山區(qū)公路貧混凝土透水基層的研究

1、西部交通建設(shè)科技工程合同號(hào)： 2001 318 788 31山區(qū)公路貧混凝土透水基層的研究?工程研究報(bào)告簡(jiǎn)本廣西壯族自治區(qū)交通科學(xué)研究所交通部公路科學(xué)研究所長(zhǎng)沙理工大學(xué)廣西交通基建管理局廣西公路橋梁工程總公司2005年8月中文題名山區(qū)公路貧混凝土透水基層的研究英文題名Research on Permeable Lea n Ceme nt Base in Mountain Area交通編號(hào)工程來(lái)源交通部科技教育司單位編號(hào)合同號(hào)2001 318 788 31分類號(hào)工程起止年限2001年9月至第一完成單位廣西交通科學(xué)研究所工程負(fù)責(zé)人譚 華主任，高級(jí)工程師報(bào)告撰寫人田波田波副研究員譚華周志剛副院長(zhǎng)，教

2、授周志剛工程主要參加人廣西交通科學(xué)研究所：譚華、梁軍林、覃潤(rùn)浦、鄧家喜、交通部公路科學(xué)研究所：田波、牛開(kāi)民、夏玲玲、劉英、長(zhǎng)沙理工大學(xué)：周志剛、李宇峙、張起森、邵臘庚、李強(qiáng)、廣西交通基建管理局：李少軍、黃香健、譚洪河、黃世武廣西公路橋梁工程總公司 ：江羽習(xí)、龍永強(qiáng)主題詞路面 貧混凝土、透水、基層關(guān)鍵詞路面透水、基層、概述隨著公路運(yùn)輸?shù)拈_(kāi)展，公路建設(shè)從東部沿海地區(qū)向西部山 區(qū)延伸已成為必然，許多針對(duì)山區(qū)公路的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有待研究 解決，其中如何做好山區(qū)公路路面內(nèi)部排水問(wèn)題是當(dāng)前迫切需要 解決的技術(shù)課題之一。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，使用一年以上的高速公路， 不管是采用柔性路面、 半剛性路面、剛性組合式路面還是剛

3、性路面，都產(chǎn)生了程度不同 的水破壞。水破壞的數(shù)量和速度與公路沿線的降雨量大小有密切 關(guān)系。在其他條件都相同的情況下，在我國(guó)南方潮濕多雨地區(qū)， 路面的水破壞要比降雨量小的半干旱和干旱地區(qū)在數(shù)量上多得 多，在速度上快得多。我國(guó)早期施工高速公路瀝青路面，雖然都 采用I型瀝青混凝土做面層，有的中面層也是I型瀝青混凝土， 但都未能防止水破壞現(xiàn)象；過(guò)去施工的水泥混凝土路面，水破壞 現(xiàn)象十分嚴(yán)重，近期施工的高速公路水泥混凝土路面也開(kāi)始出現(xiàn) 水破壞現(xiàn)象。大量的路面損壞狀況調(diào)查和路面使用經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明 , 進(jìn)入 路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由水是造成或加速路面損壞的最重要原因之一。水泥混凝土面層出現(xiàn)唧泥、錯(cuò)臺(tái)和板底脫空等病害，使得

4、路 面整體結(jié)構(gòu)的使用性能迅速變壞，使用壽命大大縮短。在這種情 況下，設(shè)置路面內(nèi)部排水系統(tǒng)，將滯留在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分迅 速排除路面和路基結(jié)構(gòu)以外，可以改善路面的使用性能、提高其 使用壽命。對(duì)交通繁重的高速公路和一級(jí)公路，采用內(nèi)部排水設(shè) 施所增加的費(fèi)用，可以從使用壽命的增加和養(yǎng)護(hù)工作的減少中得 到補(bǔ)償， 根據(jù)普度大學(xué)的 Mathis 的測(cè)算，設(shè)透水基層的路面， 其 使用壽命要比為設(shè)的路面提高 30瀝青路面和 50水泥 混凝土路面。人們已經(jīng)逐漸意識(shí)到設(shè)置排水基層的必要性， 但由于對(duì)設(shè)置 排水基層的路面結(jié)構(gòu)型式缺乏系統(tǒng)深入的研究，同時(shí)沒(méi)有一整套 完善的設(shè)計(jì)理論及方法，人們?cè)诓捎眠@種優(yōu)良的路面結(jié)構(gòu)型式

