完结后,均应进行检查验收。经检验合格后,方可进行下一个工序。凡经检验不合格的段落,必须进行补救,使其达到要求

  9.2 材料标准试验

  9.2.1在组织现场施工以前以及在施工过程中,原材料(包括土)或混合料发生变化时,必须对拟采用的材料进行规定的基本性质试验,评定材料质量和性能是否符合要求

  9.2.2对用做底基层和基层的原材料,应进行表9.2.2所列的试验。

  9.2.3对初步确定使用的底基层和基层混合料,包括掺配后不用结合料稳定的材料,应进行表9.2.3所列的试验。

  表9.2.2底基层和基层原材料的试验项目

  土、砂砾、碎石等集料

  每天使用前测2个样品

  烘干法、酒精燃烧法、含水量快速测定仪

  确定级配是否符合要求,确定材料配合比

  每种土使用前测2个样品,使用过程中每2000m3测2个样品

  土、级配砾石或级配碎石中0.5mm以下的细土

  求塑性指数,审定是否符合规定

  每种土使用前测2个样品,使用过程中每2000 m3测2个样品

  液限塑限联合测定法测液限;滚搓法塑限试验测塑限

  相对毛体积密度、吸水率

  评定粒料质量,计算固体体积率

  使用前测2个样品,砂砾使用过程中每2000 m3测2个样品,碎石种类变化重做2个样品

  网篮法或容积1000ml以上的比重瓶法

  评定石料的抗压碎能力是否符合要求

  确定土是否适宜于用石灰或水泥稳定

  对土有怀疑时做此试验

  有机质含量试验,易溶盐试验

  做材料组成设计和生产使用时分别测2个样品,以后每月测2个样品

  确定水泥的质量是否适宜应用

  做材料组成设计时测1个样品,料源或标号变化时重测

  水泥强度检验方法水泥凝结时间检验方法

  做材料组成设计前测2个样品

  表9.2.3底基层和基层混合料的试验项目

  求最佳含水量和最大干密度,以规定工地碾压时的合适含水量和应该达到的最小干密度,确定制备强度试验和久性试验的试件所应该用的含水量和干密度;确定制备承载比试件的材料含水量

  求工地预期干密度下的承载比,确定材料是否适宜做基层或底基层

  进行材料组成设计,选定最适宜于用水泥或石灰稳定的土(包括粒料);规定施工中所用的结合料剂量;为工地提供评定质量的标准

  对已定水泥剂量的混合料,确定延迟时间对混合料密度和抗压强度的影响,并据此确定施工允许的延迟时间

  9.3 铺筑试验段

  9.3.1在底基层和基层正式开工之前,应铺筑试验段。

  9.3.2应通过铺筑无结合料的集料基层试验段,确定以下主要项目

  (1)用于施工的集料配合比例。

  (2)材料的松铺系数。

  (3)确定标准施工方法:。

  ①集料数量的控制;

  ②集料摊铺方法和适用机具;

  ③合适的拌和机械、拌和方法、拌和深度和拌和遍数;

  ④集料含水量的增加和控制方法;

  ⑤整平和整形的合适机具和方法;

  ⑥压实机械的选择和组合,压实的顺序、速度和遍数;

  ⑦拌和、运输、摊铺和碾压机械的协调和配合;

  ⑧密实度的检查方法,初定每一作业段的最小检查数量。

  (4)确定每一作业段的合适长度。

  (5)确定一次铺筑的合适厚度。

  9.3.3通过铺筑水泥稳定土、石灰稳定土和石灰工业废渣稳定土基层试验段,除确定9.3.2条所列者外,还应确定控制结合料数量和拌和均匀性的方法

  对于水泥稳定土基层,还包括通过严密组织拌和、洒水、整形、碾压等工序,缩短延迟时间,规定允许的拌和时间。

  9.4 质量管理

  9.4.1施工过程中的质量管理包括外形尺寸的控制和检查以及质量控制和检查。

  9.4.2外形尺寸检查项目、频度和质量标准应符合表9.4.2的要求

  9.4.3质量控制的项目、频度和质量标准应符合表9.4.3的要求

  二级及二级以下公路每20延米1点;高速公路和一级公路每20延米1个断面,每个断面3~5个点

  每200延米2处,每处连续10尺(3m直尺)

  二级及二级以下公路每20延米1点;高速公路和一级公路每20延米1个断面,每个断面3~5个点

  每200延米2处,每处连续10尺(3m直尺)

  表9.4.3质量控制的项目、频度和质量标准

  据观察,异常时随时试验

  据观察,异常时随时试验

  每一作业段或不大于2000m2检查6次以上

  96%以上,填隙碎石以固体体积率表示,不小于83%

  每1000m21次,异常时随时试验

  每3000m21次,据观察,异常时随时增加试验

  每一评定段(不超过lkm)每车道40~50个测点

  95%(二级及二级以下公路)或97.7%(高速公路和一级公路)概率的上波动界限不大于计算得的容许值①

  据观察,异常时随时试验

  每一作业段或不大于2000m2检查6次以上

  级配集料基层98%,中间层100%,填隙碎石固体体积率85%

  每1000m21次,异常时随时试验

  据观察,异常时随时试验

  每3000m21次,据观察,异常时随时增加试验

  每一评定段(不超过lkm)每车道40~50个测点

  95%(二级及二级以下公路)或97.7%(高速公路和一级公路)概率的上波动界限不大于计算得的容许值①

  水泥或石灰移民定及综合稳 定土据观察,异常时随时试验

  每2000m21次,至少6个样品,用滴定法或用直读式测钙仪试验,并与实际水泥或石灰用量校核

  不小于设计值-1.0%

  据观察,异常时随时试验

  无灰条、灰团,色泽均匀,无离析现象

  每一作业段或不大于2000m2检查6次以上

  二级及二级以下公路93%以上,高速公路和一级公路95%以上

  二级及二级以下公路的底基层95%,基层97%;高速公路和一级公路的底基层96%,基层98%

  稳定细粒土,每一作业段或每2000m26个试件;稳定中粒土和粗粒土,每一作业段或每2000m26个或9个试件

  石灰剂量不小于设计值-1%(当石灰剂量少于4%时,为不小于设计值-0.5%)以内

  据观察,异常时随时试验

  最佳含水量±1%(二灰土为±2%)

  每一作业段或不大于2000m2检查6次以上

  二级及二级以下公路93%以上,高速公路和一级公路95%以上

  其他含粒料的石灰工业废渣

  二级及二级以下公路底基层95%或93%,基层97%以上;高速公路和一级底基层97%或95%,基层98%以上

  稳定细粒土,每一作业段或每2000m26个试件;稳定中粒土和粗粒土,每一作业段或每2000m26个或9个试件

  注:①弯沉值按附录A计算。

  9.4.4对于无机结合料稳定基层,应取钻件(俗称路面芯样)检验其整体性。水泥稳定基层的龄期7~10d时,应能取出完整的钻件。二灰稳定基层的龄期20—28d时,应能取出完整的钻件。

  如果路面钻机取不出水泥稳定基层或二灰稳定基层的完整钻件,则应找出不合格基层的界限,进行返工处理。

  9.5 检查验收

  9.5.1检查验收的白的是判定完成的路面结构层是否满足设计文件与施工规范要求

  检查内容包括工程竣工后的外形和质量。

  9.5.2判定路面结构层质量是否合格(即满足要求)时,以lkm长的路段为评定单位。采用大流水作业法施工时,也可以每天完成的段落为评定单位。

  9.5.3检查施工原始记录,对上述检查内容进行初步评定。.

  9.5.4进行抽样检查。抽样必须是随机的,不能带有任何倾向性。压实度、厚度、水泥(石灰)剂量检测样品、制强度试件样品等的现场随机取样位置的确定应按附录B的方法进行。

  9.5.5竣工工程外形的检查项目、频度和质量标准值应符合表9.5.5的要求

  表9.5.5竣32-1-程外形的检查项目、频度和质量标准

  每200m2处,每处连续10尺(3m直尺)

  厚度检查后,应按式(9.5.5-1)和式(9.5.5-2)分别计算其平均值 和标准差S:

  (9.5.5-1)

  (9.5.5-2)

  式中:Xl、X2…Xn——每次检查得的厚度值;

  n——检查数量。

  按式(9.5.5-3)计算算术平均值的下置信限 :

  (9.5.5-3)

  式中: ——t分布表中随自由度和保证率(或置信度α)而变的系数,对高速公路和一级公路应取保证率99%,对其他公路可取保证率95%。

  厚度平均值的下置信限( )应不小于设计厚度减去均值允许误差。

  9.5.6应按表9.5.6对工程质量进行检查验收

  表9.5.6质量合格标准

  重型压实标准,二级和二级以下公路93%以上,高速公路和一级公路不小于95%

  二级和二级以下公路88%,高速公路和一级公路90%

  第一评定段(不超过1km)每车道40~50个测点③

  每车道40~50个测点③

  每车道40~50个测点③

  压实度(固体体积率)

  每车道40~50个测点③

  水泥土、石灰土、二灰、二灰土

  水泥或石灰剂量(%)

  水泥1.0%

  石灰2.0%

  水泥稳定土、石灰、稳定土、石灰工业废渣稳定土

  基层98%(97%)

  底基层96%(95%)

  水泥或石灰剂量(%)

  注:①对于路基,碾压检验是最重要的。用重型压路机在准备验收的路基上错轮碾压3~4遍,能暴露潜在的薄弱位置,以便及时进行必要的处理。

  ②按附录A计算得的弯沉值即是极限高值。

  ③以每天完成段落为评定单位时,检查数量可取低值,以lkm为评定单位时,检查数量应取高值。

  9.5.7测量弯沉后,考虑一定保iiE率测量值的上波动界限按式(9.5.7)计算:

  (9.5.7)

  式中: ——测量值的上波动界限(即代表弯沉值);

  ——标准车测得的弯沉的平均值;

  ——与要求保证率有关的系数,高速公路和一级公路可取 =2.0;二级公路取 =1.645;二级以下公路取 =1.5。

  在计算观测值的平均值和标准差时,可将超出[ ±(2~3)S]的弯沉特异值舍弃。舍弃后,计算得的代表弯沉值应不大于容许的弯沉值。

  对舍弃的弯沉值过大的点,应找出其周围界限,并进行局部处理。

  压实度检查后,其下置信限 应不小于标准值置Kd(参看公式(9.5.5-3))。

  水泥或石灰剂量测定后,其下置信限应不小于设计值。对超出极限值的点,应找出其范围并进行局部处理。

  附录A 回弹弯沉值的计算与检验

  A.0.1土基回弹模量的调整

  由于设计中采用的土基回弹模量计算值是针对不利季节的,而施工中的弯沉值检验往往是在非不利季节进行的,因此,需先将土基回弹模量计算值(E0)按式(A.0.1)调整到相当于非不利季节的值(E0′):

  E0′=K1E0 (A.0.1)

  式中:K1——季节影响系数,不同地区取值范围为1.2~1.4,各地可根据经验确定。

  A.0.2土基顶面的回弹弯沉计算值

  土基顶面的回弹弯沉值按回归方程式(A.0.2)计算:

  (A.0.2)

  式中:E0'——土基回弹模量,单位为MPa;

