郭志濱

(張家口市交通局)

1 路面的排水能力

1.1 路表滲入率

采取常規(guī)方法,通過對國內(nèi)典型地區(qū)水泥混凝土路面和瀝青路面的現(xiàn)場滲入率進(jìn)行測試,得出以下結(jié)論:水泥混凝土路面的滲水能力與接(裂)縫的寬度,接縫料的完好程度、下臥層的透水能力等有關(guān),其值可以在0～4000cm3/(h.cm)之間變化;瀝青路面的滲水能力和路面材料的孔隙率、裂縫的類型、裂縫的數(shù)量等有關(guān),其值可以在0～1250cm3/(h·cm)之間變化。

采用模擬降雨器模擬不同降雨強(qiáng)度進(jìn)行路面滲入率研究,得出在降雨強(qiáng)度較大時(shí),降雨量的 95%以上都隨地面徑流而流走,僅有少部分通過瀝青面層或裂縫滲入路面內(nèi)部的結(jié)論。

在對不同滲入率確定方法分析的基礎(chǔ)上,建議采用 1年一遇lh的設(shè)計(jì)降水強(qiáng)度值得 0.33～0.50(瀝青路面)或0.50～0.67(水泥混凝土路面)作為路表設(shè)計(jì)滲入率。

1.2 路面實(shí)際排水能力

試件的排水能力并不代表路面的排水能力,為此在室內(nèi)采用足尺板來研究路面的實(shí)際排水能力。測試是在上游水頭恒定的條件下進(jìn)行。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),從上游到下游,水的滲流路徑是拋物線,而不是我們通常假設(shè)的等截面。水在多孔路面材料中的滲流行為服從杜布依公式。

(1)當(dāng)基層底面的橫坡為 0時(shí),路面的排水能力如公式所示:

它不服從達(dá)西定律,而是達(dá)西定律計(jì)算值的一半。

(2)當(dāng)基層底面橫坡為 S時(shí),路面的排水能力如公式所示:

1.3 計(jì)算排水能力時(shí)滲透系數(shù)的取值方法

直接的方法,是通過實(shí)測足尺板的滲透系數(shù)作為計(jì)算路面排水能力的滲透系數(shù)k,但這種方法較為繁瑣。間接的方法,可通過對試件垂直滲透系數(shù) k′的修正,來獲得計(jì)算路面排水能力的滲透系數(shù) k。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單,缺點(diǎn)是在物理意義不明確。試驗(yàn)的關(guān)鍵在于在室內(nèi)對試件的垂直滲透系數(shù)進(jìn)行修正,使其在數(shù)值上等于路面足尺試驗(yàn)板試驗(yàn)所獲得的滲透系數(shù)。

間接法建立排水能力用滲透系數(shù)k的具體步驟:

第一步——進(jìn)行足尺試驗(yàn)板試驗(yàn)得到滲透系數(shù)k;

第二步——對試驗(yàn)板鉆芯,確定其確定室內(nèi)滲透系數(shù)k′;

第三步——確定滲透系數(shù) k和試件滲透系數(shù) k′之間的修正系數(shù)A

則K=A×k′

在求得修正的滲透性系數(shù)k′后,可使用杜布依公式推求路面的排水能力。

1.4 非穩(wěn)定流時(shí)的排水時(shí)間

設(shè)計(jì)基層的排水能力涉及到排水時(shí)間,與排水時(shí)間有關(guān)的是材料的孔隙率和橫坡大小。為此,我們進(jìn)行了相同橫坡不同孔隙率時(shí)、以及相同孔隙率不同橫坡時(shí),排水量與排水時(shí)間的關(guān)系試驗(yàn),結(jié)果表明,孔隙率越大或橫坡越大,排除相同水量所需的排水時(shí)間越短。

2 貧混凝土透水基層材料設(shè)計(jì)方法

2.1 試件成型方法

不同的成型方法對其多孔貧混凝土的滲透性、強(qiáng)度影響很大,所以對多孔貧混凝土透水基層材料的成型方法進(jìn)行系統(tǒng)研究。

在室內(nèi),我們共進(jìn)行了5種不同成型方法的試驗(yàn)比較見表 1,采用 3個(gè)指標(biāo)來評價(jià)成型方法的適用性,分別是集料破碎率指標(biāo)、強(qiáng)度變異性指標(biāo)和孔隙率變異性指標(biāo)。

