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1、精品论文大集合京津塘路面芯样回弹模量试验的问题浅析1张艳红1 ，王晓帆21.长安大学公路学院，西安 (710064)2.中交一公局公路勘察设计院有限公司，北京（100024)E-mail: zyh03050; xiaofan2319摘要：路面现场钻取芯样的抗压回弹模量是改扩建工程设计的一个重要参数。结合京津塘高速公路改扩建工程的需要，对现场钻芯先进行切割处理后，在室内采用路强仪测其模量值。 结果发现，钻芯抗压回弹模量试验与室内试验的的结果存在一定的差异性和特殊性，结合试 验方案，提出了目前钻芯的模量试验存在的不足及改进意见，以期对改扩建工程设计提供更 好的依据。关键词：京津塘；改扩建工程；路面
2、芯样；抗压回弹模量；单轴压缩实验0 引言随着经济的不断发展，某些早期修建的高速公路已不能满足交通需求，需要扩大通行能 力，增加车道数，对旧路进行改扩建设计，例如京津塘、沈大等高速公路。本文的研究即依 托于京津塘旧路改扩建工程。在道路改扩建工程中，旧路路况评价是其首要环节，是改扩建 工程设计的重要依据之一。其中，沥青混合料的抗压回弹模量作为路面结构设计的一个重要 参数，不仅能反映路面使用性能的衰减状况，并可为路面的改扩建设计提供重要依据35。 与室内成型的试件有所不同，试验材料的来源是通过在旧路上不同路段钻取芯样，以期得到 路面运营多年后各结构层的抗压回弹模量值。然而，现有研究多集中于对室内及现
3、场回弹模 量的讨论4，对旧路芯样的实验及理论研究较少。因此，本文结合京津塘项目的需要，通过 对现场钻取的芯样测定抗压回弹模量值，发现了芯样抗压回弹模量实验与现场测试回弹模量 及室内成型试件的回弹模量实验的差异性及特殊性，同时也提出目前该类实验存在的问题及 解决方法，以期为改扩建工程设计提供参考及依据。1 京津塘路面芯样抗压回弹模量试验方案由于是旧路上采集的芯样，因此不能采用适于在现场测试回弹模量的承载板法及贝克曼 梁法，亦不能采用适合于路基材料回弹模量测试的承载板法及顶面法。本文根据公路工程 沥青与沥青混合料试验规程(JTJ 052-2000) T073-2000 中的试验要求进行沥青混合料单
4、轴压 缩试验 1 ，试验仪器采用路面材料强度试验仪(如图 1)。试验温度采用 20，加载速率为2mm/min。1.1 试验用芯样本次实验的试件为京津塘高速公路部分路段现场钻取的芯 样，直径为 150mm。基于不同路段的加铺养护状况不同，因此 各段落的芯样高度差异较大。而单轴压缩试验中要求的试件尺 寸为直径 100mm2.0mm,高 100mm2.0mm1，与现场钻取芯样 的尺寸存在较大差异，须按拟定项目要求及实验计划对芯样进 行切割及处理。图 1 路面材料强度仪1本课题得到京津塘高速公路改扩建工程的资助。- 6 -1.2 试件切割方案由于现场芯样是从旧路上用钻芯取样机取得，不同于室内成型的试件
5、，其尺寸受多种因 素影响及控制，未能满足试验规程1要求的尺寸,此外，由于芯样各结构层厚度存在差异性， 若将试件各结构层切割后单独进行实验，实验将没有可比性，且单层结构层(尤其是上、中 面层)的高度较小，试验的实际可操作性较低。因此，为了使试验结果更具有可比性，也为 了提高实验的可操作性，将芯样切割成全厚、上中结构式及单独结构层三种类型，其中“全 厚式”芯样高度为 15 cm ,上中面层结合式芯样高度为 15cm 或 10cm,而单独结构层式芯样则 选择具有代表性的较高的芯样，各层厚度为 610 cm。需要说明的是，由于切割试件时尺 寸存在一定的偏差，故试件的实际高度在一定范围内稍有浮动。1.3
6、 试验方法由于芯样数量有限且其混合料类型各不相同，因而在实验前未按规程要求先将芯样加 载至破坏读取峰值，而是按保守经验值进行逐级加载卸载，记录每级回弹变形直至数据满足 要求。一般按每级 46KN 逐级加载，分七级进行加载，以便后期按试验规程要求对数据进 行处理。2 试验结果2.1 试验数据该高速公路全线共分为五个段落，按试验规程要求对数据处理后，现将各段的代表芯样 的回弹模量计算结果列出如下表 1 所示。表 1 芯样回弹模量计算结果汇总试验段落试验编号试件直径/mm试件高度/cm试验层次抗压回弹模量/Mpa北京115010.5下743.04廊坊215全厚878.25天津西 1315全厚877.