  ——土基顶面的回弹弯沉计算值,单位为0.01mm。

  例如,土基回弹模量测量值E0=50MPa,如该地区土基的季节影响系数为1.2,则土基回弹模量的调整值E0'为60MPa,将此值代入式(A.0.2),得相应的回弹弯沉计算值如下:

  =9308×60-0.938=200×10-2mm

  这个值就是对土基进行弯沉值检验时的标准值,也即土基应达到的标准值。进行弯沉测量后,路段的代表弯沉值 +2S应小于此标准值(对于一级公路和高速公路),或 +1.645S和 +1.5S应小于此标准值(对于二级和二级以下的公路)。

  A.0.3底基层顶面回弹弯沉按如下步骤计算:

  (1)利用土基和底基层材料的回弹模量计算值E0和E1以及底基层的厚度h1(cm),计算模量比K1E0/K2E1及比值h1/δ(δ为个轮迹当量圆的半径(cm),对于黄河卡车,δ=10.75cm;K2为底基层材料的季节影响系数,可取1.1~1.2)。

  (2)查附图A.0.3,得底基层表面弯沉系数αL。

  (3)弯沉综合修正系数F按式(A.0.3-1)计算:

  F=3.643αL1.8519 (A.0.3-1)

  (4)按式(A.0.3-2)计算底基层顶面的回弹弯沉计算值 ,即标准值:

  (cm) (A.0.3-2)

  式中:P——后轴重100kN卡车轮胎的单位压力,对于黄河卡车,可取0.7MPa;

  K1——季节影响系数,不同地区取值范围为1.2~1.4。

  A.0.4基层(厚度h2)顶面弯沉值计算的步骤如下:

  (1)按附图A.0.3查得底基层顶面的弯沉系数αL;

  (2)将具有回弹模量E1和厚度h1的底基层换算为与基层材料相当(即具有回弹模具E2)的厚度 ,为此,根据弯沉系数αL和比值KE0/KE2(K3为基层材料的季节影响系数,可取1.05~1.0,无塑性指数的级配碎石取低值,有塑性指数的级配碎石、级配碎石、填隙碎石取高值)由附图A.0.3查得相应的 /δ值;

  (3)由h2/δ与 /δ之和及K1E0/K3E2的值,从附图A.0.3查得相应的αL;

  (4)按式(A.0.3-1)计算相应于α’L的弯沉综合修正系数;

  (5)按式(A.0.4-1)计算基层顶面应有的回弹弯沉计算值 ,即标准值:

  ′LF(cm) (A.0.4-1)

  上述计算当量厚度的方法,也可由下述简化方法代替:

  即将厚度h1的底基层按公式(A.0.4-2换算为与基层材料)相当的厚度 :

  (A.0.4-2)

  当底基层和基层超过一层而且每层材料的回弹模量不同时,可同样按上述方法计算各层顶面应达到的回弹弯沉值,即标准值。

  附录B 现场随机取样位置的确定

  B.0.1作为一个检验评定对象,既可以是一个作业段,一天完成的路段,也可以是1km长的路段。

  B.0.2现场随机取样包括压实度检验,石灰稳定土、水泥稳定土混合料的样品(作检验剂量用或制试件用)取样等。取样的位置不应带有任何倾向性,应根据随机数表(见表B.0.2)来确定现场取样的具体位置。

  B.0.3确定现场取样或试验位置时,需按下列程序:

  (1)选定表中随机数栏号。表B.0.2中共有28个栏号,为此,事先用28块边长2.5cm的方硬纸块编上1~28号,将这28块有号的硬纸块放在一容器(如碗)内,摇动容器使纸块彻底打乱次序,从中取出一块,纸块上的号即为所要的栏号。

  (2)找出相应栏号内子栏A中的取样位置数。每个栏号下均有A、B、C三个子栏,根据预定的检验数量(例如6个),在所定栏号的子栏A中,找出等于所需取样位置数的全部数(即找出小于和等于6的各个数,如01、02、…06)。

  (3)确定取样或检验位置的纵向距离或桩号。将该检查段的总长度乘以子栏B中的小数,此小数应与(2)找出的子栏A中的数相对应,将所得结果加到该段的起点桩号上,即得出检验位置的桩号(此结果也就是距该段起点的距离)。

  (4)确定取样或检验位置的横向距离。将检查对象(路基或某一路面结构层)的宽度乘以子栏C中的小数,此小数也应与(2)找出的子栏A中的数相对应。从所得乘积中减去检查对象宽度的一半,就得到取样位置离路面中心线的距离。如差值是正(+),表示在中心线的右侧;如差值是负(-),表示在中心线左侧。

  例如,选定的随机数栏为栏号3。在预定检验数为6时,栏号3从上至下的6个数是01、06、03、02、04和05。子栏B中与这6个数相应的6个小数是0.175、0.310、0.494、0.699、0.838和0.977。检查段的总长度是150m,计算得6个乘积(检查位置与该段起点

  的距离)分别为26.3m、46.5m、74.1m、104.9m、125.7m和146.6m。子栏C中与这6个数相应的6个小数是0.647、0.043、0.929、0.073、0.166和0.494。路面宽度为l0m,计算得6个乘积分别是6.47、0.43、9.29、0.73、1.66和4.94。因此,6个检查点的横向位置分别是:右1.47m、左4.57m、右4.29m、左4.27m、左3.34m和左0.06m。

  附件:条文说明

  附件

  中华人民共和国行业标准

  公路路面基层施工技术规范

  JTJ034——2000

  条文说明

  修订说明

  原中华人民共和国行业标准《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-93,以下简称原规范)是1993年12月1日由交通部发布并批准实施的,实行5年来,对指导我国公路路面基层施工,保证路面质量起到了很大作用。1997年交通部决定对原规范进行修订,由交通部公路科学研究所负责修订工作。

  为了适应我国高速公路和一级公路建设迅速发展的需要,以及为了进一步提高公路路面基层质量,在总结原规范实施经验的基础上,本规范对原规范作了某些必要的补充和修改。其主要修改内容如下:

  (1)将原规范中涉及术语的内容抽出并单列一章术语。

  (2)近几年来,部分高速公路的基层设计成两层,为了保证基层的质量和平整度,两层基层都采用摊铺机摊铺混合料,取得了较好的效果。基层的质量和平整度对路面的使用性能和使用寿命有至关重要的作用。因此,建议基层分两层施工时,上下两层都用摊铺机摊铺混合料。

  (3)由于二级公路常是干线公路中的一部分,往往交通量较大,为使二级公路的路面能适应较大交通量和车辆载质量明显增加的客观情况,对于二级公路路面基层的材料施工工艺都提出了较高要求

  (4)原规范中对集料的颗粒组成都是采用了方孔筛,且采用了整数筛孔尺寸,如40mm、30mm、20mm、l0mm等,而后续发布的《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032)也采用了方孔筛,但采用了带小数的筛孔尺寸,如37.5mm、31.5mm、9.5mm、4.75mm等,两个规范的筛孔尺寸有明显差别,不利于使用。

  对于某种适宜应用的集料颗粒组成,既可以用整数筛孔表示,也可以用非整数筛孔表示,还可以用圆孔筛表示,并无任何实质性差别,而且它们之间是可以互相转换的。

  为使大家使用方便和避免使用两套不同规格的方孔筛,本规范将原用整数方孔筛改为与《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032)所用方孔筛的尺寸相同。

  (5)一些实际上届专用路线的公路(例如运煤公路)上重载车辆很多,这些车辆通常严重超载,轮胎充气压力高达1MPa左右,轴载达到160kN左右。为适应这种特殊交通,本规范建议提高基层材料强度标准。同时它有利于减轻基层冲刷。

  (6)对原规范中的条文说明作了必要的补充。

  为使各单位在使用本规范时,正确理解条文的意义,便于根据实际情况灵活运用,按本规范的条款顺序对某些条款作必要的条文说明。

  1 总 则

  1.0.1实践证明,无论是对于沥青路面还是水泥混凝土路面,影响其使用性能和使用寿命的最关键因素是基层的材料和质量。新建高速公路和其他公路产生的一些早期破坏常与基层质量不好有关。

  1.0.2在沥青路面结构层中有一层强度满足规定要求的无机结合料稳定材料层,当其厚度大于或等于15cm时,称半刚性路面。其特性明显不同于全是柔性材料层的沥青路面

  1.0.4用沥青碎石混合料和沥青贯入式碎石做基层时,其技术要求施工方法和质量管理均与《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032)中的热拌沥青混合料和上拌下贯式路面中的下贯部分相同,所以在本规范中不再列出·。

  国内以往习用的手摆片石、拳石和干压碎石等基层或底基层的技术性能不好,容易引起沥青面层出现不规则裂缝和形变以及平整度不好,影响路面使用质量和使用寿命,因此,在等级公路上不应使用,本规范也不列出。

  1.0.5贫混凝土为以往的习惯名称。在1986年版的英国《公路工程技术规范》中称做湿贫混凝土,并分成四个等级,其相应的立方体试件(150mm×l50mm×l50mm)的7d龄期五侧限抗压强度如下:

  标号 7d抗压强度(MPa) 水灰比

  C7.5 4.5 0.6

  C10 7.5 0.6

  C15 12 0.6

  C20 15 0.6

  湿贫混凝土施工混凝土相同,其技术要求施工方法和质量管理应符合国家标准水泥混凝土路面施工验收规范》(GBJ97)。

  强度与上述湿贫混凝土相似的水泥稳定级配集料,有的国家称其为干贫混凝土,在上述英国规范中称水泥材料,其施工方法和质量管理与本规范相同,英国水泥材料也分成下列四个等级:

  标号 立方体试件 7d抗压强度(MPa) 水灰比

  平均值 单个值

  CBMl 4.5 >2.5 就地拌和或厂拌

  CBM2 7 >4.5 同上

  CBM3 10 >6.5 厂拌

  CBM4 15 >10 厂拌

  在英国运输部1987年的部标准HD14/87《新路面结构设计》中,CBMl与C7.5湿贫混凝土可以互换用做底基层,CBM3与湿贫混凝土C15可以互换用做水泥混凝土面板的基层。

  1.0.6考虑到某些中级路面过若干年后可能改建成沥青路面水泥混凝土路面,为使当前施工的中级路面的主要承重层在今后改建路面时可以直接用做基层或底基层,避免将整个路面翻起重新处治,所以中级路面的主要承重层应按本规范规定实施。对这种中级路面进行改建时,仅需将表面磨耗层铲除。

  3 水泥稳定土

  3.1 一般规定

  3.1.1土中单个颗粒指碎石、砾石或砂颗粒,不包括土块或土团。

  3.1.3水泥稳定土有良好的板体性,它的水稳性和抗冻性都较石灰稳定土好。水泥稳定土的初期强度高并且强度随龄期增长,它的力学强度还可视需要而调整。它的7d龄期抗压强度小可小到1MPa以下,大可大到30MPa以上(如水泥混凝土)。因此,水泥稳定土可以在各种等级的公路上用做基层或底基层。暴露的水泥稳定土易干缩和冷缩而产生裂缝