5、時(shí) 缺乏信心，以至于長(zhǎng)期以來(lái)設(shè)計(jì)方案較為單一，以半剛性基層路 面結(jié)構(gòu)為主，缺乏針對(duì)性，有些路面早期損壞十分嚴(yán)重。山區(qū)公 路所處的地理環(huán)境和設(shè)計(jì)特點(diǎn)，要求采用多種路面結(jié)構(gòu)形式，以 確保路面的質(zhì)量。只有根據(jù)地理?xiàng)l件及充分考慮各種影響因素的 設(shè)計(jì)才是好的方案，也是建造一條優(yōu)質(zhì)公路的先決條件。貧混凝土透水基層強(qiáng)度高、 抗裂性好、 無(wú)沖刷、具有快速排 水能力降低水破壞和施工速度快的優(yōu)點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的路面 基層結(jié)構(gòu)。深入開(kāi)展貧混凝土透水基層的材料性能、路面結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)以及施工工藝的研究， 可以為貧混凝土透水基層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 施工和大面積推廣應(yīng)用奠定根底，充分發(fā)揮其良好的經(jīng)濟(jì)效益和 社會(huì)效益。研究成果可

6、用于水泥混凝土路面和瀝青路面結(jié)構(gòu)，主 要用于潮濕多雨地區(qū)和重載交通路段。因此，必須盡快開(kāi)展這方 面的研究工作，以適應(yīng)目前西部大開(kāi)發(fā)公路建設(shè)形勢(shì)的需要。 二、主要研究工作1、路面的排水能力研究采取常規(guī)方法，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)典型地區(qū)水泥混凝土路面和瀝青路面 的現(xiàn)場(chǎng)滲入率進(jìn)行測(cè)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 04000cm3/(h )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 01250cm3/h 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

7、較大時(shí)，降雨量的 95以上都隨地面徑流而流走，僅有少 局部通過(guò)瀝青面層或裂縫滲入路面內(nèi)部的結(jié)論。在對(duì)不同滲入率確定方法分析的根底上，建議采用 1 年一遇 lh 的設(shè)計(jì)降水強(qiáng)度值得 0.330.50瀝青路面 或0.500.67水泥混凝土路 面作為路表設(shè)計(jì)滲入率。研制了高精度滲透儀通過(guò)對(duì)現(xiàn)有滲透儀的分析，提出兩點(diǎn)改進(jìn)，一是引進(jìn)充氣氣 囊，解決多孔材料在測(cè)試時(shí)存在的側(cè)壁滲漏問(wèn)題，二是引進(jìn)微差 壓計(jì)，提高了測(cè)試精度。該改進(jìn)滲透儀已獲得創(chuàng)造專利。提出符合達(dá)西定律的滲透系數(shù)的測(cè)定水頭范圍為使不同孔隙率的透水材料的滲透系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果具有可比 性，進(jìn)行了符合達(dá)西定律的滲透系數(shù)的測(cè)定水頭范圍的研究。研 究中取了

8、 4 個(gè)不同孔隙率的試件來(lái)做不同水力梯度和流速曲線， 從而得到不同孔隙率滿足達(dá)西定律的水頭范圍。試驗(yàn)說(shuō)明孔隙率 越大，滿足達(dá)西定律所要求的水頭越低。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(lái)研究路面的實(shí)際排水能力。測(cè)試是在上游水頭恒定的條 件下進(jìn)行。通過(guò)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:k* A* i2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:qkh；2L計(jì)算排水能力時(shí)滲透系數(shù)的取值方法

