吳明勝
(貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001)
?
路面鋪設(shè)對挖方路基回彈模量的影響
吳明勝
(貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001)
路基回彈模量涉及了含水率、荷載類型和壓實度等相關(guān)函數(shù),要確定其數(shù)值具有很大難度。其中,回彈模量會因為土體的含水量產(chǎn)生很大的影響。主要針對路面鋪設(shè)對挖方路基回彈模量的影響展開探討,其中包括土體溫度與含水率的關(guān)系、土體含水率與回彈模量的關(guān)系、路基溫度場,以及路面鋪設(shè)前、后的路基回彈模量和修正系數(shù)。
公路路面鋪設(shè);挖方路基;回彈模量
根據(jù)相關(guān)實踐證明和研究資料可以確定,含水率在路基土體中并不是均勻分布的,其是具有一定變化的,含水率會因為溫度的提高而產(chǎn)生更大的變化。比如某高速公路建設(shè)工程,本文以其中K42+780~K43+035為試驗分析路段,將溫度傳感器和濕度傳感器埋設(shè)在挖方路基內(nèi)部,即深度范圍3.5 m內(nèi),并每隔25 cm埋入傳感器。然后,在三個時間段分別觀察了現(xiàn)場的溫度和含水率。最后整理實測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)深度范圍土層含水率的變化值,其中,外界環(huán)境很容易對淺層土體較深層土體造成影響,而深度的不斷加深會逐漸減小含水率的變化幅度。同時,當(dāng)深度超過一定范圍后,土體的溫度將處于長期的維持狀態(tài)。
為了對土體的室內(nèi)回彈模量進(jìn)行介紹,需要通過便攜式落錘彎沉儀來進(jìn)行,其也被稱之為PFWD。作為一種現(xiàn)代化動模量檢測設(shè)備,PFWD的原理與常規(guī)拖車式落錘彎沉儀有很大相似度。相比于擊實實驗,其具有很大不同。充分考慮土體密度在各深度范圍的非一致性是實驗前必須進(jìn)行的,常選土體試件的干密度包括有,第一是1.832 g/cm3、第二是1.721 g/cm3、第三是1.545 g/cm3,含水率分別為,第一是1%、第二是2%、第三是4%、第四是6%、第五是8%、第六是11%、第七是12%、第八是15%;試件為直徑155 mm,高168 mm的圓柱形。在0.6 MPa壓力下通過壓力機(jī)將試件靜壓成型,其是為了有效分析土體在不同含水率和干密度情況下的質(zhì)量。
而通過結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),土體的回彈模量因為土體含水率造成了相應(yīng)的影響,而基于含水率在路基各處土體中的差異,土體所處的溫度會對路基內(nèi)部土體含水率而產(chǎn)生作用,并會因為不斷發(fā)生的位置變化而出現(xiàn)相應(yīng)的波動。因此,在計算回彈模量時,以總體情況來計算一個路基是很不合理的。
規(guī)范方法試件必須保證一定的基礎(chǔ)條件,第一是一定的壓實功;第二是不同含水率的情況下進(jìn)行制備,基于在體積上試件的相同條件,必須嚴(yán)格的控制試件質(zhì)量,并選擇相對較小的干密度。所以,先升后降的情況并沒有發(fā)生在此過程中,而是一直呈現(xiàn)下降的狀況,當(dāng)含水率超過干密度的最大設(shè)計值時,其下降速度更加明顯。
通常情況下,使用ANSYS能夠有效分析路基溫度場,模型的建立則對路基橫斷面進(jìn)行準(zhǔn)確選擇。擬定參數(shù)是首先需要確定的,繼而計算出路基的溫度場;在對路基溫度場數(shù)據(jù)進(jìn)行實測且認(rèn)真對比以后,計算并修正相關(guān)參數(shù);將路基溫度場通過修正后的各參數(shù)進(jìn)行計算,并實際對比實測路基溫度場和計算結(jié)果,如果出現(xiàn)比較大的差異,則需要將剛才的步驟進(jìn)行重復(fù),直到實測路基溫度場和計算結(jié)果達(dá)到高度相似為止。最后,有效的分析并利用修正后的計算參數(shù),以實際計算出路基鋪設(shè)前后的溫度場,并能因此發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)路面的正常規(guī)律,對路基土體變化的溫度進(jìn)行對比。