  由于水泥土(含水泥石灰综合稳定土)有下述三个不利特征,因此禁止用做高级沥青路面的基层。实际上,在水泥混凝土面板下也不宜应用,而只能用做底基层。

  1.水泥土的干缩系数和干缩应变以及温缩系数都明显大于水泥砂砾和水泥碎石,水泥土容易产生严重的收缩裂缝,并影响沥青面层,使沥青路面增加不少裂缝。试验表明,各自在最佳含水量下制成试件后,在空气中风干所达到的最大干缩应变εd,水泥土为2780~3950μ,而水泥砂砾只有110~200μ。

  2.水泥土的强度没有充分形成时,如表面水由沥青面层渗入,水泥土基层的表层会发生软化。即使是几毫米厚的软化层也会导致沥青面层龟裂破坏。

  3.水泥土的抗冲刷能力明显小于水泥级配集料(简称水泥粒料)。一旦表面水由沥青面层的裂缝或由水泥混凝土面板的接缝透入,容易产生冲刷现象。在沥青面层较薄的情况下,冲刷成的浆被唧出到表面,冲刷唧浆的结果是裂缝下陷和路面变形,裂缝两侧产生新裂缝,见附图3.1.3。在水泥混凝土面板下,冲刷唧浆的结果是混凝土板边角断裂。

  3.1.4水泥级配集料和水泥级配集料土①的水泥剂量在5%~6%时,其收缩系数最小,超过6%后,混合料的收缩系数增大。为减少混合料的收缩性,应控制水泥剂量不超过6%。改善集料的级配可以明显增加混合料的强度久性。例如,对于天然砂砾(往往级配不好),要用6%~8%的水泥稳定,才能达到规定强度要求;而添加部分细料使其达到最佳级配后,只要加3%~4%的水泥稳定,就可以达到要求强度水泥稳定最佳级配砂砾的强度比稳定天然砂砾的强度高50%~100%。为了满足冻融试验的要求,最佳级配砂砾只要用2%的水泥,而天然砂砾要用5%~6%的水泥。但是要求水泥粒料有较高强度(如大于4MPa)时,水泥剂量可能会超过6%。

  注:①集料指级配碎石和级配砾石等,集料土指在上述级配集料中含有性土,下同。

  3.1.5养生温度水泥稳定土的强度有很明显的影响。养生温度越高,水泥稳定土的强度也越高,如附图3.1.5所示。

  3.1.7、3.2.7和3.7.2从加水拌和到碾压终了的延迟时间对水泥稳定土混合料的强度和所能达到的干密度有明显的影响。延迟时间愈长,混合料强度和干密度的损失愈大,见附图3.1.7。

  从附图3.1.7可以看到,延迟时间4h,水泥砂砾混合料能达到的干密度只有2.18g/cm3,仅为无延迟时间时的92%(2.37g/cm3),其强度则从无延迟时间时的5.2MPa降到2.1MPa,降低了60%。

  延迟时间对混合料强度的影响取决于两个因素,即水泥品种和土质。在土质不变的情况下,用终凝时间短的水泥时,延迟时间对混合料强度损失的影响大;在水泥不变的情况下,延迟2h,用某些土制的混合料的强度可损失60%,而用另一些土制的混合料的强度损失可能只有20%左右,甚至没有损失,见附表3.1.7。

  因此,既应采用终凝时间长的水泥,又应规定施工的延迟时间。国外通常规定延迟时间为2h。考虑到我国公路施工中采用路拌法的实际情况,规定了延迟时间3~4h。为了能合适地确定延迟时间,3.7.2条规定施工前必须做延迟时间对混合料强度影响的试验,并通过试验确定应该控制的延迟时间。

  3.1.7(9)薄层贴补在使用过程中容易脱落压碎,引起沥青面层推移、碎裂、唧浆、网裂和形变。

  3.1.10路拌法施工,容易在拌和层底部产生素土夹层,导致沥青面层过早破坏,这种早期破坏对一级公路和高速公路造成的直接经济损失和间接经济损失甚大,为消除素土夹层,首先规定在高速公路和一级公路上,除最下面的一层外必须采用集中厂拌法拌制混合料。此外,路拌法施工的混合料的均匀性较差。

  表3.1.7从拌和到压实的延尺时间为2h时对水泥稳定土强度的影响

  颗粒组成,通过下列筛孔(mm)的质量百分率

  1

  2

  3

  4

  5

  6

  7

  8

  9

  10

  11

  12

  13

  14

  15

  砾质砂

  中等

  中砂

  原状砂砾

  破碎砂砾

  矿渣

  细石灰石

  粗石灰石

  石灰石

  中砂

  砂砾

  砾石—砂—

  砾石—砂—

  碎石

  级配好的砂

  —

  —

  —

  100

  100

  100

  —

  100

  —

  —

  100

  100

  100

  —

  —

  100

  —

  —

  65

  94

  80

  —

  72

  —

  —

  90

  95

  97

  100

  —

  85

  —

  —

  35

  60

  46

  100

  32

  100

  60

  72

  82

  85

  100

  79

  —

  100

  28

  44

  18

  77

  14

  85

  100

  43

  63

  67

  70

  86

  65

  —

  85

  24

  34

  8

  37

  8

  45

  85

  38

  55

  54

  35

  70

  15

  100

  15

  7

  9

  4

  22

  5

  23

  15

  18

  21

  20

  20

  30

  3

  95

  5

  2

  0

  0

  10

  0

  12

  5

  4

  10

  8

  12

  12

  3

  30

  5

  2

  —

  0

  10

  —

  12

  5

  4

  10

  8

  12

  12

  60

  50

  0

  22

  9

  —

  17

  29

  6

  0

  14

  12

  16

  12

  12

  一级公路和高速公路对路面平整度的要求高,对面层厚度和路面高程给的容许误差小,只有采用摊铺机摊铺水泥稳定土混合料,才能满足这些要求,否则会形成用昂贵的面层材料来找补高程和平整度的情况,其结果是既增加投资,沥青面层的平整度还不一定得到保证。例如,某高速公路工地,用平地机摊铺和整平水泥稳定砂砾基层,在用摊铺机铺筑粗粒式沥青混合料后,钻孔取出试件38个,测量得厚度变化在3.6~10.8cm之间,偏差系数达21.2%,而设计厚度是7cm。用摊铺机摊铺水泥混合料,还可使基层表面结构均匀,显著减少粗细颗粒离析现象,减少基层表层的薄弱点,全面提高基层质量。

  3.1.11撒布薄层水泥水泥净浆是为了增强上下层间的结,以提高整个基层的承载能力,否则将使基层的整体承载能力明显降低。

  3.2 材 料

  3.2.1集料颗粒的最大粒径必须有限制。粒径愈大,拌和机、平地机和摊铺机等施工机械愈容易损坏,混合料愈容易产生粗细集料离析现象,铺筑层的平整度也愈难达到高的要求。因此,不少国家常采用集料的最大粒径为19~20mm。但是,最大粒径愈小,石料的加工量愈大,根据我国目前的机械水平,对一般公路路面所用集料的最大粒径规定得较宽。实际工作中,应创造条件采用最大粒径较小的集料。

  对于高速公路和一级公路,由于投资大,对其使用性能要求高,必须采用最大粒径较小的集料,以适宜于用机械施工

  表3.2.2中的2号级配与原规范中的级配相比,增加了9.5mm以上中碎石的含量,有利于提高水泥粒料的强度

  无论是采用碎石还是砾石,用于高速公路和一级公路的基层时,都应事先筛分成3-4个大小不同的粒级,然后再与水泥一起用集中厂拌机械拌和。因为只有这样才能保证碎石或砾石具有应有的级配,并保证水泥粒料的强度不产生大的变化。

  粒料中含有塑性指数的土时,其收缩性大,反之,则收缩性小。为减少基层材料的收缩性和减轻基层裂缝,集料中不宜含有塑性指数的土。

  水泥稳定粒径较均匀的砂时,难于碾压密实,为解决这个问题,可在砂中添加少部分塑性指数小于12的性土(亚砂土)或石灰土(土的塑性指数较大时),添加哪种土的效果较好且比较经济,需通过试验确定。在有粉煤灰的情况下,添加20%~40%粉煤灰的效果更好。

  3.2.4集料压碎值是一种较简单、方便和易于操作的试验。集料压碎值的标准试验只需要一台能量400kN的压力机。在不具备400kN压力机的工地,也可以用非标准试验,它只需要100kN的压力。集料压碎值的试验精度高,通常只需要做两次试验,并取其平均值。应采用检验沥青面层用碎石的压碎值的试验方法。即在10min内将总荷载均匀地增加到400kN。

  3.3 混合料组成设计

  3.3.11用于高速公路和一级公路的水泥稳定土的强度标准中,3~5MPa意指低限为3MPa,高限为5MPa,根据当前公路上的交通情况,一般情况下可以采用3~4MPa,并按累计标准轴次的多少选用接近高限(如累计标准轴次大于12X106)或接近低限(如累计标准轴次小于12×106)的值。但对主要通行重型卡车和设计交通量特别大的(如累计标准轴次超过40×106)高速公路和一级公路,宜采用强度5MPa类似贫混凝土水泥稳定级配集料。对于底基层材料,通常按就地取材原则,采用较次的材料。基层材料强度用高限时,底基层材料强度也用高限。

  水泥稳定土用于二级和二级以下公路的基层和底基层时,强度标准都有个范围。高限值用于二级公路,低限值用于二级以下的公路。

  3.3.33做材料组成设计确定混合料的水泥用量时,试件不应按击实试验所得的最大干密度制作,而应按与规定的现场压实度相应的干密度制作,例如,水泥砂砾的最大干密度为2.36g/cm3,现场要求的压实度为97%,则试件的干密度应为:

  2.36×0.97=2.29g/cm3

  3.3.34最少试件数量n与试验结果的变异性(以偏差系数CV表示),平均值的容许误差e和要求的可靠度(或概率)有关,并可按式(附3.3.3)计算:

  (附3.3.3)

  式中: ——与要求可靠度α有关的系数,它是t分布表中与α和自由度υ(=n-1)有关的分位值。

  由于t分布表中的分位值与n有关,需事先假设一个n1值,查t分布表中的 值,并用式(附3.3.3)计算得n。如n1不等于n,则需重新假定一个n2值,再查t分布表中的分位值并计算得n,直到假定的n1与计算得的n相等为止。为简单起见,可先用正态分布表中相同概率的分位值 (90%概率时, =1.645;95%概率时, =1.96)代人式(附3.3.3)计算得n’值,然后再加2(90%概率为主)或3(95%概率为主),即可得要求的试件数量。

  表3.3.3-1中的最少试件数量是采用容许误差10%和90%概率得出的。

  3.3.3 5由于温度水泥稳定土的强度影响很大,原本不合格的材料,可能因为养生温度过高而变得合格;原本合格的材料,也可能因为养生温度过低而被认为是不合格。因此,必须在规定温度下对试件进行养生,在热天可用窗式空调机调节封闭养生室的温度;在冷天可用空调机或用电炉加温度控制器调节温度

  在养生期间,应保持试件的含水量,含水量的变化幅度不应超过《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTJ057)所容许的值,可用密封水箱进行保湿养生,或在湿度达95%的保温室中养生。