9、直接的方法，是通過(guò)實(shí)測(cè)足尺板的滲透系數(shù)，來(lái)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(guò)對(duì)試件垂直滲透系數(shù)K'的修正，來(lái)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(jiǎn)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(duì)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：第一步一一進(jìn)行足尺試驗(yàn)板試驗(yàn)得到滲透系數(shù) k ；第二步一一對(duì)試驗(yàn)板鉆芯，確定其確定室內(nèi)滲透系數(shù) k'；第三步一一確定滲透系數(shù)k和試件滲透系數(shù)K/之間的修正 系數(shù)A貝 U K=A* k '在

10、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。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)果說(shuō)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。對(duì)圖中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸，有公式：0.686 0.647 2U 3.548v lg( tv) t 0.686 v 0. 647 0.542 R2=98% ， s2=0.148其中：U為排出水分總量百分比；t表示排走U時(shí)的時(shí)間，單位 min； v 為孔隙率。對(duì)圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸，有如下回

11、歸公式：U 0.543lg(t 0.951) s0.1658 0.6615 R2=0.048,2s2=0.99 其中，U為排出水分總量百分比；t表示排走U時(shí)的時(shí)間，單位 min； s 表示坡度。2、貧混凝土透水基層材料設(shè)計(jì)方法研究提出有效孔隙率采用抽真空的方法代替分層浸泡的方法，優(yōu)點(diǎn)在于可將試件內(nèi)的氣泡排除干凈，使結(jié)果更趨近于真值。對(duì)全 孔隙率的測(cè)定，由于表干法、水中重法、蠟封法不適用，最現(xiàn)實(shí) 的方法是采用體積法。研究同時(shí)采用圖像識(shí)別的方法來(lái)進(jìn)行孔隙率的測(cè)定，通過(guò)數(shù) 碼相機(jī)，拍攝孔隙原圖，采用最大方差法二值分割，通過(guò)計(jì)算孔 隙占截面的面積比例計(jì)算孔隙率。 計(jì)算結(jié)果說(shuō)明和實(shí)測(cè)結(jié)果接近。不同的成型

12、方法對(duì)其多孔貧混凝土的滲透性、 強(qiáng)度影響很大，所以對(duì)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)比擬，采用3個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)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不同成型方法的比擬成型方法破碎率強(qiáng)度變異性孔隙率變異性控制壓力r大大大控制貫入深度大大大振動(dòng)臺(tái)小大且隨時(shí)間增加強(qiáng)度減小小上置式振動(dòng)小小小插搗小大小通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)采用上置式振動(dòng)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(dòng)方法和現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)機(jī)理相近，因此推薦采用上置式振動(dòng)成型的 方法成型多孔貧混凝土試件。為得到

13、多孔結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)以下兩個(gè)途徑：1控制壓實(shí)度，即對(duì)材料不進(jìn)行充分壓實(shí)，使其保持一 定量的孔隙。2調(diào)整級(jí)配。在充分壓實(shí)的情況下，不同的級(jí)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(jí)配獲得透水基層材料。通過(guò)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(cè)公式：V VMA Vcement式中：V試件的全孔隙率；VMA 集料壓實(shí)后形成的間隙率；V Cement 水泥石的體積。級(jí)配設(shè)計(jì)級(jí)配設(shè)計(jì)滿足以下三個(gè)原那么：滲透系數(shù)符合要求、級(jí)配不離 析、配制出的試件的抗壓強(qiáng)度符合要求。水泥用量確實(shí)定水泥漿的用量可以模仿瀝青混凝土計(jì)算

14、瀝青膜的思路， 建立不 同水泥用量和級(jí)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，那么比外表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。水灰比確實(shí)定試驗(yàn)說(shuō)明在相同集灰比條件下，在一定范圍內(nèi)存在最正確水 灰比使強(qiáng)度到達(dá)最大，但一般強(qiáng)度峰值并不明顯。所以尋找最正 確水灰比的重點(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。目前使集料外表帶有金屬光澤的水灰比是一個(gè)比擬理想的水 灰比。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)常用的水灰比一般為 0.390.41 之間。3、貧混凝土透水基層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究層間粘結(jié)問(wèn)題的研究為防止路面水泥

15、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(duì)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(chǎng)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(chǎng)頂推試驗(yàn)為計(jì)算分析提供了依據(jù)。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)荷載應(yīng)力分析通過(guò)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)果和標(biāo)準(zhǔn)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。層間別離時(shí)需 同時(shí)以對(duì)混凝土面