表1 不同成型方法的比較

通過分析,發(fā)現(xiàn)采用上置式振動成型的方法成型得到的試件,集料破碎率小、強(qiáng)度變異性和孔隙率變異性均較小,同時(shí)上置式振動方法和現(xiàn)場振動機(jī)理相近,因此推薦采用上置式振動成型的方法成型多孔貧混凝土試件。

2.2 材料的級配

為得到多孔結(jié)構(gòu),可以通過以下兩個(gè)途徑。

控制壓實(shí)度,即對材料不進(jìn)行充分壓實(shí),使其保持一定量的孔隙。

調(diào)整級配。在充分壓實(shí)的情況下,不同的級配有不同的孔隙率。

調(diào)整壓實(shí)度的方法不能充分發(fā)揮材料本身的特性,在經(jīng)濟(jì)上是不可取的。因此應(yīng)主要研究如何調(diào)整級配獲得透水基層材料。

通過大量的室內(nèi)試驗(yàn)研究,得出以下的多孔貧混凝土試件的全孔隙率的預(yù)測公式

式中:V為試件的全孔隙率;VMA為集料壓實(shí)后形成的間隙率;VCement為水泥石的體積。

2.3 配合比設(shè)計(jì)方法

(1)級配設(shè)計(jì)。

級配設(shè)計(jì)滿足以下三個(gè)原則:滲透系數(shù)符合要求、級配不離析、配制出的試件的抗壓強(qiáng)度符合要求。

(2)水泥用量的確定。

水泥漿的用量可以模仿瀝青混凝土計(jì)算瀝青膜的思路,建立不同水泥用量和級配之間的相關(guān)關(guān)系。假設(shè)每個(gè)集料上裹附的水泥漿膜厚度為一個(gè)確定值,那么比表面積總和與水泥膜厚度的乘積就是所用水泥漿的體積,最后水泥漿的體積再乘以水泥漿的密度即為水泥漿的質(zhì)量。

(3)水灰比的確定。

試驗(yàn)表明在相同集灰比條件下,在一定范圍內(nèi)存在最佳水灰比使強(qiáng)度達(dá)到最大,但一般強(qiáng)度峰值并不明顯。所以尋找最佳水灰比的重點(diǎn)不是追求最大強(qiáng)度,而是追求良好的施工和易性和良好的裹附性。

目前使集料表面帶有金屬光澤的水灰比是一個(gè)比較理想的水灰比。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)常用的水灰比一般為 0.39～0.41之間。

3 貧混凝土透水基層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

3.1 層間粘結(jié)問題

為防止路面水泥漿下滲堵塞排水基層的孔隙,在面層和基層間采取了層間隔離措施。為此進(jìn)行了室內(nèi)界面接觸直剪試驗(yàn),得出不同隔離狀態(tài)下正應(yīng)力與剪應(yīng)力的關(guān)系曲線。從試驗(yàn)結(jié)果可知,加設(shè)的隔離層對面層和基層間的層間結(jié)合狀況的影響較大,直接鋪筑時(shí)界面結(jié)合力最大,其次是新聞紙的隔離狀態(tài)。

由于采取層間隔離措施,改變了水泥路面和基層的隔離狀況,現(xiàn)場采用足尺板進(jìn)行不同隔離狀態(tài)的頂推試驗(yàn),得到位移和頂推力曲線,現(xiàn)場頂推試驗(yàn)為計(jì)算分析提供了依據(jù)。

3.2 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力分析

通過計(jì)算分析,得出以下幾個(gè)結(jié)論。

(1)本研究的計(jì)算結(jié)果和規(guī)范計(jì)算結(jié)果接近;

(2)層間結(jié)合式以基層底最大彎拉應(yīng)力為控制。層間分離時(shí)需同時(shí)以對混凝土面板底及透水基層底彎拉應(yīng)力進(jìn)行控制;

(3)采用隔離措施時(shí),計(jì)算狀態(tài)更接近于分離式。

3.3 溫度應(yīng)力計(jì)算

通過研究獲得以下兩個(gè)成果。

(1)在計(jì)算溫度應(yīng)力系數(shù)時(shí)將水泥混凝土面層和貧混凝土基層的總厚度擴(kuò)展到 0.4m以上。

(2)考慮了基層切縫(有限尺寸板)和不切縫(無限大板)時(shí)的溫度應(yīng)力。對基層切縫和不切縫兩種情況,都給出計(jì)算公式:

式中:σt為部分結(jié)合狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力;μ為溫度應(yīng)力計(jì)算系數(shù),其值介于 0和 1之間;σtm為光滑狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力;σ′tm為完全結(jié)合狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力。