京津塘路面芯样回弹模量试验的问题浅析1.doc
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1、精品论文大集合京津塘路面芯样回弹模量试验的问题浅析1张艳红1 ,王晓帆21.长安大学公路学院,西安 (710064)2.中交一公局公路勘察设计院有限公司,北京(100024)E-mail: ; 摘要:路面现场钻取芯样的抗压回弹模量是改扩建工程设计的一个重要参数。结合京津塘高速公路改扩建工程的需要,对现场钻芯先进行切割处理后,在室内采用路强仪测其模量值。 结果发现,钻芯抗压回弹模量试验与室内试验的的结果存在一定的差异性和特殊性,结合试 验方案,提出了目前钻芯的模量试验存在的不足及改进意见,以期对改扩建工程设计提供更 好的依据。关键词:京津塘;改扩建工程;路面芯样;抗压回弹模量;单轴压缩实验0 引
2、言随着经济的不断发展,某些早期修建的高速公路已不能满足交通需求,需要扩大通行能 力,增加车道数,对旧路进行改扩建设计,例如京津塘、沈大等高速公路。本文的研究即依 托于京津塘旧路改扩建工程。在道路改扩建工程中,旧路路况评价是其首要环节,是改扩建 工程设计的重要依据之一。其中,沥青混合料的抗压回弹模量作为路面结构设计的一个重要 参数,不仅能反映路面使用性能的衰减状况,并可为路面的改扩建设计提供重要依据35。 与室内成型的试件有所不同,试验材料的来源是通过在旧路上不同路段钻取芯样,以期得到 路面运营多年后各结构层的抗压回弹模量值。然而,现有研究多集中于对室内及现场回弹模 量的讨论4,对旧路芯样的实验
3、及理论研究较少。因此,本文结合京津塘项目的需要,通过 对现场钻取的芯样测定抗压回弹模量值,发现了芯样抗压回弹模量实验与现场测试回弹模量 及室内成型试件的回弹模量实验的差异性及特殊性,同时也提出目前该类实验存在的问题及 解决方法,以期为改扩建工程设计提供参考及依据。1 京津塘路面芯样抗压回弹模量试验方案由于是旧路上采集的芯样,因此不能采用适于在现场测试回弹模量的承载板法及贝克曼 梁法,亦不能采用适合于路基材料回弹模量测试的承载板法及顶面法。本文根据公路工程 沥青与沥青混合料试验规程(JTJ 052-2000) T073-2000 中的试验要求进行沥青混合料单轴压 缩试验 1 ,试验仪器采用路面材
4、料强度试验仪(如图 1)。试验温度采用 20,加载速率为2mm/min。1.1 试验用芯样本次实验的试件为京津塘高速公路部分路段现场钻取的芯 样,直径为 150mm。基于不同路段的加铺养护状况不同,因此 各段落的芯样高度差异较大。而单轴压缩试验中要求的试件尺 寸为直径 100mm2.0mm,高 100mm2.0mm1,与现场钻取芯样 的尺寸存在较大差异,须按拟定项目要求及实验计划对芯样进 行切割及处理。图 1 路面材料强度仪1本课题得到京津塘高速公路改扩建工程的资助。- 6 -1.2 试件切割方案由于现场芯样是从旧路上用钻芯取样机取得,不同于室内成型的试件,其尺寸受多种因 素影响及控制,未能满
5、足试验规程1要求的尺寸,此外,由于芯样各结构层厚度存在差异性, 若将试件各结构层切割后单独进行实验,实验将没有可比性,且单层结构层(尤其是上、中 面层)的高度较小,试验的实际可操作性较低。因此,为了使试验结果更具有可比性,也为 了提高实验的可操作性,将芯样切割成全厚、上中结构式及单独结构层三种类型,其中“全 厚式”芯样高度为 15 cm ,上中面层结合式芯样高度为 15cm 或 10cm,而单独结构层式芯样则 选择具有代表性的较高的芯样,各层厚度为 610 cm。需要说明的是,由于切割试件时尺 寸存在一定的偏差,故试件的实际高度在一定范围内稍有浮动。1.3 试验方法由于芯样数量有限且其混合料类
6、型各不相同,因而在实验前未按规程要求先将芯样加 载至破坏读取峰值,而是按保守经验值进行逐级加载卸载,记录每级回弹变形直至数据满足 要求。一般按每级 46KN 逐级加载,分七级进行加载,以便后期按试验规程要求对数据进 行处理。2 试验结果2.1 试验数据该高速公路全线共分为五个段落,按试验规程要求对数据处理后,现将各段的代表芯样 的回弹模量计算结果列出如下表 1 所示。表 1 芯样回弹模量计算结果汇总试验段落试验编号试件直径/mm试件高度/cm试验层次抗压回弹模量/Mpa北京115010.5下743.04廊坊215全厚878.25天津西 1315全厚877.98415.6全厚812.52515.
7、3全厚1191.4266.1上330.16715全厚615.55814.8全厚500.77天津西 2915上中合870.19107.4上456.99116.2中307.65126.1下325.411310.3下453.94天津东1415.2全厚1093.771510.5全厚628.271610.5上中合594.51710.2全厚504.49189.5下481.141910.2中472.182010.2下467.312.2 数据处理为了提高数据的准确性及科学性,对表 1 中的可疑数据应该用数理统计的方法判别其真 伪,并决定取舍。常用的方法有拉依法、肖维纳特法、格拉布斯法等4。本文采用较为常见 的
8、肖维纳特法。2.2.1 肖维纳特法简介11进行 n 次试验,其测量值服从正态分布,以概率2n设定一判别范围( kn Sk , kn S ),当偏差(测量值 xi 与其算术平均值 x 之差)超出范围时,就意味着该测量值 xi 是可疑的,应予舍弃。 判别范围由下式确定:1 = 1 knnt 2e 2 dt2(式 1)2 kn式中: kn 肖维纳特系数,与试验次数 n 有关,可由正态分布系数表查得,见表 2。表 2 肖维纳特系数nknnknnknnknnknnkn31.3881.86132.07182.20232.30502.5841.5391.92142.10192.22242.31752.715
9、1.65101.96152.13202.24252.331002.8161.73112.00162.15212.26262.392003.0271.80122.03172.17222.28272.495003.20因此,肖维纳特法可疑数据舍弃的标准为:xi xS kn(式 2)2.2.2 数据处理结果本研究采用肖维纳特法,对表 1 的试验数据进行处理后,得到京津塘旧路面抗压回弹模 量的综合评价表,见表 3。表 3面层抗压回弹模量综合评价评价段落试件直径(mm)试件平均高(cm)试验层次抗压回弹模量(Mpa)北京15010.5下743廊坊15015全厚878天津西 115016全厚8006上33
10、0天津西 21507.4上4576.2中3086.1下32515上中合870天津东15010.2中4719.5下46710.5上中合59410全厚50415全厚10943 试验结果分析由表 3 可以看出,“全厚式”(试件高度 15cm)芯样及“上中结构式”芯样的抗压回弹模量值 普遍较大,而“单独结构层”式(上、中及下面层)芯样由于各结构层高度不一,数值差异较大 且总体偏小。从试验结果来看,数据存在一定的变异性,分析原因如下:芯样切割高度不同直接导致模量值相差较大;试验过程中由于加载大小及加载级数略微不同,因而在后期进行数据处理时所取的第 五级荷载不同,由此可能导致数据出现一定偏差;在钻芯取样及
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