  3.3.3 7式(3.3.3)就是观测值的下波动限( ),应大于或等于设计抗压强度Rd。

  3.3.3 9表3.3.3-2中水泥的最小剂量是根据拌和均匀性规定的。意为如材料组成设计所得水泥剂量少于表3.3.3-2中的最小剂量,则应按表3.3.3-2中采用最小剂量,但如材料组成设计所得水泥剂量大于表3.3.3-2中的最小剂量,则应采用材料组成设计的结果。

  3.4 路拌法施工

  3.4.2所述准备工作是针对已破坏的土基、底基层或老路面的。新路施工时,如路基、底基层、基层及面层的施工采用大流水作业法,一个工种跟一个工种顺序推进,则准备工作可以大为缩减。

  3.4.6洒水闷料的目的是使水分在集料层内分布均匀并透入颗粒和大小土团的内部。洒水闷料还可以减少拌和过程中的洒水次数和数量,从而缩短延迟时间,这对稳定细粒土特别重要。在采用高效率的路拌机械(如宝马拌和机)时,由于通常只需拌和两遍,为缩短延迟时间,闷料时可一次将水洒够。但在采用普通路拌机械特别是农业机械拌和时,由于拌匀需要的时间长,闷料时所洒的水量宜较最佳含水量少2%~3%(主要对细粒土和含细土较多的粒料土)。因为水泥与潮湿土相接触,就要发生水化作用

  3.4.7水泥摊铺均匀是水泥在混合料中分布均匀的前提。只有在平整和具有一定密度的集料层上,人工摊铺水泥才能均匀。因此,集料必须先摊平并用两轮压路机碾压1~2遍,这一条对稳定细粒土和人工摊铺粒料时尤为重要。

  3.4.9路拌法施工稳定土时,很关键的一点是拌和层底部不能留有素土夹层,特别在两层稳定土之间不能有素土夹层。素土夹层不单使上下层间没有结,减少上层稳定土的厚度,明显减弱路面整体抵抗行车荷载的能力。在稳定细粒土的情况下,素土夹层还会由于含水量增大而变成软夹层,导致其上的沥青面层过早破坏。

  实践证明,即使使用进口的宝马拌和机,也难于避免在拌和层底部出现素土夹层,为消除素土夹层,某些工地在宝马拌和机后面跟着用多铧犁翻犁一遍,然后再用宝马拌和机拌和一遍,但也不能保证清除素土夹层。如路基上层已用石灰或固化剂处理,则底基层的各层都要用集中拌和法拌制混合料,以保证已处理的土基发挥较好的作用

  用农用机械拌和时,既需要有拌和机械,又需要有从底部将料翻起的机械。由于农用机械的转速低,拌和深度浅,需特别注意拌和的均匀性。用农用机械时,通常需要较多拌和遍数,因此还需特别注意延迟时间。实践证明,用农用机械拌和的效果远不如用专用拌和机拌和的效果好。

  3.4.10应严格掌握混合料的含水量,碾压时混合料的含水量可以略大于(0.5%~1.0%)最佳含水量,是为了弥补碾压过程中水分的损失。含水量过大,既会影响混合料可能达到的密度和强度,又会明显增大混合料的干缩性,使结构层容易产生干缩裂缝;含水量过小,也会影响混合料可能达到的密度和强度

  3.4.11平地机整形易将粗集料刮到表面,造成离析和粗细集料“窝”(或“带”),而且平地机来回刮平的次数愈多,离析现象可能愈严重。形成的粗集料“窝”或“带”不能结成一个整体,通车后容易引起沥青面层局部破坏,其危害较细集料“窝”更严重。应设一小组负责消除平地机整形后的粗细集料“窝”或“带”的现象,例如,将粗集料铲除,换以新鲜的拌和均匀的混合料。

  在整形过程中,严禁形成薄层贴补现象。薄层贴补容易脱落和被推移,也容易被压碎和产生唧浆现象,导致其上面层破坏。因此,不能在表面光滑的低洼处填补新料。

  3.4.13稳定土施工中很重要的一环是处理好接缝。接缝一定要垂直对接,不能斜接。如果不按照规定做成垂直相接,接缝处就会成为一条薄弱带。该薄弱带上沥青面层会很快龟裂破坏。这种现象常见之于分两幅施工的半刚性路面沥青面层的纵向接缝处和某些横向接缝处。

  3.5 中心站集中厂拌法施工

  3.5.2用连续式拌和机拌和水泥混合料时,所得混合料的颗粒组成取决于喂料斗中原集料的最大粒径和颗粒组成。如原集料的最大粒径和颗粒组成不符合要求,则混合料的颗粒组成不可能符合要求

  3.5.4如果细集料遭雨淋而含水量过大,细集料就不能顺利地从喂料斗中流出,直接影响配料的准确性及拌和机的准确性。

  3.5.12同本条文说明3.4.11。

  3.6 养生及交通管制

  3.6.1水泥稳定土碾压结束后,通常应养生7d,待其达到一定强度后再开始下一道工序。但在分层施工时,在上下层都采用相同压路机碾压的情况下,下层完工后的第二天就可以铺筑上层水泥稳定土,利用上层水泥稳定土对下层进行养生,而且上层混合料不宜用强力振动压路机碾压,以免破坏下层混合料已初步形成的强度

  3.6.4在用乳液养生之前,必须将基层清扫干净,必要时用水冲洗。实践证明,在水泥碎石基层上喷洒浓度50%以上的沥青乳液后,沥青难于渗入基层。喷洒浓度为35%的沥青乳液后,如沥青也难于渗入基层,则喷洒的乳液相当于层沥青。由于稀沥青乳液容易在基层表面顺横坡或纵坡流淌,所以一次喷洒不宜多于1.0kg/m2。撒小碎(砾)石是为了防止摊铺沥青面层时运料车和摊铺机破坏形成的沥青膜,不满撒小碎(砾)石是为了增加与面层的结。作为养生用的沥青乳液的用量应不少于1.0kg/m2(以沥青的质量计)。

  3.6.6养生期仅一二天就铺筑沥青面层,仅在用小型机械施工的情况下可以。用现代化的重型车辆和铺筑机械施工沥青面层时,容易在基层顶面形成辙槽形变,影响尔后沥青面层的平整度。

  3.6.7利用重型卡车运送混凝土时,仍应保持7d养生期。

  3.6.9喷洒沥青乳液或稀释沥青做透层或做下封层前,应扫除基层表面的松散颗粒和尘土。如表面过分干燥,应先喷洒少量水,再喷洒沥青乳液。如用稀释沥青,则应待表面略干时再喷洒沥青。喷洒透层或做下封层的主要目的之一是增加沥青面层与稳定基层之间的结,减轻表面水透人后可能形成的冲刷现象,它对半刚性路面的使用性能和使用寿命有很大影响。特别在稳定细粒土基层上的沥青面层,如层间结不好,在重车作用下,容易产生面层推移现象,如雨水易透入基层,基层表层易软化,也易产生冲刷唧浆现象。对于高等级公路,养生期结束后,视当地的气候条件可在3~7d内喷洒透层沥青或做下封层,避免基层曝晒开裂。在仅做透层的情况下,可延长铺筑面层的间隔时间,但视气候情况不应超过10~30d。

  3.8 其 他

  3.8.1实践证明,一些公路设置混凝土预制块路缘石后,阻碍了透入沥青面层和基层水的排除,导致沥青面层较快破坏。

  4 石灰稳定土

  4.1 一般规定

  4.1.3石灰土禁止用做高级路面的基层,其原因同本规范条文说明3.1.3条,而且石灰土的这些不良性质比水泥土更严重。例如,在最佳含水量下制成的石灰土梁式试件,在空气中自然风干产生的最大干缩应变为3120~6030μ它是各种半刚性材料中收缩性最大的材料,也是最容易受水影响产生表层软化的材料。在一般公路上,也不宜采用砂砾或碎石含量仅占50%左右的悬浮式石灰土粒料做高级沥青路面的基层。因为这种混合料与石灰土比,除收缩性较小外,同样具有遇水表层易软化和抗冲刷能力差的缺点。

  4.1.4在冰冻地区,当石灰土用于潮湿路段时,冬季石灰土层中可能产生聚冰现象,从而使石灰土的结构遭受破坏,强度明显下降,使沥青路面产生过早破坏。在非冰冻地区,如石灰土经常处于过分潮湿状态,也不易形成较高强度的板体。因此,在这些情况下应采取隔水措施,防止水分浸入石灰土层。

  4.1.5养生温度对石灰稳定土的抗压强度有明显的影响。养生温度愈高,石灰稳定土的抗压强度也愈高;在温度低于5℃时,石灰稳定土的强度几乎没有什么增长,见附图4.1.5。

  4.1.7(8)石灰土混合料属于缓凝材料施工延迟时间对其强度的影响不大,但也宜在当天碾压完成。如由于某种特殊原因当天不能完成碾压的,也应在3~4d内完成碾压。石灰与土拌和后,如堆置较长时间不进行摊铺碾压,也会影响其可能达到的强度

  4.1.8同本规范条文说明3.1.7(9)。

  4.1.9石灰土基层一旦受水浸泡,其表层数毫米以上就会软化,导致沥青面层龟裂破坏。及时将透人面层的水排出路外,实际上对各种基层都很重要。

  4.1.12同本规范条文说明3.1.10条。

  4.2 材 料

  4.2.1塑性指数为15~20的性土,易于粉碎和拌和,便于碾压成型,施工和使用效果都较好。

  对于无塑性指数的级配砂砾和级配碎石,用石灰稳定的效果远不如用石灰土稳定的效果。例如,对于同一种级配砂砾,用石灰稳定后(石灰剂量5%)的回弹模量只有1919MPa,而用石灰土稳定后(配合比为2.7∶17.3∶80)的回弹模量高达5537MPa,后者为前者的2.89倍。

  试验证明,不同塑性指数的土适宜于用不同的结合料进行稳定。对三种不同塑性指数的土,用五种不同方式稳定的结果列在附表4.2.1中。表中数值均指7d龄期的抗压强度(R7)。从表列结果可以看到,塑性指数小于12的土不适宜用石灰来稳定,而适宜用水泥来稳定;塑性指数15以上的性土更适宜于用水泥石灰综合稳定。

  附表4.2.1不同方式稳定土的结果

  土质对石灰稳定土抗压强度的影响见附图4.2.1。

  关于最大粒径同本规范条文说明3.2.1条。

  4.2.2石灰放置时间过久,其有效钙和氧化镁的含量会有很大损失。石灰堆放在野外无覆盖时,遭受风吹雨淋和日晒,其有效钙和氧化镁的含量降低很快,放置3个月可从原来的80%以上降到约40%左右,放置半年可降到仅30%左右,见附图4.2.2。因此,石灰应堆放成高堆并用篷布和土覆盖,然后,边使用边揭盖。

  4.3 混合料组成设计

  4.3.3工地使用的石灰可能是消石灰粉,也可能是磨细生石灰粉,进行混合料的击实试验和抗压强度试验时,使用的石灰应与工地所用的石灰相同。

  4.3.3 3同本规范条文说明3.3.3条第3款。

  4.3.3 4同本规范条文说明3.3.3条第4款。

  4.3.3 5同本规范条文说明3.3.3条第5款。

  4.3.3 6如石灰土混合料的强度达不到表4.3.1规定抗压强度标准,应添加部分水泥,或改用另一种土。塑性指数过小的土,通常不适宜用石灰稳定,宜改用水泥稳定。

  4.3.3 7同本规范条文说明3.3.3条第7款。

  4.3.3 9由于1∶4的石灰土集料的7d抗压强度往往较小,而实际道路路面的承载能力却并不差,为便于做试验,可仅对石灰土做组成设计,此时石灰土的7d抗压强度应大于0.8MPa。在选定配合比后,应再做石灰土集料的7d抗压强度试验,以积累资料。在确定石灰砂砾(或碎石)土的计算回弹模量和强度时,也应用选定配合比的石灰集料土混合料制备试件。