16、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)更接近于別離式。溫度應(yīng)力計(jì)算通過(guò)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)展到以上。(2)考慮了基層切縫有限尺寸板和不切縫無(wú)限大板時(shí) 的溫度應(yīng)力。對(duì)基層切縫和不切縫兩種情況，都給出計(jì)算公式：t (1 ) tmtm式中： t 為局部結(jié)合狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力； 為溫度應(yīng)力計(jì)算系數(shù)，其值介于0和1之間；tm為光滑狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)的溫 度應(yīng)力；tm為完全結(jié)合狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力。研究對(duì)四種基層模量2000, 5000, 10000, 15000MPa、四 個(gè)基層厚度10、15、20

17、、25cm、三種瀝青面層5、10、15cm、 進(jìn)行了連續(xù)和滑動(dòng)兩種情況的計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明,對(duì)于設(shè) 置貧混凝土透水基層的瀝青路面,仍舊可采用常規(guī)的瀝青路面計(jì) 算方法設(shè)計(jì)。4、貧混凝土透水基層的施工工藝與質(zhì)量控制技術(shù)研究投料攪拌工藝對(duì)多孔貧混凝土強(qiáng)度的影響 在孔隙率相差不多的情況下,裹漿法比常規(guī)普通攪拌法所得 的強(qiáng)度要低,所以多孔貧混凝土仍采用普通攪拌工藝進(jìn)行拌和。拌和時(shí)間對(duì)多孔貧混凝土強(qiáng)度的影響 攪拌時(shí)間對(duì)強(qiáng)度有影響,建議根據(jù)攪拌機(jī)葉片行程來(lái)確定攪 拌時(shí)間，施工中單臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)的攪拌時(shí)間為5090s,雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)的攪拌時(shí)間為 3035s o振動(dòng)成型工藝的研究(1) 頻率的影響 在

18、相同的激振力下,低頻高幅的振動(dòng)方式只須較少的時(shí)間就可使混合料到達(dá)預(yù)計(jì)的孔隙率，并獲得較高的抗壓強(qiáng)度。(2) 激振力的影響在相同的頻率下激振力越高, 多孔貧混凝土試件的強(qiáng)度越高, 激振力在5000N8000N之間可獲得較高的強(qiáng)度指標(biāo)值。(3) 靜面壓力的影響 在相同的振動(dòng)時(shí)間內(nèi),隨著靜面壓力增大,多孔貧混凝土試 件的孔隙率變小，即隨著靜面壓力的增大多孔貧混凝土試件的密 度在增大；但靜面壓力不宜超過(guò)120kPa,否那么會(huì)造成集料的大比 例破碎進(jìn)而影響多孔貧混凝土試件的強(qiáng)度。(4) 振幅的影響 大振幅會(huì)導(dǎo)致較高的破碎率,要到達(dá)相同的孔隙率,過(guò)低或 過(guò)高的振幅都要較多的振動(dòng)時(shí)間。振幅在的范圍內(nèi)時(shí)，各項(xiàng)

19、指 標(biāo)均較為適宜。靜壓成型工藝 進(jìn)行了不同靜壓成型壓力下各種級(jí)配混合料的破碎率試驗(yàn)、 振動(dòng)成型與靜壓成型對(duì)多孔貧混凝土材料的影響試驗(yàn),結(jié)論為：(1) 隨著成型壓力的增大, 集料的破碎率明顯增大, 因而須控 制壓路機(jī)的噸位,以防止過(guò)重的壓路機(jī)碾碎集料,造成新鮮的破 裂面而使材料的強(qiáng)度降低。(2) 成型方法對(duì)材料強(qiáng)度的影響比材料級(jí)配變化帶來(lái)的影響 要大。對(duì)不同的級(jí)配,振動(dòng)壓實(shí)提高材料的抗壓強(qiáng)度和回彈模量 的趨勢(shì)是相同的。隨著成型時(shí)間的延遲,試件的抗壓強(qiáng)度降低,并且強(qiáng)度損失 幅度隨延遲成型時(shí)間的加長(zhǎng)而增大。因此須針對(duì)貧混凝土強(qiáng)度的 時(shí)效性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)管理, 盡量在拌和后 2h 內(nèi)完成多孔貧混凝土基層 的