如果路基對太陽輻射吸收率為0.89,則空氣與土體的熱交換系數(shù)為16.98 W/(m2·℃)。利用ANSYS可以計算出,實測數(shù)據(jù)和土體溫度的誤差高達(dá)25%,必須對溫度場的模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修正,調(diào)整太陽輻射吸收率為0.76,調(diào)整空氣和土體的熱交換系統(tǒng)14.66 W/(m2·℃)。經(jīng)過調(diào)整后發(fā)現(xiàn),實測數(shù)據(jù)與溫度場計算結(jié)果實現(xiàn)了有效吻合。
水泥粉煤灰穩(wěn)定級配碎石層的導(dǎo)熱系數(shù),以及水泥穩(wěn)定級配碎石層均取0.94 W/(m·℃),水泥粉煤灰穩(wěn)定天然砂礫的導(dǎo)熱系數(shù)為1.159/(m·℃),瀝青混合料的比熱容為1.19 kJ/(kg·℃),交換系數(shù)為4.4 W/(m2·℃),水泥穩(wěn)定級配碎石層和水泥粉煤灰穩(wěn)定級配碎石層的比熱容為0.81 kJ/(kg·℃),水泥粉煤灰穩(wěn)定天然砂礫層的比熱容去0.889 kJ/(kg·℃)。
通過建立的路基溫度場模型和參數(shù)的取值,對路面施工后的路基溫度場進(jìn)行了計算,結(jié)果發(fā)現(xiàn),對于未施工路面而言,路基土體溫度會因為路面的鋪設(shè)而提高,而土體的溫度變化則屬于保持狀態(tài),實際說明了不同范圍內(nèi),以及各深度的含水量和土體溫度的實際影響。通過實際土體密度測量和室內(nèi)試驗分析可以確定,應(yīng)當(dāng)以單層角度來看待各深度的土體,并將整個多層彈性體系以彎沉等效的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換,使其形成單層體系,以獲取前后路基回彈模量的實際變化。
而由于本次試驗路段的位置處于我國北方,其冬天天氣干燥寒冷,凍脹融沉是路基最容易發(fā)生的狀況,會對路基回彈模量產(chǎn)生較大的波動。基于施工路面不宜在冬季進(jìn)行,故選取了路面施工的最佳時間6月份來進(jìn)行研究分析,對路面施工前后的路基模量變化進(jìn)行對比分析。
在路面施工結(jié)束以后,路基回彈模量的降低相對比較明顯,其主要是路基內(nèi)部溫度因為路面鋪設(shè)而得到提升,導(dǎo)致相對深度范圍內(nèi)的淺層土體增大了含水率。同時,路床范圍內(nèi)的土體強(qiáng)度對路基回彈模量產(chǎn)生的很大影響,在使其相關(guān)范圍內(nèi)的土體含水率得到提升的同時,路基回彈模量出現(xiàn)明顯的減小。所以,該路基回彈模量應(yīng)當(dāng)結(jié)合多方面因素進(jìn)行適當(dāng)修正。
(1)有效整理基礎(chǔ)實測數(shù)據(jù),對土體溫度變化的趨勢和含水率的關(guān)系進(jìn)行了確定;(2)在進(jìn)行了室內(nèi)回彈模量試驗后,獲得干密度和含水率不同情況下的土體回彈模量;(3)路基溫度場模型在修正以后,與室內(nèi)試驗和實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了結(jié)合分析,了解路面鋪設(shè)前后路基回彈模量的變化規(guī)律,即路基回彈模量會因為路面鋪設(shè)而產(chǎn)生一定程度的下降;第四,通過對路面鋪設(shè)前后路基回彈模量的對比發(fā)現(xiàn),在設(shè)計路面過程中,需要適當(dāng)?shù)男拚坊貜椖A俊?/p>
[1] 朱義銘,胡光偉,顧迎春,等.公路改建工程舊瀝青路面回彈模量研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2014,42(7):33-35.
[2] 鐘曉梅.舊水泥混凝土路面檢測及瀝青面層加鋪設(shè)計[J].廣東化工,2016,43(13):235-236,265.
[3] 曹利,袁錦浪.談碎石化路面加鋪設(shè)計技術(shù)要點[J].山西建筑,2013,39(19):115-117.
2017-04-10
吳明勝(1973-),男,貴州黃平人,高級工程師,研究方向:路基、橋梁、路面施工及成本管理。
U416.1
C
1008-3383(2017)05-0042-01