孫吉書(shū),耿曉婷,邱 月,馮 博
( 1.河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,天津 300401;2.河北省土木工程技術(shù)研究中心,天津 300401;3.秦皇島市公路工程質(zhì)量監(jiān)督站,河北 秦皇島 066000)
水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的質(zhì)量評(píng)定研究
孫吉書(shū)1,2,耿曉婷1,邱 月3,馮 博3
( 1.河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,天津 300401;2.河北省土木工程技術(shù)研究中心,天津 300401;3.秦皇島市公路工程質(zhì)量監(jiān)督站,河北 秦皇島 066000)
根據(jù)水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的質(zhì)量特點(diǎn)及其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的衰變特點(diǎn),實(shí)測(cè)確定了主要技術(shù)指標(biāo)隨通車(chē)時(shí)間的變化規(guī)律,確定了水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)體系,并確定了各項(xiàng)指標(biāo)的量化方法及權(quán)重,最后,得出了簡(jiǎn)明實(shí)用的水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的質(zhì)量評(píng)定方法,便于明確通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期水泥混凝土路面主要技術(shù)指標(biāo)發(fā)展衰變趨勢(shì),以及綜合質(zhì)量評(píng)定,有利于提前采取技術(shù)措施,保證水泥混凝土路面質(zhì)量.關(guān) 鍵 詞 道路工程;技術(shù)指標(biāo);衰變規(guī)律;水泥混凝土路面;質(zhì)量評(píng)定
相對(duì)于瀝青混凝土路面而言,水泥混凝土路面具有承載能力高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),在我國(guó)應(yīng)用廣泛,尤其是在重載車(chē)輛較多的干線公路、港口道路應(yīng)用非常廣泛[1].水泥路面通車(chē)?yán)锍碳s占我國(guó)有鋪裝路面總里程的 72.03%[2].然而,近年來(lái)水泥混凝土路面的早期破壞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,很多路面使用 2 ~ 3 年即出現(xiàn)唧泥、錯(cuò)臺(tái)、啃邊等各種損壞,造成不良的社會(huì)影響[3].為了防止施工質(zhì)量較差而使得水泥混凝土路面通車(chē)后過(guò)早破壞,廣大科技工作者和管理人員也采用了許多辦法,如:在通車(chē)后一般2年時(shí)間作為試運(yùn)營(yíng)期,這期間發(fā)生的問(wèn)題需要施工單位補(bǔ)償相關(guān)損失.馮永艷等人分析了水泥混凝土路面早期損壞的要點(diǎn)以及施工質(zhì)量保證措施[3],屠筱皖、朱先祥通過(guò)對(duì)現(xiàn)有水泥混凝土路面的調(diào)查,分析研究了水泥混凝土路面破損原因與防治措施[4],楊春風(fēng)、劉路通過(guò)三維建模,研究了不同車(chē)速作用下水泥混凝土路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)[5],蔣應(yīng)軍等人研究了重載交通對(duì)水泥混凝土路面的損壞機(jī)理及處置對(duì)策[6].但是,這些研究主要側(cè)重于水泥混凝土路面成型初期(72h以?xún)?nèi))的病害形式以及軸載等因素對(duì)路面使用壽命及破壞機(jī)理的分析.而要想在試運(yùn)營(yíng)期結(jié)束后順利通過(guò)竣工驗(yàn)收,就需要著重分析水泥混凝土路面在通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期內(nèi)主要就是指標(biāo)的變化規(guī)律,進(jìn)而采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施,保證各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)定、保證水泥混凝土路面的質(zhì)量.
本文根據(jù)水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的質(zhì)量特點(diǎn)及其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)衰變特點(diǎn),通過(guò)實(shí)測(cè),著重研究水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期主要技術(shù)指標(biāo)隨通車(chē)時(shí)間的變化規(guī)律,得出簡(jiǎn)明實(shí)用的水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的質(zhì)量評(píng)定方法.
1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選定
《公路工程質(zhì)量評(píng)定檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1—2004) 等現(xiàn)行規(guī)范對(duì)水泥混凝土路面的竣工驗(yàn)收指標(biāo)包括強(qiáng)度、平整度、構(gòu)造深度(抗滑性能)、板厚、寬度、相鄰板高差等 10 項(xiàng)指標(biāo)[7],作為公路養(yǎng)護(hù)時(shí)機(jī)及養(yǎng)護(hù)規(guī)模的確定依據(jù),《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGH20—2007)選定路面損壞、平整度和抗滑性能 3 項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定,并給出了評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,對(duì)于二級(jí)以下公路不考慮抗滑性能的影響[8].本文實(shí)測(cè)了秦皇島市承秦出海路等3條水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo),分析了水泥混凝土路面的強(qiáng)度、抗滑性能、平整度等主要技術(shù)指標(biāo)隨通車(chē)時(shí)間的變化趨勢(shì),通過(guò)回歸分析,得到通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期水泥混凝土路面主要技術(shù)指標(biāo)隨通車(chē)時(shí)間的變化規(guī)律如表1所示.