  4.4 路拌法施工

  4.4.2同本规范条文说明3.4.2条。

  4.4.4 (3)石灰堆放时间长时,特别在没有覆盖的情况下,其有效钙和氧化镁的含量会大幅度下降,原先质量符合三级的石灰在无覆盖情况下堆放几个月,可使其质量降到如等外石灰。一些施工工地常采用堆放半年以上已变成等外的石灰来稳定土,使混合料的强度和稳定性都受到明显影响。如消石灰的含水量过大,喂料斗就不可能均匀准确喂料,直接影响石灰剂量。

  如材料组成设计与现场实际施工的时间间隔长,石灰的质量可能明显降低。为保证石灰土具有规定强度,应重新做材料组成设计。

  4.4.4 (4)石灰在使用前必须充分消解。使用消解不充分的石灰稳定土,碾压完成后,在养生过程中,未充分消解的石灰继续吸水消解会引起局部胀松鼓包,影响稳定土层的强度和平整度。

  4.4.6洒水闷料的目的是使水分在集料层内分布均匀并透入颗粒和大小土团的内部。

  4.4.7石灰摊铺均匀是石灰在混合料中分布均匀的前提。只有在乎整和具有一定密度的集料层上,人工摊铺石灰才能均匀。因此,集料必须先摊平并用两轮压路机碾压1~2遍。这一条对稳定细粒土和人工摊铺粒料尤为重要。

  4.4.9同本规范条文说明3.4.10条。

  4.4.10同本规范条文说明3.4.11条。

  4.4.11同本规范条文说明3.4.13条。

  4.7 养生及交通管制

  4.7.3同本规范条文说明3.6.9条。

  4.8 其 他

  4.8.Ⅱ同本规范条文说明3.8.1条。

  5 石灰工业废渣稳定土

  5.1 一般规定

  5.1.2除这两类外,还可以有其他类型的石灰工业废渣。由于使用最广的石灰工业废渣是石灰粉煤灰类,所以本章以石灰粉煤灰类混合料为主要对象。

  5.1.3石灰工业废渣稳定土,特别是二灰稳定土,具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性,其抗冻性较石灰土高得多。石灰工业废渣的初期强度低,但随龄期的增长强度的增长幅度大。二灰土中粉煤灰用量越多,初期强度越低,3个月龄期的强度增长幅度也越大。在二灰土中加人粒料或少量水泥可提高其早期强度,但由于干缩、冷缩易产生裂缝,二灰土的收缩性小于水泥土和石灰土。在最佳含水量下用二灰土混合料制成梁式试件后,在空气中自然风干产生的最大干缩应变,二灰土为340~2630μ,密实式二灰砂砾为233~273μ,悬浮式二灰砂砾大于827μ。二灰土禁止用做高级路面的基层,其原因同本规范条文说明3.1.3条。

  5.1.5养生温度对石灰工业废渣的抗压强度有明显影响,养生温度越高,石灰工业废渣的抗压强度越大,在气温低于4℃时,石灰工业废渣的抗压强度几乎没有增长,见附图5.1.5。

  5.1.9同本规范条文说明3.1.10条。

  5.2 材 料

  5.2.2粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的粉状灰渣。绝大多数粉煤灰的主要成分是二氧化硅(SiO2)和三氧化二铝(Al2O3),其总含量常超过70%,氧化钙(CaO)含量一般在2%~6%,这种粉煤灰可称做硅铝粉煤灰。个别地方的粉煤灰含有10%~40%的氧化钙,这种粉煤灰可称做高钙粉煤灰。粉煤灰的烧失量一般小于10%,有的则在20%以上。烧失量过大将明显降低混合料的强度

  粉煤灰的粒径变化在0.001~0.3mm之间,但大部分在0.01~0.1mm之间,其比表面积一般在2000~3500cm2/g之间。

  国外有些标准常限制粉煤灰的含碳量(或以烧失量表示)不超过8%~10%。试验证明,即使粉煤灰的烧失量达20%,也能组成强度符合要求的二灰集料(或二灰土)混合料。只有当烧失量超过30%时,混合料的强度才有明显下降,因此,本条对烧失量作了较宽的规定。.

  粉煤灰的含水量不应过大。含水量过大时,粉煤灰颗粒会凝聚成团。用集中厂拌法拌制混合料时,过湿的粉煤灰不易通过下料斗的开口,直接影响预先设置的配合比和拌和机的产量。

  5.2.6关于最大粒径和粒料应尽可能少含或不含有塑性指数的土的原因同本规范条文说明3.2.1条。例如4∶12∶84的石灰粉煤灰碎石(不含土)的最大干缩应变为668μ而4∶12∶60∶24的石灰粉煤灰碎石土(含土24%)的最大干缩应变为1784μ,为前者的2.67倍。

  5.2.7原规范表4.2.4集料颗粒组成范围,主要来源于砂砾,所以5mm以下细集料含量较多。实际应用时,可采用上限、中限或下限作为目标配合比的依据。用碎石集料时,集料中5mm以下细料常较少,可以采用组成范围的下限值设计,并给以一定的波动范围。为便于应用,原规范第6次印刷时,给了一个用于碎石的3号级配,此级配范围的中值就是2号级配范围的下限。本规范为级配碎石集料另列一表,其级配范围与3号级配相同。使用时,宜用中值为目标配合比。

  5.3 混合料组成设计

  5.3.1石灰粉煤灰与粒料之比为15∶85~20∶80时,在混合料中,粒料形成骨架,石灰粉煤灰起填充孔隙和作用。这种混合料称密实式二灰粒料(参看本条文说明3.1.4注①)。

  5.3.1 1原规范规定二灰混合料的强度标准大于表5.3.1中的值。例如,对于高速公路和一级公路,原规范规定二灰混合料7d龄期的抗压强度大于1.0MPa。根据“七·五”期间在河北正定和陕西西安的试验路,虽然所用二灰粒料7d龄期的抗压强度只有0.6~0.7MPa,半刚性路面的整体承载能力(表面代表弯沉值)却不小于强度满足要求水泥粒料半刚性路面。为了充分利用工业废渣粉煤灰,将二灰混合料的标准强度调整成表5.3.1中的值。某些高速公路路段采用了强度偏低的二灰粒料,使沥青面层局部发生了唧浆、早期龟裂和形变,甚至出现坑洞。因此,表5.3.1中的值应作为最低要求。如二灰混合料的强度达不到要求,应添加少量水泥(如1%~2%)。

  由于公路上卡车数量和载质量明显增加,且超载现象严重,所以加一强度标准的高值,它适用于特殊重载交通道路。

  石灰粉煤灰与粒料之比为50∶50左右时,在混合料中粒料形不成骨架,而是悬浮在石灰粉煤灰混合料中,因此常称悬浮式二灰粒料。悬浮式二灰粒料的收缩性大,容易产生干缩裂缝。例如,其最大午缩应变约为密实式二灰粒料的3倍以上。实践证明,在其他条件相同的情况下,悬浮式二灰粒料基层上沥青面层的裂缝较密实式二灰粒料基层上沥青面层的裂缝多很多。试验证明,悬浮式二灰粒料的抗冲刷性能明显次于密实式。因此,在一级公路和高速公路上,应采用密实式二灰粒料,以保证其上沥青面层有较好的使用性能和延长其使用寿命。在缺乏砂石材料地区,为减少远运粒料,可以采用悬浮式二灰粒料,但混合料易产生干缩裂缝,不宜用做基层上层。

  5.3.1 9如二灰粒料的7d龄期抗压强度小于规定的值,也应添加少量水泥以提高混合料的强度

  5.3.3 3同本规范条文说明3.3.3条第3款。

  5.3.3 4同本规范条文说明3.3.3条第4款。

  5.3.3 6同本规范条文说明3.3.3条第5款。

  5.4 路拌法施工

  5.4.6 2同本规范条文说明3.4.9条。

  5.4.6 8对于二灰粒料来说,拌和均匀特别是没有粗集料“窝”(或“带”)是很重要的,粗集料“窝”(或“带”)不能形成整体,其上沥青面层容易产生荷载型网裂,一旦雨水进人,会造成局部早期破坏(唧浆、变形)。因此,在拌和和整形过程中都要注意消除粗细集料“窝”(或“带”)。

  5.4.7 1 (3)同本规范条文说明5.4.6条第8款。

  5.4.7 1 (4)在整形过程中,严禁形成薄层贴补现象。薄层贴补容易脱落和被推移或易被压碎,导致其上面层破坏。因此,不能在表面光滑的低洼处填补新料。

  5.4.9同本规范条文说明3.4.13条。

  5.5 中心站集中厂拌法施工

  5.5.1 (3)为保证拌和机的产量和混合料的配合比,对这三种材料采取覆盖措施,防止雨淋,特别在雨量较多地区的雨季,更需重视。

  5.5.1 (5)同本规范条文说明3.4.10条。

  5.5.3 1二灰稳定混合料是一种缓凝材料,延迟压实的时间稍长对其所能达到的密实度和强度的影响不大,但延迟时间过长仍会明显影响其密实度和强度。因此,摊铺混合料中断时间超过一天后,挖出的二灰稳定混合料不宜再重复使用。

  5.7 养生及交通管制

  5.7.4同本规范条文说明3.6.9条。

  5.8 其 他

  5.8.1同本规范条文说明3.8.1条。

  6 级配碎石

  6.1 一般规定

  6.1.1由各种大小不同粒级集料组成的混合料,当其级配符合技术规范规定时,称其为级配型集料。级配型集料中,没有水泥、石灰等水硬性结合料,也没有沥青,所以在国外常称其为无结合料粒料或无结合料材料。级配型集料中常含有一定数量的细土(指粒径小于0.5mm的颗粒,国外有不少国家常用0.425mm),细土中有时有一定数量的粉粒(粒径小于0.05mm的颗粒,有不少国家用小于0.075mm)和粒(粒径小于0.002mm的颗粒),并具有或大或小的塑性指数。

  6.1.2级配碎石宜用几种不同粒级的碎石组配而成。用做中间层的级配碎石更应用几种不同粒级的碎石组配而成。它能更好地保证碎石的颗粒组成符合规定要求,并达到高的强度和稳定性。

  6.1.4、6.1.5级配型集料包括级配碎石、级配碎砾石(碎石和砂砾的混合料,也常将砾石中的超尺寸颗粒轧碎后与砂砾一起组成碎砾石)和级配砾石(或称级配砂砾)。

  级配型集料可以用做沥青路面水泥混凝土路面的基层和底基层,也可用做路基改善层。在排水良好的前提下,级配型集料可在不同气候区用于不同交通等级的道路上。在潮湿多雨地区使用级配型集料特别有利。