7、98415.6全厚812.52515.3全厚1191.4266.1上330.16715全厚615.55814.8全厚500.77天津西 2915上中合870.19107.4上456.99116.2中307.65126.1下325.411310.3下453.94天津东1415.2全厚1093.771510.5全厚628.271610.5上中合594.51710.2全厚504.49189.5下481.141910.2中472.182010.2下467.312.2 数据处理为了提高数据的准确性及科学性，对表 1 中的可疑数据应该用数理统计的方法判别其真 伪，并决定取舍。常用的方法有拉依法、肖维纳特法
8、、格拉布斯法等4。本文采用较为常见 的肖维纳特法。2.2.1 肖维纳特法简介11进行 n 次试验，其测量值服从正态分布，以概率2n设定一判别范围( kn Sk , kn S ),当偏差(测量值 xi 与其算术平均值 x 之差)超出范围时，就意味着该测量值 xi 是可疑的，应予舍弃。 判别范围由下式确定：1 = 1 knnt 2e 2 dt2(式 1)2 kn式中： kn 肖维纳特系数，与试验次数 n 有关，可由正态分布系数表查得，见表 2。表 2 肖维纳特系数nknnknnknnknnknnkn31.3881.86132.07182.20232.30502.5841.5391.92142.10
9、192.22242.31752.7151.65101.96152.13202.24252.331002.8161.73112.00162.15212.26262.392003.0271.80122.03172.17222.28272.495003.20因此，肖维纳特法可疑数据舍弃的标准为：xi xS kn(式 2)2.2.2 数据处理结果本研究采用肖维纳特法，对表 1 的试验数据进行处理后，得到京津塘旧路面抗压回弹模 量的综合评价表，见表 3。表 3面层抗压回弹模量综合评价评价段落试件直径(mm)试件平均高(cm)试验层次抗压回弹模量(Mpa)北京15010.5下743廊坊15015全厚878
10、天津西 115016全厚8006上330天津西 21507.4上4576.2中3086.1下32515上中合870天津东15010.2中4719.5下46710.5上中合59410全厚50415全厚10943 试验结果分析由表 3 可以看出，“全厚式”(试件高度 15cm)芯样及“上中结构式”芯样的抗压回弹模量值 普遍较大，而“单独结构层”式(上、中及下面层)芯样由于各结构层高度不一，数值差异较大 且总体偏小。从试验结果来看，数据存在一定的变异性，分析原因如下：芯样切割高度不同直接导致模量值相差较大；试验过程中由于加载大小及加载级数略微不同，因而在后期进行数据处理时所取的第 五级荷载不同，由此
11、可能导致数据出现一定偏差；在钻芯取样及搬运过程中，试件可能遭到不同程度的破坏，由此导致芯样的模量出现 了不同程度的降低；由于面层模量实验对试件表面平整度要求较高，若芯样表面不平整或出现偏斜均会使 数据出现较大的偏差；而由于在切割试件时存在一定的误差，可能使试件切割面出现偏斜、 不正，尽管在试验过程中已采用铺砂垫平表面的方式进行修正，但是依然会使实验数据出现 变异性；从数据分析结果来看，由于芯样按三种不同的处理方式进行实验，因此各段落模量下 降情况需根据各段芯样处理方式的不同进行具体比较，权衡取平均值进行参考，一般“全厚 式”芯样数据与试验规程要求较吻和，但由于其结合了路面三个层次，因此不能单独
12、评价各 个功能层，只能作为该段模量的一般取值参考，而由于“上中结合式”及“单独结构层”由于试 件高度与规程要求差距较大，因此数值普遍偏小，尤其是“单独结构层”，由此在具体评价时 需对 3 种不同类型的芯样进行综合考虑，在尽量满足试验规程要求的前提下，使取值更具有 代表性。4 试验问题总结通过以上对京津塘高速公路上现场钻取芯样进行切割处理后的模量实验，发现数据存在 一定的变异性，不能为旧路提供较为全面、可靠的评价，提供改扩建设计用的重要设计参数。 正是由于现场钻芯的特殊性，使得对芯样的模量实验存在以下问题：芯样的各结构层高度不一，因而使得评价各结构层的模量值存在困难；若按现今试验规程的试件尺寸对
13、芯样进行处理，由于芯样高度将较大，可能包括路面 两个或三个结构层，因而该法所得模量值为面层的综合模量，不能反映各结构层的模量，实 际中数据的可用性不强，不能直接作为路面设计的参数，只能从总体上说明旧路的使用性能 下降状况；规程1要求在实验前先将试件加载至破坏以测其峰值，实际中，由于芯样数量的有限 性，且各个芯样的尺寸及材料存在差异，不可能将芯样逐个加载破坏，这样实验将失去意义；由于芯样的破坏峰值未知，实验中进行加载的大小为不确定因素，只能按保守值进行 加载，此法将使实验存在一定的变异性，且加载大小不同，模量值结果可能不同，此问题亦 须引起足够的重视3。5 解决方法初探对于旧路上采集的芯样的抗压
14、回弹模量试验，建议通过以下途径使试验数据更具科学性：钻芯前期应对取样点作详细规划，各段落的芯样数量尽可能保持均衡，同时应详细掌握旧路各路段的原始设计资料，对采用同一路面结构及混合料类型的路段进行合理分类，由此在对旧路芯样进行抗压回弹模量时可按段进行，基于各段相同的路面结构方案，可在各段内选取代表性芯样先将其加载至破坏，读取破坏峰值，并按试验规程要求的要求进行加载， 提高数据的准确性；在取芯及芯样搬运过程中，尽可能保持其完整性，以便尽可能地模拟原有路面的实 际面层回弹模量，尽量减小因人为因素引起的模量损失；由于用钻芯机钻取后的芯样高度各异且表面较不平整，因而需要对芯样进行切割后 才能进行试验。切