通過(guò)對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)和已有研究文獻(xiàn)的分析表明,通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期水泥混凝土路面的強(qiáng)度對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的整體性能具有非常重要的影響,如果初期強(qiáng)度發(fā)展不良,將會(huì)大大降低水泥混凝土路面的整體結(jié)構(gòu)和服務(wù)性能;而抗滑性能(構(gòu)造深度)對(duì)于降低交通事故率、保證行車(chē)安全性具有重要的作用,并且其在通車(chē)初期降低較快,因此,本文依據(jù)水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的特點(diǎn),選定強(qiáng)度、平整度、抗滑性能和路面破損狀況(PCI)作為水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期綜合質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo).綜合評(píng)價(jià)方法如式 (1) 所示.
式中:PQI為路面狀況指數(shù) (評(píng)價(jià)結(jié)果);PSSI、wPSSI為路面強(qiáng)度指數(shù)及其權(quán)重;RQI、wRQI為路面行駛質(zhì)量指數(shù)及其權(quán)重;SRI、wSRI為路面抗滑性能指數(shù)及其權(quán)重;PCI、wPCI為路面損壞指數(shù)及其權(quán)重.
1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重
目前,路面質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)的方法較多,但是大多數(shù)是針對(duì)路面使用后期維修與養(yǎng)護(hù)措施確定的,涉及水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的論述較少.相對(duì)于水泥混凝土路面的整個(gè)使用壽命(20 ~ 30 a)而言,通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期 (一般為 2 a) 只占使用壽命的 1/10 ~ 1/15 ,對(duì)于水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期內(nèi)的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)需要根據(jù)實(shí)際工程的實(shí)效特點(diǎn)進(jìn)行選定.本文根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果匯總了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的衰變規(guī)律(見(jiàn)表1),根據(jù)通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的工程特點(diǎn),依據(jù)相對(duì)重要度的原則,采用專(zhuān)家主觀賦權(quán)法確定水泥混凝土路面試運(yùn)營(yíng)期質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重.參照 FD 法[9],確定任意兩指標(biāo)之間相對(duì)重要性按照0~6評(píng)判,如:一項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)于另一項(xiàng)指標(biāo)而言非常重要(占有壓倒性?xún)?yōu)勢(shì))可取6,一項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)于另一項(xiàng)指標(biāo)而言非常不重要可取0,兩項(xiàng)指標(biāo)相比同等重要,則取 3,其余介于 0 ~ 6,指標(biāo)相同時(shí)也取 0.計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.
根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果,得到水泥混凝土路面試運(yùn)營(yíng)期評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重為,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度∶平整度∶抗滑性能∶PCI=0.222 2∶0.222 2∶0.194 4∶0.361 1 .
表1 水泥混凝土路面主要技術(shù)指標(biāo)隨通車(chē)時(shí)間的變化規(guī)律Tab.1 The variation regularity ofmain technical indexesof cementconcrete pavementw ith time
表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值(0~6評(píng)分)Tab.2 Relativeweightsof evaluation indexes
參照相關(guān)文獻(xiàn),結(jié)合水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的工程特點(diǎn),依據(jù)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)方便的原則,本文綜合確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下.
2.1 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度
在水泥混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中,回彈法無(wú)損檢測(cè)得到了廣泛的應(yīng)用,本研究前期也進(jìn)行了回彈強(qiáng)度與混凝土彎拉強(qiáng)度的相關(guān)性試驗(yàn),兩者具有良好的線性相關(guān)關(guān)系,如式 (2) 所示.
本文選定回彈強(qiáng)度作為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量化指標(biāo),通過(guò)專(zhuān)家調(diào)研,選定當(dāng)其他指標(biāo)合格、強(qiáng)度大于規(guī)范要求值 150%時(shí),可認(rèn)為強(qiáng)度指標(biāo)滿(mǎn)分.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量化函數(shù)如下.
式中:fct為回彈抗壓強(qiáng)度,為規(guī)范允許的最低強(qiáng)度值;a為模型計(jì)算參數(shù).
2.2 平整度
本文根據(jù)平整度指數(shù)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相互關(guān)系,以測(cè)量方便實(shí)用的基本原則,直接以3m直尺測(cè)量數(shù)據(jù)為指標(biāo)評(píng)價(jià)平整度情況,如式 (4) 所示.
2.3 抗滑性能
構(gòu)造深度和擺值是兩個(gè)常用的抗滑性能評(píng)價(jià)指標(biāo),本文選用構(gòu)造深度來(lái)表征水泥混凝土路面的抗滑性能,其量化函數(shù)如下.
式中:TD 為構(gòu)造深度,mm ;TDa為構(gòu)造深度竣工驗(yàn)收最小值;TDb、TDC為構(gòu)造深度容許最小值和容許最大值;a、b為模型計(jì)算參數(shù).
2.4 路面破損狀況(PCI)
相關(guān)規(guī)范[8]給出了路面破損狀況(PCI)的計(jì)算方法,這一指標(biāo)的量化計(jì)算函數(shù)如下.
