贫混凝土透水基层的应用
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２０１０年第７期 （总第１９７期） 黑龙江交通科技 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ Ｎｏ．７，２０１０ （Ｓｕｍ Ｎｏ．１９７）
贫混凝土透水基层的应用 郭志滨 （张家１：３市交通局） 摘要：阐述了水泥混凝土路面设置排水基层的重要性，对路面排水能力进行了分析探讨。通过试验比较。 确定了多孔贫混凝土试件成型方法，提出了得到多孔结构的级配调整方法，以及配合比设计方法。总结了贫 混凝土透水基层路面结构设计方法。 关键词：混凝土；透水基层；应用 中图分类号：Ｕ４１６．２１６ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１０）０７—００８０—０２
１路面的排水能力 １．１路表渗入率 采取常规方法，通过对国内典型地区水泥混凝土路面和沥 青路面的现场渗入率进行测试，得出以下结论：水泥混凝土路面 的渗水能力与接（裂）缝的宽度，接缝料的完好程度、下卧层的 透水能力等有关，其值可以在０～４ ０００ ｃｍ３／（ｈ．ｅｍ）之间变化； 沥青路面的渗水能力和路面材料的孔隙率、裂缝的类型、裂缝的 数量等有关，其值可以在０—１ ２５０ ｃｍ３／（ｈ・ｃｍ）之间变化。 采用模拟降雨器模拟不同降雨强度进行路面渗人率研 究，得出在降雨强度较大时，降雨量的９５％以上都随地面径 流而流走，仅有少部分通过沥青面层或裂缝渗入路面内部的 结论。 在对不同渗入率确定方法分析的基础上，建议采用１年 一遇ｌｌｌ的设计降水强度值得０．３３—０．５０（沥青路面）或 ０．５０—０．６７（水泥混凝土路面）作为路表设计渗入率。 １．２路面实际排水能力 试件的排水能力并不代表路面的排水能力，为此在室内 采用足尺板来研究路面的实际排水能力。测试是在上游水 头恒定的条件下进行。通过试验发现，从上游到下游，水的 渗流路径是抛物线，而不是我们通常假设的等截面。水在多 孔路面材料中的渗流行为服从杜布依公式。 （１）当基层底面的横坡为０时，路面的排水能力如公式 所示： ｋ ＸＡ Ｘｉ ｑ — 一 它不服从达西定律，而是达西定律计算值的一半。 （２）当基层底面横坡为Ｓ时，路面的排水能力如公式所 示： ｇ：ｋｈｌｓ＋篆 １．３计算排水能力时渗透系数的取值方法 直接的方法，是通过实测足尺板的渗透系数作为计算路 面排水能力的渗透系数｜ｊ｝，但这种方法较为繁琐。间接的方 法，可通过对试件垂直渗透系数ｋ 的修正，来获得计算路面 排水能力的渗透系数ｋ。这种方法的优点是操作简单，缺点 是在物理意义不明确。试验的关键在于在室内对试件的垂 直渗透系数进行修正，使其在数值上等于路面足尺试验板试 验所获得的渗透系数。 间接法建立排水能力用渗透系数ｋ的具体步骤： 第一步——进行足尺试验板试验得到渗透系数ｊ｝； 收稿日期：２０１０—０６—１２ ・８０・ 第二步——对试验板钻芯，确定其确定室内渗透系数 ｋ ； 第三步——确定渗透系数ｋ和试件渗透系数Ｊ｝ 之间的 修正系数Ａ 则Ｋ＝Ａ Ｘ ｋ 在求得修正的渗透性系数 后，可使用杜布依公式推求 路面的排水能力。 １．４非稳定流时的排水时间 设计基层的排水能力涉及到排水时间，与排水时间有关 的是材料的孔隙率和横坡大小。为此，我们进行了相同横坡 不同孔隙率时、以及相同孔隙率不同横坡时，排水量与排水 时间的关系试验，结果表明，孔隙率越大或横坡越大，排除相 同水量所需的排水时间越短。 ２贫混凝土透水基层材料设计方法 ２．１试件成型方法 不同的成型方法对其多孔贫混凝土的渗透性、强度影响 很大，所以对多孔贫混凝土透水基层材料的成型方法进行系 统研究。 在室内，我们共进行了５种不同成型方法的试验比较见 表１，采用３个指标来评价成型方法的适用性，分别是集料 破碎率指标、强度变异性指标和孔隙率变异性指标。 表１不同成型方法的比较
通过分析，发现采用上置式振动成型的方法成型得到的 试件，集料破碎率小、强度变异性和孔隙率变异性均较小，同 时上置式振动方法和现场振动机理相近，因此推荐采用上置 式振动成型的方法成型多孔贫混凝土试件。 ２．２材料的级配 为得到多孔结构，可以通过以下两个途径。 控制压实度，即对材料不进行充分压实，使其保持一定 量的孔隙。 调整级配。在充分压实的情况下，不同的级配有不同的 孔隙率。