  级配型集料用做路面的不同层次或用于路面中的不同位置,取决于材料本身的特性、材料的质量、气候条件、交通组成和交通量以及每个国家的使用经验。

  一般而言,在路面结构中使用级配集料有三种方法

  1.在轻交通道路上用在薄沥青面层下。几乎所有的国家都采用这种结构

  2.在重交通道路上用在厚沥青面层下。在这种情况下,可能有两种方式:一种是施工质量很好的高质量的级配碎石,直接用在厚沥青面层下作为基层;另一种是施工质量略次的级配集料用于较深的位置,通常用于有结合料基层的下面。

  3.不少国家常将级配碎石用做沥青面层与水硬性结合料处治基层(有的国家称为底基层)之间的中间层,以减轻水硬性结合料处治层的干缩裂缝反射到沥青面层上,即减轻反射裂缝。也有利于排除路面结构层中的水,减少甚至消除基层的冲刷现象。这种路面结构,又常称之为“倒装结构”。用做中间层时,级配碎石中不应加砂或砂砾。

  使用级配型集料的两个决定性因素是施工质量和轴载。当这两个条件有利时,级配碎石即使在薄沥青面层或沥青表面处治下也会工作得很好。当轴载较大时,在某一交通水平以上,这种路面结构就不合适了。

  一些国家使用级配集料做基层时对重车交通的限制列在附表6.1.4中。

  根据一些国家的统计资料,在高速公路和一级公路上,使用级配碎石做沥青路面的基层时,基层上沥青结合料层的总厚度在22~31cm内变化。在英国1987年的新路面设计规范中,沥青混合料层的总厚度达42cm。国外对用级配型集料做的基层或底基层,常称做无结合料基层或无结合料底基层。

  级配型集料还可用做低等级道路上的面层,即用做中级路面。此时,级配型集料中的细土含量和塑性指数都较高。因此,适宜用做面层的级配集料不适宜用做沥青路面水泥混凝土路面的基层和底基层。

  细土含量和塑性指数都较高的级配型集料虽然可以用做中级路面,直接承受行车荷载的作用,但考虑到过一定时间后;中级路面会被改善成沥青路面,为了避免在铺筑沥青面层时,将原中级路面挖翻处治(在我国以往常用石灰),对于中级路面也宜采用本规范规定的级配集料做承重层。另外采用细土含量和塑性指数都较高的细级配集料做磨耗层,例如,砂土磨耗层、细砂砾磨耗层或细碎石磨耗层等。

  附表6.1.4使用级配型集料层的限制

  就力学性质和稳定性而言,级配碎石是级配集料中最好的材料,也是无结合料材料中最好的材料;级配砾石则是级配集料中最次的集料;级配碎砾石则处于前两者之间。级配碎石可用做高速公路和一级公路路面的基层,级配碎砾石可用做一般道路路面的基层,级配砾石可用做轻交通道路路面的基层。

  决定级配集料层力学性质的主要参数是弹性模量(或回弹模量)、抗剪强度和抗永久形变能力。级配集料层的理想性质是,它应有高的劲度(相当于弹性模量),以提供良好的荷载分布性质;应该有高的抗剪强度,以减轻车辆(包括施工车辆)作用下的辙槽;应该有高的透水性,以使进入的自由水能快速排出:其中细土应该没有塑性,以保证良好的水稳性,并应该是无冰冻敏感性。

  决定级配集料层力学性质的参数主要与集料的摩阻作用、嵌锁作用作用有关。摩阻作用本身则与所产生的应力以及颗粒接触面上能达到的摩阻力有关。应力与集料层的密实度和所处的位置有关,而集料层的密实度则与颗粒的级配和形状有关。颗粒接触面上能达到的摩阻力与颗粒的强度和颗粒的表面纹理有关。

  影响级配集料结构层力学性质的其他重要因素有集料的含水量、加工和摊铺集料的均匀性、碾压密实度以及下承层的承载能力。

  级配集料的强度和抗形变能力与集料的类型(指碎石、碎砾石或砾石)、集料的级配,特别是其中的最大粒径、集料中5mm以下颗粒的含量、集料中小于0.075mm的颗粒含量有关。而其水稳性和冰冻稳定性又与0.5mm以下颗粒的含量及其塑性指数有关。此外,这类材料的劲度、强度、抗形变能力和稳定性都与集料的密实度成正比。

  在实际工作中,对于级配集料,主要要控制颗粒的级配组成,特别是其中的最大粒径,5mm以下、0.5mm以下和0.075mm以下的颗粒含量以及塑性指数。同时,在施工中要严格控制级配集料的均匀性(它包括级配组成和含水量)和压实度(或密实度)。

  澳大利亚维多利亚州约有70%的沥青路面是级配碎石基层上铺筑沥青表面处治,这种路面结构不单在一般干线公路上用,甚至在墨尔本至悉尼的高速公路的郊外路段上也用,有的路段已使用了8~9年,使用性能仍然很好,路面平整无形变。通常,每过8~9年再做一次封层(单层表面处治),以恢复表面的抗滑性能。维多利亚州公路局称这种路面为“重负荷的柔性路面”。

  在维多利亚州,在单向一个车行道上的标准轴载(80kN)数为1000~1500(包括上述高速公路的郊外路段)的公路上常采用这种路面结构。在设计期为30年、累计标准轴次为2×107~3×107的公路上,采用的典型路面结构是总厚570mm,包括2×100mm(两层,每层厚l00mm)高质量中粒式级配碎石、2×100mm质量较次的中粒式级配碎石、170mm可挖掘压碎的软质石料(无严格的级配要求)垫层,见附图6.1.5-1。

  他们总结这种路面结构有两个优点:一是初期费用低,只有“碎石基层、沥青混凝土面层”结构的70%;二是路面结构中的材料不遭受疲劳。

  要做好这种路面,在设计和施工两方面都要做好,特别是施工十分重要。根据他们的经验,如何保证级配碎石的级配和塑性指数符合要求,如何保证拌和均匀、含水量合适和均匀,摊铺均匀以及压实到规定的密实度,是施工过程中的几个重要环节,也是保证这种路面结构具有良好使用性能和长期使用寿命的重要环节。

  他们认为,注意横断面设计、排水设计和材料选择,以预防水进入或滞留在路面结构层内,可以明显提高路面的使用性能和延长其使用寿命。

  高速公路和一级公路采用的典型横断面(一个方向)如附图6.1.5-2。

  在此路面上的加速加载试验表明,随作用次数增加,弯沉值渐趋稳定,大致与初期弯沉值相同,见附图6.1.5-3。

  用级配碎石做薄或较薄沥青面层与半刚性基层之间的中间层在国外常称做“倒装结构”或夹层式路面。这种结构在美国、澳大利亚、南非等使用较为普遍。由于此中间层能减少半刚性基层裂缝向上反射,所以级配碎石中间层又称应力消减中间层。在南非的高等级公路上常用的路面结构为5cm沥青混凝土面层、15cm级配碎石中间层、30cm水泥碎石基层和路基改善层,并认为这种路面结构能承担12×106~50×106标准轴次。在南非的一般公路上,在15cm级配碎石中间层上只做3cm沥青面层。

  南非一国际机场预计通行波音747超级B飞机500000次,该飞机最大质量336500kg,起落架上每个主要轮胎上的荷载约220kN,轮胎接触压力为1.463MPa,一个轮胎着地面积当量圆的半径为21.88cm,采用的路面结构为7cm沥青混凝土面层、l0cm级配碎石中间层、30cm水泥碎石基层、45cm水泥碎石底基层,此路面经过用荷重200kN的飞机轮胎做加速加载试验,作用100000次,除产生6mm辙槽外,无其他损坏现象。

  美国维吉尼亚州多年来将夹层式路面结构作为其主要路面结构之一。它包括160mm水泥土或水泥砂砾底基层、100~200mm集料基层和l00mm及l00mm以上的沥青混凝土面层。

  1988年10月建成的京石高速公路正定试验路中有三段采用了级配碎石中间层,沥青混凝土面层的厚度两段为6cm,一段为9cm,级配碎石中间层厚l0cm,二灰碎石或水泥碎石基层厚l0cm,石灰土底基层,路面总厚度为63cm,1992年3月测得此三段的路表平均弯沉值分别为0.14mm、0.16mm和0.21mm,其他路段最大弯沉值为0.19mm,17个路段中弯沉值大于0.14rmn的有6个。可见级配碎石中间层并没有明显增大路面的弯沉值。加速加载试验证明,6cm沥青面层、l0cm级配碎石中间层这种夹层式路面的抗永久形变能力大于15cm沥青面层、12cm水泥碎石基层和36cm石灰土底基层这种半刚性路面

  6.1.6同本规范条文说明3.2.1条。

  6.1.7 (6)每层压实厚度15~18cm是从一般要求出发考虑的。由于材料层压实后,其密实度总是上部大、下部小,有时上下部的压实度可能差8%~10%,为达到高的压实度,宜将一次压实厚度减小。本条文说明6.1.4条所述澳大利亚维多利亚州的双层表面处治级配碎石路面施工时40cm厚级配碎石分四层施工,每l0cm一层。他们采用级配碎石的标称最大粒径19mm,19~26.5mm(方孔筛)颗粒的含量为0~5%,采用集中厂拌法拌制不同粒级的碎石和用摊铺机摊铺混合料,用振动压路机压实,所得级配碎石层质量相当均匀,其平均压实度达到102%,标准差为2%。

  6.2 材 料

  6.2.5各国对级配集料中粒径小于0.5mm的颗粒含量的规定有很大差异,前苏联规定的含量最少,小于15%,有的国家多达40%。这种细土的液限和塑性指数对级配集料的水稳性有很大影响。液限和塑性指数愈大,集料的水稳性愈不好。用不同塑性指数的0~40mm的相同级配的集料,在最佳含水量下用重型击实试验法制成的试件,经浸水96h后进行承载比试验,试验结果见附图6.2.5。由图中可以看到,虽然各个试件集料的级配相同,仅小于0.5mm颗粒的塑性指数不同,少量塑性细土对集料的承载比产生了很明显的影响,塑性指数愈大,承载比愈小,或水稳性愈不好。

  试验证明,级配集料中加入少量塑性细土,不单要降低级配集料的承载能力,而且要降低级配集料的刚性和抗形变能力,使得级配集料在相同荷载作用下产生较大的形变。因此,使级配集料基层的塑性指数降到0,可以明显地减少塑性形变或辙槽。在实际工作中,对于级配碎石以及无塑性指数的级配砾石,除严格掌握其颗粒组成外,不应向其中添加任何塑性土。

  各国丰富的实践经验证明,级配集料用做沥青路面的基层时,必须严格控制其液限和塑性指数。凡级配集料基层的塑性指数超过一定数值的路段,沥青面层往往过早破坏。在不同情况下的低塑性的级配集料基层经常使用得很好。限制级配集料中细土的液限和塑性指数,是为了在集料的含水量增加时,仍能保持集料有足够的强度。一般说来,同样用做基层的级配集料,在冰冻地区和非冰冻地区,在潮湿地区和干旱地区,对于其中细土的液限和塑性指数的规定可以有所不同。最先由美国和欧州国家(主要是冰冻地区)对这两个指标作了规定,一般要求液限不大于28%,塑性指数不大于6。但是,近30年来,随着交通量的发展,对用做沥青路面基层的级配集料的塑性指数的规定渐趋向于更严格。例如,有的国家已规定基层级配集料的塑性指数不大于3或4,甚至有的主张级配集料最好是无塑性的。例如,1986年英国运输部的规范《新路面结构设计》中,对用做柔性路面和半刚性路面底基层的级配集料,规定应是无塑性的。

