潮莞高速公路沥青路面施工质量的符合性检验

冯金库

摘 要：施工变异性会导致沥青路面材料性能产生偏离，可能引发多种早期病害，影响道路的使用性能和服务水平，降低道路的服役寿命。为分析道路施工的变异性及其对道路使用性能的影响，本文分析了沥青路面施工时，沥青指标、矿料级配、沥青含量及空隙率等主要控制参数变异性范围及概率分布，进而运用误差传递原理和蒙特卡洛分析了沥青混合料动态模量，并分析了沥青面层厚度的变异性。最后通过蒙特卡洛模拟分析了粘土、粉土和砂土中稠度和压实度变异性对土基回弹模量的影响。

关键词：路基评价;评价体系;层次分析法;模糊数学理论

0 前言

随着沥青路面广泛的应用，我们发现在运营初期（2～3年），沥青路面的早期破坏现象较为严重，如开裂、车辙、水损害等，这些病害直接导致了沥青路面使用性能的下降，严重影响了道路的使用率和通行率，同时也带来了巨大的经济损失。以往的研究中，人们比较重视沥青路面施工中各参数的均值和极值，而忽略了施工中变异性的问题。而目前的路面结构设计的发展趋势需要人们考虑设计参数的变异性，并建立概率型的路面设计方法，与此相应地，就需要分析和控制施工中的变异性。在沥青路面施工过程中，沥青的性质、混合料级配、油石比、压实度、厚度等是重要的控制指标。而现行的规范和施工实践中，并没有考虑上述指标在施工中产生的变异性，仅规定了指标的控制范围。施工参数的变异性会造成路面是结构与设计结构产生差异，这种差异是沥青路面产生早期损害的主要原因。因此，对沥青路面施工参数的变异性进行分析和研究，对于提高沥青路面的施工质量，提高路面的使用性能、减少沥青路面的早期损害及保证路面的使用寿命，具有十分重要的意义[1-4]。

1 沥青面层材料模量的符合性检验

1.1 沥青混合料动态模量预测模型

沥青混合料作为一种典型的粘弹性材料，受时间和温度的双重影响，我国路面设计中采用的是静态模量值，它是弹性条件下应力与应变的比值，忽视了瞬态响应，所以与路面实际受力状态差别较大，而动态模量考虑了时间的影响，是应力幅值与应变幅值的比值，可以较好的描述温度与荷载的共同影响，从而更好地模拟混合料真实的受力状态。而路面结构和材料的设计和研究中所要关心的正是车辆不同动态荷载下的路面动态响应特性。在沥青混合料动静模量的对比研究中，羊明对比试验数据发现，温度20℃、加载频率10 Hz情况下的混合料动态模量约为静态模量的2.0～2.5倍。孙建对比动静模量发现15℃时的动静模量比为1.3～1.7之间，而20℃时则为1.7～2.5之间。

研究表明，在固定温度和荷载条件下，沥青混合料动态模量和静态模量也存在着一定的关系。基于统计方法研究沥青混合料动态模量预估得出的预估模型较多，尤以Witczak模型最具代表性。

Witczak和 Fonseca通过2 800多个动态模量数据，建立了密级配沥青混合料动态模量的预估模型。该模型包括以下参数：沥青黏度及用量、19 mm、9.5 mm和 4.75筛孔筛余及0.075 mm筛孔通过率、空隙率、温度和加载频率。计算式如下：

1.2 基于蒙特卡洛模拟的符合性检验

蒙特卡罗方法是对随机误差传递过程进行间接模拟，然后通过统计方法分析测定结果。当各直接测定量的随机误差相互独立时，与误差传递公式计算结果一致;当各直接测定量的随机误差不相互独立时，亦能得到正确结果。

蒙特卡罗方法一般模拟次数多，重复计算量大，编程运算则需要花费大量时间，而MATLAB作为一种功能强大的科学计算软件，其编程语言简单，效率较高，自带工具箱中的功能函数多大200 多个P27，所以本文通过MATLAB来模拟和计算其误差的传递和分配情况。在计算中假定各参数服从正态分布，研究中发现，有些参数的测量值有时不一定服从正态分布，根据实际情况，此方法可以使用各参数任何分布的情况。

2 土基回弹模量预测模型

根据《柔性路面结构设计方法》中提出的土基回弹模量和砂砾含量、土体含量水量、塑性指数及压实度的关系：

时伟根据、、76 g锤的塑性指数Ipy和100 g锤之间的换算关系，粘土、粉土和砂土稠度与含水量的换算关系，同时令重型击实Kh= C×K，得到以下一组公式：

各土质平均砂砾含量一般为：砂土为50%～85%，粘土为50%～60%，粉土为20%～70%。王新岐对广东南部地区土质进行调查得出该地区砂土砂砾含量可取65%，粘土为50%，粉土为45%，分别带入上式，得到结果如下：

3 土基回弹模量预测模型

（1）在此处依然假定稠度和压实度数据服从正态分布，以粘土为例，在 MATLAB中的具体程序如下：

for j=1：10000

k=normrnd（mu1，sigmal）;w=normrnd（mu2，sigma2）;

Ej）=19.5*k^2.5*（1.2-0.5831*w）^（-（0.68*i-0.44）*k/6）;

end

m=mean（E）， s=std（E）， cV=s/m

（2）下面分析壓实度和稠度在相同变异性的情况的影响分析，本文对选取压实度变异性为1.5%，稠度变异性为1.5%和7.3%。

上述分析结果显示，相同变异性条件下，压实度变异性对模量的影响要高于稠度的影响。但是实际施工中压实更容易控制所以变异性较小，而稠度变异性则一般较大。

以带入稠度实际的变异性，则粘土和粉土稠度变异性对模量的影响要远远大于压实度造成的影响，而砂土稠度变异性的影响则较小。

4 研究结论

本文对施工中主要参数的变异性进行分析，归纳总结了影响变异性的因素及相应控制措施，介绍了误差传递原理及方法，并将其应用于潮莞高速公路沥青路面动态模量的变异性分析中，得出的主要研究成果如下：

（1）厚度的测量值符合正态分布和对数正态分布，为了计算简便，按正态分布考虑;随着路面结构层的上升，厚度变异性减低。

（2）粘土和粉土中稠度变异性对模量的影响比压实度变异性的影响大很多，而砂土中稠度变异性的影响较小，且低于其压实度变异性的影响。

参考文献：

[1]邓学钧.路基路面工程[M].第三版.北京：人民交通出版社，2008：306

[2]蔡二伟.沥青混凝土路面施工参数变异性分析及控制对策[J].现代交通技术，2004（1）：17-19.

[3]王艳丽.沥青混合料级配优化研究[D].西安：长安大学，2008.