式中:DR 為路面破損率(PavementDistressRatio),各種破壞的折合損壞面積之和與路面調(diào)查面積之百分比(%);Ai、wi為第 i 類(lèi)損壞的面積 (m2) 及其權(quán)重;A 為調(diào)查的路面面積(調(diào)查長(zhǎng)度與有效路面寬度之積,m2);a0、a1為計(jì)算系數(shù);i為考慮損壞程度 (輕、中、重) 的第 i項(xiàng)路面損壞類(lèi)型;i0為包含損壞程度(輕、中、重)的損壞類(lèi)型總數(shù).
根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果,秦皇島市承秦出海路竣工驗(yàn)收時(shí)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)及其量化結(jié)果如表3所示.
表3 承秦出海路的技術(shù)指標(biāo)與量化結(jié)果Tab.3 The technical indexesand theirquantitative results of Chengqin sea highway
將表3中的各項(xiàng)指標(biāo)量化結(jié)果組成評(píng)判矩陣R,并與各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值組成的權(quán)重矩陣A相乘,得到評(píng)價(jià)結(jié)果如下.
承秦出海路竣工驗(yàn)收時(shí)的質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)得分大于 80分,使用性能狀態(tài)良好.
1)本文通過(guò)實(shí)測(cè)得出了強(qiáng)度、平整度、抗滑性能等技術(shù)指標(biāo)隨通車(chē)時(shí)間的衰變規(guī)律,便于掌握通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期水泥混凝土路面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的變化規(guī)律,保證水泥混凝土路面的質(zhì)量及竣工驗(yàn)收的順利通過(guò).
2)結(jié)合水泥混凝土路面通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期的工程技術(shù)特點(diǎn),確定了這一時(shí)期水泥混凝土路面綜合質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)體系,并根據(jù)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的相對(duì)重要確定了其權(quán)重.
3)根據(jù)通車(chē)試運(yùn)營(yíng)期水泥混凝土路面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的衰變規(guī)律,確定了主要技術(shù)指標(biāo)的量化評(píng)價(jià)函數(shù),并結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證了評(píng)定方法的實(shí)用性.
[1] 孫吉書(shū),竇遠(yuǎn)明,劉熙媛.水泥路面再生混凝土主要路用性能研究 [J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,33(1):52-54.
[2] 交通運(yùn)輸部.2012 年公路水路交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào) [R].2013.
[3] 馮永艷,邱學(xué)焦,彭斌.水泥混凝土路面早期損壞要點(diǎn)分析 [J].公路,2013(11):224-226.
[4] 屠筱皖、朱先祥.水泥混凝土路面破損原因分析與防治措施 [J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004,27(8):964-966.
[5] 楊春風(fēng),劉路.不同車(chē)速作用下水泥混凝土路面動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析 [J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,39(3):112-115.
[6] 蔣應(yīng)軍, 戴學(xué)臻; 陳忠達(dá),等.重載水泥混凝土路面損壞機(jī)理及對(duì)策研究 [J].公路交通科技,2005,22(7): 31-35.
[7]JTG F80/1-2004.公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) [S].北京:人民交通出版社,2004.
[8]JTGH20-2007.公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) [S].北京:人民交通出版社,2007.
[9] 孫吉書(shū),楊春風(fēng),艾忠華,等.模糊綜合評(píng)價(jià)方法在橋型多方案選擇中的應(yīng)用 [J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,38(4):99-102.
[責(zé)任編輯 楊 屹]
Quality evaluation of cementconcrete pavement on trialoperation period
SUN Ji-shu1,2,GENG Xiao-ting1,QIU Yue3,F(xiàn)ENG Bo3
(1.Schoolof CivilEngineering,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300401,China;2.CivilEngineering Technology Research CenterofHebeiProvince,Tianjin300401,China;3.Qinhuangdao Highway EngineeringQuality Supervision Station,HebeiQinhuangdao 066000,China)
Based on thequality propertiesand thedecay law of technicalindexesof cementconcretepavementon trialoperation period,the changing lawsof themain technical indexesof cementconcrete pavementw ith completion time have been studied firstly.The index system of quality evaluation of cementconcrete pavementon trialoperation period is determ ined.Thequantitativemethodsand theirweightsofeach technical index are determ ined,too.Finally,a conciseand practicalmethod to evaluate thequality of cementconcrete pavementon trialoperation period isproposed.Theseachievements can contribute to grasp the decay trend of themain technical indexesand comprehensive quality evaluation of cementconcrete pavementon trialoperation period,and to ensure thequality of cementconcrete pavement.
pavementengineering;technical index;decay law;cementconcrete pavement;quality evaluation
1007-2373(2014)05-0093-04
U416
A
10.14081/j.cnki.hgdxb.2014.05.018
2014-06-25
國(guó)家自然科學(xué)基金(50878073);河北省高等學(xué)??茖W(xué)研究計(jì)劃(Q2012156);秦皇島科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃(200902b042)
孫吉書(shū)(1976-),男(漢族),副教授,博士 .