  实践证明,如级配集料的塑性指数偏大,可以控制塑性指数与0.5mm(或0.425mm)以下颗粒含量的乘积不超过一定数值,以保证级配集料的稳定性。对于这个乘积,不同国家有不同的规定。本规范规定:在年降雨量小于600mm的中干和干旱地区,地下水位对土基没有影响时,乘积不应大于120;在潮湿多雨地区,乘积不应大于100。

  6.2.6级配碎石用作中间层很有利于减少其上沥青面层的裂缝。级配碎石中间层成功的关键有两条:一是要严格掌握碎石的颗粒组成,使其符合要求且含水量合适并拌和均匀;二是要碾压到高密实度。符合6.1.1条的级配碎石,用振动压路机碾压,不难达到100%压实度。

  原规范中还列有固体体积率的要求,考虑到级配碎石可以通过击实试验来确定其标准干密度,而在压实度与所定固体体积率之间又无等同关系,因此在本规范中不再并列固体体积率。

  6.3 路拌法施工

  6.3.2 1级配集料(含未筛分碎石)底基层不宜做成槽式,宜做成满铺式,以利排除进入路面结构层的水。否则两侧要设纵向盲沟。

  6.3.4 1在石屑的颗粒组成符合0~l0mm的情况下,通常未筛分碎石与石屑的配合比为65∶35~60∶40,但不同料场的石屑可能差别较大,有的石屑的最大粒径甚至达25mm。

  6.3.5 4碎石集料不宜过早运送到路上。原先含水量合适的集料过早运到路上,水分会蒸发,集料变干。在雨季施工时,碎石过早堆放在路上,下雨时,料堆会变成滞水堆,使堆下下承层的含水量明显增大,影响下承层的强度均匀性,在尔后的施工碾压过程中,甚至会产生局部弹软现象。

  6.3.5 8未筛分碎石一定要在较潮湿情况下才能往上铺撒石屑,否则一旦开始拌和,石屑就会落到底部。

  7 级配砾石

  7.1 一般规定

  7.1.3同本规范条文说明6.1.4和6.1.5。

  7.1.5同本规范条文说明6.1.7(6)。

  7.2 材 料

  7.2.1同本规范条文说明6.1.6条。

  7.2.3同本规范条文说明6.2.5和6.2.6。

  7.2.4由于级配砾石的颗粒形状、颗粒组成和塑性指数的变异性较大,其强度的变化也可能较大,因此,在确定使用前,必须做承载比试验。国外对无结合料粒料基层材料要求其承载比最低为80%,有的国家为100%。由于以前定此标准时,试件是采用轻型击实试验法制作酌,而现在试件采用重型击实试验法制作,同样材料的承载比可增加1倍以上。因此,将原规范中的承载比l00%改为160%。

  7.3 施 工

  7.3.2同本规范条文说明3.4.2条。

  8 填隙碎石

  8.1 一般规定

  8.1.1、8.1.3、8.1.4和8.1.5 50年代前盛行的嵌锁型碎石基层,是用筛分成几种不同规格的大、中、小单一尺寸碎石分层摊铺、分层碾压而成的。通常首先铺大碎石,大碎石经碾压稳定后,撒铺嵌缝碎石,继续碾压稳定,然后再撒铺小碎石,并碾压稳定。我国某些地区使用的干压碎石或水结碎石也属于这种类型。

  国外常使用另一种嵌锁型碎石基层,它使用单一尺寸的粗碎石,例如20~40mm、25~50mm或30~60mm的碎石作主骨料,经初步碾压稳定后,撒铺0~5(或10)mm的石屑,并用振动压路机碾压,籍振动压路机的振动力使石屑填塞到主骨料的孔隙中,直到把孔隙填满为止。这种型式的碎石结构在国外称干结碎石。最后碾压时,采用湿法施工的,称水结碎石。这两种类型的嵌锁型碎石,本规范统一称之为填隙碎石。

  填隙碎石的强度主要依靠粗碎石间的嵌锁作用。用石屑或相当的天然砂砾和粗砂填塞粗碎石间的孔隙,使其变成一种密实结构,进一步增加其强度和稳定性。

  实践证明,靠使用两种分开的不同尺寸的集料,可使堆放和运输过程中的集料离析现象降到最小。填隙碎石的稳定性靠专门的压实得到保证。压实良好的填隙碎石的密实度通常约为固体体积率的85%~90%。填隙碎石的密实度和强度与良好的级配碎石相同。作为中等交通道路,甚至重交通道路沥青面层的基层,它与级配碎石一样可具有良好的效果。

  填隙碎石层上不能直接通车,它上面必须有面层。填隙碎石基层质量好坏的两个关键是:从上到下粗碎石间的孔隙一定要填满,也就是说,达到规定的密实度非常重要;表面粗碎石间的孔隙既要填满,填隙料又不能覆盖粗碎石而自成一层,表面应看得见粗碎石,粗碎石的棱角可外露3~5mm。后一点对薄沥青面层非常重要,它可保证薄沥青面层与基层结良好,避免薄沥青面层在基层顶面发生推移破坏。

  如面层为沥青表面处治,在轧制面层用料时,产生两种筛余料:一种是粗的,如粒径25~50mm的粗碎石;另一种是细的,通常是粒径5mm或3mm以下的石屑。这两种筛余料正好用于铺筑填隙碎石基层。粗碎石用作主骨料,石屑用作填隙料。因此,面层为喷撒型沥青表面处治,基层为填隙碎石时,碎石机轧制的全部粗细集料都可得到充分的利用。

  由于干法施工填隙碎石不需要用水,在缺水地区,采用这种基层结构,特别显示其优越性。

  填隙碎石的主要缺点是,潮湿的填隙料实际上不可能靠振动压路机将孔隙填满。如企图用过多遍数的振动碾压使潮湿填隙料下移,往往可能使主骨料浮到填料层上并严重丧失稳定性。

  8.2 材 料

  8.2.2用漂石轧制碎石时,漂石的粒径应为所需碎石最大粒径的3倍以上,是为了增加碎石的破裂面,从而提高内摩阻角。

  8.2.4表8.2.4为适用于表8.2.3中2号和3号碎石的填隙料,标称尺寸为5mm。标称尺寸l0mm的石屑,最大粒径可到15mm。

  8.3 施 工

  8.3.2同本规范条文说明7.3.2。

  8.3.6 1使下层表面粗粹石外露5~l0mm,再铺筑上一层,可以使上下层良好的结合在一起,不会产生分层现象,有利于提高整个填隙碎石的力学性能

  8.3.6 2在马来西亚曾有利用大雨将填隙料填满孔隙的成功报导,并报导实际碎石基层中的孔隙小于所预料的。

  9 质量管理及检查验收

  9.4 质量管理

  9.5 检查验收

  9.4.2、9.4.3、9.5.5和9.5.7由于路基和路面各个结构层的材料(含混合料)、施工工艺以及测量仪器和试验方法等多方面的原因,竣工的路基和路面各个结构层以及路面整体都是不均匀的。因此,工程质量控制的各个指标的实际(或观测)值都有变异性。有的指标变异性小,有的指标变异性就相当大。同一个指标的观测值的变异性也会随生产设备的改进而降低。变异性小表示质量比较均匀或不均匀性小,变异性大表示质量的不均匀性大。

  如果质量是绝对均匀的,质量检验就非常简单,只要检验一次就足够,所得的一个观测值也足以代表某项产品的质量,但实际上不存在这种情况。任何产品质量都是不均匀的,特别是路基路面工程质量的不均匀性更大。质量不均匀、有变异性,就给质量管理和检验带来了一系列重要问题。例如,进行质量检验或做某项试验时,到底需要检验多少次或做多少个平行试验,所得观测值才具有代表性。如果仅做1、2个或少数几个检验,检验结果必然带有偶然性而无代表性。显然,不均匀性或变异性越大,所需要检验的数量越多。

  在工程质量管理和质量检验中,经常遇到的另一个很重要的问题是如何利用若干次试验的结果来评定某一质量指标是否符合要求技术规范对不同的质量指标所做的规定是不相同的。例如,对于路面材料强度,如水泥混凝土抗折强度抗压强度或各种水硬性结合料稳定材料抗压强度等,常规定一个作为低限的设计标准值,而把小于设计值的强度看作是不符合要求的;对于路面,通常规定有容许弯沉值,而把此容许弯沉值看作是路面弯沉值的高限;对于某个指标可能规定一个容许误差,例如±0.3%或-5~+15。在某些情况下,规范规定质量检验指标的均值或甲方仅对某质量指标的均值提出要求;在另—些情况下,也可能对某一指标在总体中的不合格率(或称缺陷比例)作出规定。在实际工作中,对某些质量指标(例如弯沉值)的测点个数可能较多,而对另一些质量指标的检验个数可能较少,因此,需要针对不同的情况,拟定相应的质量评定方法,并将不同的评定方法进行公式化。

  1.抽样检验

  抽样检验时需要知道某个指标的观测值的分布形式,而分布形式需要由较多的试验数据来判断和检验,但是,从实用观点,路面材料性质的观测值可认为是符合正态分布(或对数正态分布),因此本规范规定的不同评定方法都以正态分布为基础

  2.变量观测值或试验结果的波动范围

  对某一变量的样本进行n次观测后,可以得到此变量的平均值(样本均值) 和标准差(样本标准差)S:

  (1)

  (2)

  利用样本的均值壬和标准差S可以估计总体的均值μ和标准差σ。

  由于观测次数n(抽样观测或室内试件的试验数量)通常是有限的,如反复进行观测或试验,所得的结果完全可能超出原先n个观测值的变化范围。利用样本均值 和样本标准差S,可以计算出不同概率下观测值的波动范围,也就是观测值将以某一概率落在所定的范围内。波动范围分为双边和单边两类。

  (1)双边波动范围

  双边波动范围由公式(3)求出:

  ≤X≤ (3)

  式中: ——与规定概率有关的正态分布表中的分位值,例如当概率为90%(即α=10%或0.10)时,Z0.05=1.645;当概率为95%(α=5%或0.05)时,Z0.025=1.96%。

  观测值或相同条件下的试验结果将以给定的概率落在公式(3)所限定的范围内。式(3)左侧决定范围的下限,称(双边)波动下限;右侧决定范围的上限,称(双边)波动上限。观测试验值落在上限和下限外面的概率相等,各为α/2。

  (2)单边波动范围

  单边波动范围有两种情况,一是限定下限直到正无穷大的范围;另一是限定上限直到负无穷大的范围。这两种情况的界限分别称(单边)下波动限和(单边)上波动限。

  单边波动范围(下限) X> (4)

  单边波动范围(上限) X< (5)

  式中:Zα——与规定概率α有关的系数,当概率为90%(即α=0.10)时,Z0.10=1.282;当概率为95%(即α=0.05)时,Z0.05=1.645。

  观测值或相同条件下的试验结果将以给定的概率落在下波动限(当限定低值时)或上波动限(当限定高值时)之内。落在外面的比例为α,就评定质量而言,也就是质量达不到要求的比例或称缺陷比例,亦即不合格品比例。