15、割芯样时提高其精确度和平整度，保证芯样上下表面平整，减小高度不均 对试验结果的影响；芯样分类需根据各段旧路芯样的完整及破坏情况进行科学规划，本文建 议尽可能按路面结构层进行划分，亦可根据需要进行全厚式(按试验规程要求令芯样高度为15cm)。本文中对芯样的处理方法可为其它旧路的评价提供参考。在后期对试验数据进行处理时，尽可能采取科学的数理统计方法(如肖维纳特法)剔除 可疑数据，并根据旧路的分段情况对各种高度的芯样模量进行归类评价，得出其综合参考值。由于本文试验的芯样数量较为有限，因此并不能给出各芯样高度的修正系数。建议 试验规程上提供不同芯样高度的高度修正系数，以便对芯样进行分层评价。6 小结旧
16、路芯样的抗压回弹模量作为旧路路况评价的重要参数，将为旧路的改扩建提供重要依 据，在一定程度上反映旧路性能的衰减状况。但目前其试验方法存在一定的问题，使试验结 果的可靠性降低，影响了旧路的全面评价。鉴于此，须全面考虑现场钻芯的特殊性，对试验 中存在的问题进行深入的研究并加以解决，以期对旧路进行更为全面的评价。参考文献1 JTG052-2000，公路工程沥青与沥青混合料试验规程S.北京:人民交通出版社,2000 2 JTGD50-2004，公路沥青路面设计规范S.北京:人民交通出版社,20063 于凤河，张永明，宋金华等.道路改扩建工程设计与施工技术M.北京:人民交通出版社,2004:1104张超
17、，郑南翔，王建设.路基路面试验检测技术M.北京:人民交通出版社,2004:66-685 姚爱玲，张西玲，王选仓.测试方法对沥青混合料抗压回弹模量的影响J.长安大学学报(自然科学版)，2005，25(6):22-246 王龙，解晓光，李长江.级配碎石性能的振动与击实成型对比试验J.中国公路学报，2007，20(6)7 魏建国，查旭东，郑健龙，王秉纲.基于不同成型方法的沥青碎石混合料性能对比J.交通运输工程学报，2007,7(2):41-458 徐永丽.沥青混凝土路面芯样评价指标体系的研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学:2006,69 沈金安.沥青与沥青混合料的路用性能M.北京：人民交通出版社，200
18、1，(5):302-412Analysis on the compression resilient modulus experiment of pavement core samples from Beijing-tianjing-tangshan projectZhang Yanhong1, Wang Xiaofan21Highway college, Changan University, Xian, Shanxi, China（710064）2China Communications first highway engineering bureau Highway Investigat
19、ion and DesignInstitute limited company, Bei jing, China（100024)AbstractCompression resilient modulus of core samples from pavement is a important parameter for the designof reconstruction and extension projects. According to the needs of the reconstruction and extension project of beijing-tianjing-
20、tangshan expressway, firstly cutting the spot core samples, then measure their compression resilient modulus by the pavement strengthen measuring instrument in indoor. As a result its found that the difference and particularity of the spot core samples compression resilient modulus experiment compar
21、ed with laboratory test. Take the experimental scheme into consideration, the problems of core samples modulus experiment are put forward to provide better base for the design of upgrading project.Keywords: beijing-tianjing-tangshan; upgrading projects; core samples from pavement; compression resilient modulus; uniaxial compression test作者简介：张艳红(1985-),女，福建泉州人，长安大学公路学院研究生，研究方向：路面工程； 王晓帆(1984-),女，陕西绥德人，中交一公局公路勘察设计院有限公司，助工。