20、碾壓成型工作。進(jìn)行了拌和物攪拌均勻性控制、適宜的運(yùn)輸方式和合理的運(yùn) 距、延遲時(shí)間的控制、適宜的攤鋪方法,減少材料離析現(xiàn)象和壓 實(shí)的控制等幾個(gè)方面的研究并提出了相應(yīng)的對(duì)策。為研究室外環(huán)境對(duì)現(xiàn)場(chǎng)貧混凝土養(yǎng)生條件的影響，在室內(nèi)模 擬不同風(fēng)速時(shí)材料的水分損失的規(guī)律，從而提出保證強(qiáng)度開(kāi)展的 養(yǎng)生措施。5、試驗(yàn)路簡(jiǎn)介南壇路位于南寧盆地內(nèi)，公路自然劃區(qū)為W 6。年平均降雨量 mm,依托工程為A標(biāo)的石埠南互通，總長(zhǎng)為。多孔貧混凝土透 水基層設(shè)計(jì)厚度為 20cm。全州至黃沙河高速公路是國(guó)道主干線衡陽(yáng)至昆明公路的重要 組成局部，工程所在區(qū)域雨量充分，全年平均降雨量，屬我國(guó)南 部多雨潮濕地區(qū)。實(shí)體工程樁號(hào)為K9+7

21、60K10+210全幅，全長(zhǎng) 450 米，路段為填方路堤，路基寬 26m。通過(guò)多孔貧混凝土透水基層試驗(yàn)路的鋪筑，以及排水性能試 驗(yàn)，全面驗(yàn)證了多孔貧混凝土的材料要求與施工工藝研究成果， 結(jié)果證明試驗(yàn)路各項(xiàng)指標(biāo)符合基層的要求。6、貧混凝土透水基層材料性能研究當(dāng)水分進(jìn)入基層后，在重車的作用下基層材料會(huì)因動(dòng)水壓力 的作用而產(chǎn)生溶蝕，基層材料中的 Ca(OH)2 逐步被溶出，從而導(dǎo) 致基層材料的強(qiáng)度降低， 甚至變?yōu)樗缮⒌奈矬w。 從試驗(yàn)結(jié)果可知， 多孔貧混凝土材料的抗溶蝕性能最好。沖刷試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，多孔混凝土的抗沖刷能力最好根據(jù)疲勞試驗(yàn)過(guò)程中得到的數(shù)據(jù)，建立斷塊抗壓強(qiáng)度15X 15X15cm的立方體、抗

22、彎拉強(qiáng)度55X15X15cm的抗折試件 以及水泥用量之間的回歸公式，水泥用量分別為220、200、180kg/m3。(w C )42.995fr22.379 *e cement 3.54 10 fc25.82S = 0.18 MPa ,R=75.4% n=60其中fr為多孔水泥混凝土試件的抗折強(qiáng)度，MPa; fc為多孔水泥混凝土試件的抗折斷塊的抗壓強(qiáng)度，MPa； Wcement為水泥用量,kg。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，一般抗壓強(qiáng)度和試件的抗折強(qiáng)度之比的范圍 在4.575.0之間，小于路用普通水泥混凝土試件抗壓強(qiáng)度和試件 的抗折強(qiáng)度之比7.010左右，可見(jiàn)多孔貧混凝土試件具有更 大的壓折比，顯示出很好的抗

23、折性能?？箟簭?qiáng)度的預(yù)估研究根據(jù)相關(guān)章節(jié)中對(duì)近80種級(jí)配進(jìn)行的研究，積累了大量級(jí) 配、水灰比、水泥品種、集灰比和強(qiáng)度之間的關(guān)系。并采用逐步 多元線性回歸的方法，判斷和強(qiáng)度最為密切相關(guān)的變量，最后再 采用非線性回歸的方法建立多元非線性回歸方程。3 123fc168.738* Vv .93.424(W/C) 1.041Ccement 131.25(A/C)R= 85.7%， S= 3.74MPa孔隙率和滲透系數(shù)之間的關(guān)系研究4.756k (Va / 20.466) 4.756 0.3894S=1.10 R=0.90， n=278。其中：k為滲透系數(shù)，在水頭差30Pa條件下測(cè)得；Va為試件的 有效孔隙