  假定对某一质量指标已经规定了一个低限L,并规定了缺陷比例P,则抽样检验或试件试验结果如能满足评定标准(1)的要求,则这批产品或这种混合料就可以接收,否则就不接收(拒收)。

  ≥L 标准(1)

  式中:ZP——正态分布表中与规定概率或缺陷比例有关的分位值,也就是观测试验结果的下波动限应该大于规定的低限。

  一些规范验收评定标准常根据规定强度采用标准(1)来设计水硬性结合料稳定材料水泥混凝土材料的组成。例如,本规范规定用做高速公路路面基层的水泥粒料的标准强度为R7=3MPa,同时要求n个混合料试件的平均抗压强度 ≥Rd/(1-ZαCV),并采用Zα=1.645。也就是要求这种混合料的抗压强度有95%概率大于3MPa,强度小于3MPa的概率只有5%,或这种混合料的缺陷(不合格品)比例只有5%。

  如果对某个质量指标规定的不是低限而是高限U,则试验结果应该满足评定标准(2)的要求

  X+ZpS≤U 标准(2)

  也就是观测试验结果的上波动限应该小于规定的高限。

  路基路面的弯沉值检验或测定,通常用上波动限来确定代表弯沉值 ,并使代表弯沉值小于设计弯沉值 (未计季节系数等),即

  ≤

  对于高速公路的路面,国内外常采用Zα=2,此时,将有97.7%路面的弯沉值小于 。只有2.3%的路面的弯沉值大于 。也就是路面的缺陷(或不合格)比例只有2.3%o

  如果对某个质量指标规定了高限U,又规定了低限L,而且规定超出U的缺陷比例与低于L的缺陷比例相等,则观测试验结果的波动上限应该小于U,同时其波动下限应该大于L,也就是应满足标准(3)的要求(双边):

  ≤U

  ≥L 标准(3)

  式中:ZP/2——正态分布表中与规定概率或缺陷比例有关的分位值。

  如果规定超出U的比例为P1,而低于L的比例为P2,则检验结果应该满足标准(4)的要求

  ≤U

  ≥L 标准(4)

  例如,我国《沥青路面施工验收规范》(GB50092)中规定沥青混合料中沥青含量的容许误差为±0.5%,如沥青的设计用量为6%,则沥青混合料中沥青的容许上限为U=6.5%,容许下限为L=5.5%。规范同时规定 ≥L, ≤U,也就是沥青含量应有95.4%的概率位于5.5%~6.5%之间。沥青含量大于U或小于L都被认为是不合格的(实际上,大于U和小于L的沥青含量都各有2.3%)。

  上述从标准(1)到标准(4)的评定方法的精度与总体参数的估计有关。因此,为了有效地使用上述诸标准,需要试件或测点数n足够大,以减少总体缺陷估计值的误差。通常要求n>30。如果总体分布偏向于均值的右侧或左侧,则总体缺陷估计中的误差可能导致接收质量较次的产品或拒绝接收质量较好的产品(与由ZP和L或U确定的要求质量相比)。因此,在采用这种评定标准时,保证指标观测值分布的正态性变得更为重要。

  对个数n相对小(例如小于30)的情况,有的学者建议采用t公布表中的tP或tP/2代替上述4个标准中相应的ZP或ZP/2,即标准(1)到标准(4)将分别变成:

  ≥L 标准(1′)

  ≤U 标准(2′)

  ≤U

  ≥L 标准(3′)

  ≤U

  ≥L 标准(4′)

  如果样本参数能满足上述标准,就接收,否则就拒绝接收。

  在上述两类接收标准中,分位值ZP仅与缺陷比例P有关,tP则与P和n有关。在有的文章中称这两个值为接收常数或标准差的乘数。

  标准(1′)~(4′)中的tP值(P不变时)随n的增大而减小,并逐渐与ZP值接近。当n>30后,tP值与ZP值之差就不很明显了。也就是观测试验个数愈多,接收常数愈小(同一概率情况下,n愈大tP值愈小,直到与ZP值相等)。

  3.平均值的置信区间

  实际抽样检验或制备试件进行某种试验的个数n总是有限的,因此,一次抽样检验所得的均值不会等于真值,在同一总体中重新抽取k次样本所得的k个均值,相互间都会有一定的差异。试验和理论都已证明,样本均值的频度分布曲线为对称的钟形曲线,也按正态分布或t分布。一次抽样检验的样本均值会以一定的概率在某一范围内变化,或者说,根据此均值可以给出两个界限,使此两界限以一定的概率包括真值在内。这两个界限所包括的值的范围称为平均值的置信区间。平均值的置信区间有双边的也有单边的。

  (1)双边置信区间

  双边置信区间用公式(6)计算:

  ≤μ≤ (6)

  式中: ——算术平均值的标准差,或称标准误差;

  ——t分布表中与观测个数n和置信度α有关的分位值。

  式(6)的左侧限定双边置信区间的下限,可简称置信下限;右侧限定双边置信区间的上限,简称置信上限。

  (2)单边置信区间(参看注①)

  限制下限时,μ> (7)

  式(7)右侧可称下置信限。

  限制上限时,μ> (8)

  注:①指标准差未知情况。如已知标准差或n大,在式(6)~式(8)中用 或 代替 或 。

  如果对某项指标要求其均值符合规定标准(此时指标的各观测值会有50%大于均值和50%小于均值),则也有以下两种情况:

  ①要求限制的是平均值的低值 ,此时

  ≥ 标准(5)

  也就是观测试验结果平均值的下置信限应该大于规定的平均值下限。

  在本规范中,对压实度的检验就采用了标准(5)的评定方法。例如,规定路基的压实度为95%,对压实度检验n次后,如统计结果满足 ≥95%,则压实度就可判为合格,否则就不合格。

  ②要求限制的是平均值的高值 ,此时

  ≤ 标准(6)

  如果对某项指标要求检验其均值(或把设计标准作为均值),并规定一个接收低限LL和一个接收高限UL,在此情况下,评定方法应以标准(7)为基础

  LL≤ ≤UL

  或 ≥LL

  ≤UL 标准(7)

  在此我们可以看到,在采用平均值的置信限评定检验结果时,仍会有20%~40%的单个检验值小于规定的低限或大于规定的高限,也就是缺陷比例仍可达20%~40%。

  以标准(6)为例,如n=9,α=0.05时, =1.860, =0.62,标准(6)的左侧就变为 +0.62S,此式相当于上波动限(标准(2)),按正态分布表,系数0.62相应的概率为0.7324,即超出此波动限的单个检验值将达26.76%。α=0.05,不同n时,单个检验值超过此界限的百分率如下:

  n 6 9 12 16 20 25 40

  0.823 0.620 0.518 0.438 0.387 0.342 0.263

  相应概率 0.7947 0.7324 0.6978 0.6693 0.6506 0.6338 0.6037

  超出百

  分率(%) 20.53 26.76 30.22 33.07 34.94 36.62 39.63

  如用α=0.10,则超出百分率将更大。

  本规范对压实度检验,采用观测值的下置信限(标准(5))作为衡量标准,实际上是采用平均值来衡量。

  为什么采用平均值而不用单个观测值来衡量呢?有的国家曾采用单个观测值衡量,我国前《公路工程质量检验评定标准》也是采用单个观测值衡量的,而且不允许出现小于规定值的观测值,一旦出现一个,即认为是不合格。也就是采用观测值的下波动限衡量(标准(1)),而且要采用相当于3倍标准差的概率,即 -3S大于等于规定值。因为只有在此时,才能说不会有小于规定值的观测值。根据实际观测,施工质量好的路基压实度的偏差系数CV,约3%,一般CV为4%,有时甚至超过5%。标准(1)可变换为式(9):

  ≥规定值 (9)

  如采用 =2, =0.04和压实度规定值置Kd=93%,则

  ≥93%(1-2×0.04)

  ≥101.1%

  也就是说,如平均压实度达到101.1%,则观测值大于93%的概率是97.7%,此时观测值还有2.3%的可能性小于93%,或还可能有2.3%的观测值小于95%。如果检查时恰巧碰上一个小于93%的点,则就会被判为压实度不合格。要想不会碰到小于93%的点,则就要用 =3,此时

  ≥93%(1-3×0.04)

  ≥105.7%

  也就是说,只有压实度的平均值达到105.7%,才能保证路段上不会有小于93%的值。如Kd=95%,则 要大于或等于108.0%,才能保证路段上不会有小于95%的值。

  以上是CV=4%的情况。如路基施工质量不大好,CV=5%,则Kd=93%时相当于 =2的 ≥103.3%,相当于 =3的 ≥109.5%。显然,要求平均压实度达到这样高是不可能的。例如,前苏联一干线公路施工中得出压实度的平均值为95.5%~98.9%,最大标准差4.2%~6.0%,约有40%~50%的测点不符合技术规范要求。根据前民主德国1972年的公路调查资料,整理得路基压实度的统计特性列在附表9-1中。

  附表9-1前民主德国路基压实度的统计特性

  实 际 观 测 值

  满足要求的试验点(%)

  应该说,附表9-1中相应的路基施工质量是较好的,因为它的偏差系数只有1.34%。

  又如,1980年交通部公路科学研究所与广西玉林公路总段合作铺筑的一段2m高的试验路堤,施工时分10层施工,每层20cm,在施工过程中分层检查了压实度,现将上部6层的检验结果列在附表9-2中。

  附表9-2玉林试验路堤的压实度统计特性

  该段路堤竣工后,用后轴重100kN的黄河车测得平均回弹弯沉值为0.77mm,97.7%概率的代表弯沉值为1.02mm。用直径304mm承载板测得的回弹模量平均值高达127MPa。应该说,这段路基的压实结果是满意的。但从附表9-2中可以看到,该段各层压实度的平均值是93.38%~95.60%。综合在一起看,162个观测值的平均值为93.93%,下置信限为93.46%,达到要求压实度93%的要求。在这162个测点中压实度小于90%的测点有14个,其中89%的点6个,88%的点2个,87%的点4个,86%的点2个。按表中值推算,小于93%的测点应占40.07%,实际检查得92%以下的点占34.6%。可以说,数理统计的推断结果与实际检查结果很接近。

  为什么不直接用平均值衡量而要用平均值的单边下置信限衡量呢?由于每次检验不可能测很多点,一人根据少数测点算得的平均值与另一人再去检验一些点算得的平均值不可能相同。如施工单位检验得的平均值合格,监理部门检验得的平均值不合格,就会产生矛盾,发生问题。而发生这种问题的可能性达50%。为了避免产生这种矛盾,本规范采用平均值的下置信限衡量。如采用95%的置信水平,则不管谁来检测,所得的平均值将有95%的概率在所定下置信限之上,发生矛盾的可能性最多只有5%。

  9.4.4多条高速公路的实践证明,质量符合要求水泥碎(砾)石基层养生3d后,无论用进口或国产路面钻机都能取出完整的钻件。

  通过对多条已通车高速公路沥青路面的调查表明,面层的局部网裂、形变,甚至坑洞常与基层不成整体有关。检查基层整体性的最好办法是取钻件。

 
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