第７期 郭志滨：贫混凝土透水基层的应用 总第１９７期
调整压实度的方法不能充分发挥材料本身的特性，在经 济上是不可取的。因此应主要研究如何调整级配获得透水 基层材料。 通过大量的室内试验研究，得出以下的多孑Ｌ贫混凝土试 件的全孑Ｌ隙率的预测公式 Ｖ＝ＶＭＡ一 式中： 为试件的全孔隙率；ＶＭＡ为集料压实后形成的间隙 率； 一为水泥石的体积。 ２．３配合比设计方法 （１）级配设计。 级配设计满足以下三个原则：渗透系数符合要求、级配 不离析、配制出的试件的抗压强度符合要求。 （２）水泥用量的确定。 水泥浆的用量可以模仿沥青混凝土计算沥青膜的思路， 建立不同水泥用量和级配之间的相关关系。假设每个集料 上裹附的水泥浆膜厚度为一个确定值，那么比表面积总和与 水泥膜厚度的乘积就是所用水泥浆的体积，最后水泥浆的体 积再乘以水泥浆的密度即为水泥浆的质量。 （３）水灰比的确定。 试验表明在相同集灰比条件下，在一定范围内存在最佳 水灰比使强度达到最大，但一般强度峰值并不明显。所以寻 找最佳水灰比的重点不是追求最大强度，而是追求良好的施 工和易性和良好的裹附性。 目前使集料表面带有金属光泽的水灰比是一个比较理 想的水灰比。根据经验常用的水灰比一般为０．３９—０．４１之 间。 ３贫混凝土透水基层路面结构设计方法 为防止路面水泥浆下渗堵塞排水基层的孔隙，在面层和 基层间采取了层间隔离措施。为此进行了室内界面接触直 剪试验，得出不同隔离状态下正应力与剪应力的关系曲线。 从试验结果可知，加设的隔离层对面层和基层间的层间结合 状况的影响较大，直接铺筑时界面结合力最大，其次是新闻 纸的隔离状态。 由于采取层间隔离措施，改变了水泥路面和基层的隔离 状况，现场采用足尺板进行不同隔离状态的顶推试验，得到 位移和顶推力曲线，现场顶推试验为计算分析提供了依据。 ３．２水泥混凝土路面结构荷载应力分析 通过计算分析，得出以下几个结论。 （１）本研究的计算结果和规范计算结果接近； （２）层间结合式以基层底最大弯拉应力为控制。层间 分离时需同时以对混凝土面板底及透水基层底弯拉应力进 行控制； （３）采用隔离措施时，计算状态更接近于分离式。 ３．３温度应力计算 通过研究获得以下两个成果。 （１）在计算温度应力系数时将水泥混凝土面层和贫混 凝土基层的总厚度扩展到０．４ ｒｎ以上。 （２）考虑了基层切缝（有限尺寸板）和不切缝（无限大 板）时的温度应力。对基层切缝和不切缝两种情况，都给出 计算公式： ‘＝（１－／ｚ） ｈ ｍ 式中： 为部分结合状态下路面结构的温度应力； 为温度 应力计算系数，其值介于０和１之间； 为光滑状态下路面 结构的温度应力； 为完全结合状态下路面结构的温度应 ３．１层间粘结问题 力。
５．２经济效益比较 表９沥青路面结构经济效益比较表
６综合评价 通过对柔性基层、半刚性基层双层路面结构、半刚性基 层三层路面结构车辙、裂缝、弯沉三项检测指标（表７、表８） 的对比分析，得出如下结论。 （１）Ｋ４０＋６５０～Ｋ４３＋３００左幅（柔性基层）和右幅（半 刚性基层双层路面结构）的裂缝发生率为０；Ｋ４３＋５００一Ｋ４７ ＋ｏｏｏ（半刚性基层三层路面结构）段裂缝为３条／ｋｍ；说明 柔性基层试验路可以减少或减缓裂缝的产生。 （２）柔性基层三个代表段的车辙深度基本没有差别，且 三段的车辙深度都较小，说明柔性基层抗车辙的能力并不比 半刚性基层结构差。 （３）弯沉指标柔性基层的弯沉最大，半刚性基层三层路 面结构次之，半刚性基层双层路面结构弯沉最小。 （４）采用半刚性基层双层路面结构（６ ｃｍ＋９ ｃｍ），平整 度、弯沉、压实度、车辙四项指标与采用三层结构基本相同， 且压实度控制和平整度指标能够达到规范要求，说明１５ ｃｍ 的三层沥青路面采用两层施工的可行性。此结构可以提高 沥青面层整体性能、减少沥青面层的污染、加快工程进度、降 低工程投资等，可以在高速公路中得到大面积推广。 （５）按照经济、技术原则，柔性基层结构以结构３形式 最为经济、合理（见表９）。
参考文献： ［１］ＪＴＪ０３４－２０００．公路路面基层施工技术规范［ｓ］． ［２］ｙｒｃＦ４ｏ一２００４．公路沥青路面施工技术规范［ｓ］． ［３］ 杨枫，张洋．单机宽幅作业法和并机梯形施工法对沥青混合料离 析的影响［Ｊ］．筑路机械与施工机械化，２ＯＯ４，（２）：２２—２５． ・８１・