24、率。全孔隙率和有效孔隙率的關(guān)系V全 0.721V有效 7.51r2=95 7%抗折回彈模量多孔貧混凝土的抗折回彈模量約在 11000MPa左右。干縮分析試驗(yàn)干縮試驗(yàn)說(shuō)明多孔貧混凝土材料的干縮性能和貧混凝土性能 接近。飛散試驗(yàn)為研究基層材料抵抗沖擊力的大小， 進(jìn)行了肯塔堡飛散試驗(yàn)， 以評(píng)價(jià)不同基層材料在不同荷載作用下外表集料脫落散失的程 度。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：密實(shí)貧砼材料的飛散損失最小，其次是多孔 混凝土、水泥穩(wěn)定碎石最差，其試件幾乎全部松散。小梁疲勞試驗(yàn)對(duì) 180根梁試件集灰比為 10： 1 的抗折試件采用的上下應(yīng)力 比和集灰比 9： 1 的試件采用的抗折試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。7、貧混凝土透水基層路面

25、的使用性能評(píng)價(jià)為評(píng)價(jià)路面結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能，在室內(nèi)采用加速加載的直道試 驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)先后用三種軸重10t、13t、18t進(jìn)行5個(gè)月的直道運(yùn) 行試驗(yàn)，其中軸重10t運(yùn)行時(shí)間約1個(gè)月，軸重13t運(yùn)行時(shí)間約1 個(gè)月，軸重18t運(yùn)行時(shí)間約3個(gè)月。當(dāng)量軸載作用次數(shù)到達(dá)高速 公路使用末期的累計(jì)當(dāng)量軸次的要求。通過(guò)各方面試驗(yàn)檢測(cè)及其結(jié)果分析論證，說(shuō)明無(wú)論設(shè)透水基 層的瀝青路面還是剛性路面，與常規(guī)半剛性路面比擬均具有相當(dāng) 的疲勞壽命，且設(shè)透水基層的路面還具備排水的能力，充分顯示 了貧混凝土透水基層的優(yōu)越的路用性能。8、貧混凝土透水基層技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)貧混凝土透水基層 與水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比照分 析：(1)

26、 進(jìn)行了路面初期費(fèi)用的比照， 透水基層的直接單價(jià)比水泥穩(wěn)定碎石基層的直接單價(jià)稍高，同為 20 cm 時(shí)，每平米增加元。(2) 進(jìn)行了綜合單價(jià)分析，考慮路面后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用的情況，透水基層路面的綜合投資比水泥穩(wěn)定碎石路面減少元 /m2。三、主要研究成果本課題取得的主要研究成果有：1 、對(duì)路表滲入率、多孔材料滲透系數(shù)試驗(yàn)方法、路面內(nèi)部 排水時(shí)間和排水能力等方面開(kāi)展了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究分析，在此基 礎(chǔ)上提出了路面內(nèi)部排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。 包括： 研制了降雨模擬器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)路面滲水試驗(yàn)，測(cè)試路表滲入 率。并在對(duì)不同滲入率確定方法分析的根底上，建議采用 1 年一 遇 lh 的 設(shè) 計(jì) 降 水 強(qiáng) 度 值 的 0.3

27、30.50( 瀝 青 路 面 ) 或 0.500.67( 水泥混凝土路面 ) 作為路表設(shè)計(jì)滲入率。 研制出多孔道路材料滲透儀，并根據(jù)滲透試驗(yàn)，給出不同孔隙率試件滿足達(dá)西定律條件下要求的水頭范圍。 進(jìn)行了貧混凝土透水基層板模擬排水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定水 頭的條件下，在路面內(nèi)部水從上游到下游液面高度逐漸降低近似 呈拋物線，而不是直線。在穩(wěn)定流下，基層的排水能力可用公式 q kgs khr表示。當(dāng)基層底面為水平時(shí)，基層的排水能力為達(dá)2L西定律計(jì)算值的一半；當(dāng)基層底面橫坡為 s時(shí)，基層的排水能力 可近似為q kgs，這個(gè)公式形式上和達(dá)西定律接近，但橫坡s不是水頭損失i。在非穩(wěn)定流條件下，對(duì)不同孔隙率滲透系

28、數(shù)的試驗(yàn)板在 不同水力坡度下的排水時(shí)間進(jìn)行研究，為研究確定排水路面的排 水時(shí)間奠定根底。2、鑒于多孔貧混凝土材料的特殊性，對(duì)其有效孔隙率的測(cè)試方法、試件成型方法、級(jí)配設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究 分析，在此根底上提出了貧混凝土透水基層材料設(shè)計(jì)方法。包括： 推薦使用抽真空法代替其他方法作為有效孔隙率的標(biāo)準(zhǔn) 方法；體積測(cè)定采用直接測(cè)量的方法，而不宜其它常規(guī)的方法。 同時(shí)探討了應(yīng)用圖像識(shí)別方法計(jì)算試件端面孔隙率的有效性。 推薦室內(nèi)采用上置式振動(dòng)法成型多孔貧混凝土材料。 分別采用五種思路對(duì)多孔貧混凝土級(jí)配進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)多 孔貧混凝土試件最終全孔隙率等于集料形成的礦料間隙率 VMA 減去水泥石的體積。

29、最后提出用體積法為主的貧混凝土透水基層材料配合比設(shè)計(jì)方法。3、通過(guò)室內(nèi)外試驗(yàn)和系統(tǒng)的理論計(jì)算分析，結(jié)合直道足尺試驗(yàn)，探討了貧混凝土透水基層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，提出了貧混 凝土透水基層路面設(shè)計(jì)方法，彌補(bǔ)了現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的缺乏。 包括： 通過(guò)貧混凝土透水基層水泥混凝土面板的室內(nèi)直剪試驗(yàn) 和現(xiàn)場(chǎng)頂推試驗(yàn)，建立了貧混凝土透水基層與水泥混凝土路面板 層間結(jié)合模型。 結(jié)合試驗(yàn)，建立貧混凝土基層水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)分析模 型，運(yùn)用非線性有限元方法計(jì)算分析了貧混凝土透水基層水泥混 凝土路面的荷載應(yīng)力、 溫度應(yīng)力及其在各影響因素下的變化規(guī)律， 重點(diǎn)探討了層間結(jié)合狀態(tài)對(duì)上下板應(yīng)力的影響，并提出了貧混凝 土透水基層切

30、縫和未切縫情形下的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力計(jì)算方 法。在試驗(yàn)和理論分析根底上，提出了貧混凝土透水基層水泥混 凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。 通過(guò)計(jì)算分析，指出對(duì)于設(shè)貧混凝土透水基層的瀝青路 面，可沿用現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所提設(shè)計(jì)方法。4、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拌合工藝、成型工藝、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制技術(shù)以及養(yǎng) 生方法進(jìn)行試驗(yàn)研究， 提出了一套適于貧混凝土透水基層的施工 工藝。 包括： 多孔貧混凝土材料宜采用普通拌和方法， 攪拌時(shí)間以攪拌 葉片的平均行程70100m所需時(shí)間確定。 室內(nèi)試驗(yàn)說(shuō)明振動(dòng)壓實(shí)工藝優(yōu)于靜碾工藝。 多孔貧混凝土 透水基層適宜的施工工藝是：頻率為 30Hz,激振力為7612N、靜 面壓力為109kPa,振幅為。 多孔貧混凝土基層的松鋪系數(shù)一般在 1.22左右，推薦采 用靜碾 1 遍大振 1 遍-小振 1 遍靜碾去輪跡的施工工藝。并 且現(xiàn)場(chǎng)采用灌砂法控制壓實(shí)度。5、通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)貧混凝土透水基層材料的各項(xiàng) 性能進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究分析， 論證了貧混凝土透水基層材料 優(yōu)良的路用性能。 包括： 根