潮莞高速公路瀝青路面施工質量的符合性檢驗

馮金庫

摘 要：施工變異性會導致瀝青路面材料性能產生偏離，可能引發多種早期病害，影響道路的使用性能和服務水平，降低道路的服役壽命。為分析道路施工的變異性及其對道路使用性能的影響，本文分析了瀝青路面施工時，瀝青指標、礦料級配、瀝青含量及空隙率等主要控制參數變異性范圍及概率分布，進而運用誤差傳遞原理和蒙特卡洛分析了瀝青混合料動態模量，并分析了瀝青面層厚度的變異性。最后通過蒙特卡洛模擬分析了粘土、粉土和砂土中稠度和壓實度變異性對土基回彈模量的影響。

關鍵詞：路基評價;評價體系;層次分析法;模糊數學理論

0 前言

隨著瀝青路面廣泛的應用，我們發現在運營初期（2～3年），瀝青路面的早期破壞現象較為嚴重，如開裂、車轍、水損害等，這些病害直接導致了瀝青路面使用性能的下降，嚴重影響了道路的使用率和通行率，同時也帶來了巨大的經濟損失。以往的研究中，人們比較重視瀝青路面施工中各參數的均值和極值，而忽略了施工中變異性的問題。而目前的路面結構設計的發展趨勢需要人們考慮設計參數的變異性，并建立概率型的路面設計方法，與此相應地，就需要分析和控制施工中的變異性。在瀝青路面施工過程中，瀝青的性質、混合料級配、油石比、壓實度、厚度等是重要的控制指標。而現行的規范和施工實踐中，并沒有考慮上述指標在施工中產生的變異性，僅規定了指標的控制范圍。施工參數的變異性會造成路面是結構與設計結構產生差異，這種差異是瀝青路面產生早期損害的主要原因。因此，對瀝青路面施工參數的變異性進行分析和研究，對于提高瀝青路面的施工質量，提高路面的使用性能、減少瀝青路面的早期損害及保證路面的使用壽命，具有十分重要的意義[1-4]。

1 瀝青面層材料模量的符合性檢驗

1.1 瀝青混合料動態模量預測模型

瀝青混合料作為一種典型的粘彈性材料，受時間和溫度的雙重影響，我國路面設計中采用的是靜態模量值，它是彈性條件下應力與應變的比值，忽視了瞬態響應，所以與路面實際受力狀態差別較大，而動態模量考慮了時間的影響，是應力幅值與應變幅值的比值，可以較好的描述溫度與荷載的共同影響，從而更好地模擬混合料真實的受力狀態。而路面結構和材料的設計和研究中所要關心的正是車輛不同動態荷載下的路面動態響應特性。在瀝青混合料動靜模量的對比研究中，羊明對比試驗數據發現，溫度20℃、加載頻率10 Hz情況下的混合料動態模量約為靜態模量的2.0～2.5倍。孫建對比動靜模量發現15℃時的動靜模量比為1.3～1.7之間，而20℃時則為1.7～2.5之間。

研究表明，在固定溫度和荷載條件下，瀝青混合料動態模量和靜態模量也存在著一定的關系。基于統計方法研究瀝青混合料動態模量預估得出的預估模型較多，尤以Witczak模型最具代表性。

Witczak和 Fonseca通過2 800多個動態模量數據，建立了密級配瀝青混合料動態模量的預估模型。該模型包括以下參數：瀝青黏度及用量、19 mm、9.5 mm和 4.75篩孔篩余及0.075 mm篩孔通過率、空隙率、溫度和加載頻率。計算式如下：

1.2 基于蒙特卡洛模擬的符合性檢驗

蒙特卡羅方法是對隨機誤差傳遞過程進行間接模擬，然后通過統計方法分析測定結果。當各直接測定量的隨機誤差相互獨立時，與誤差傳遞公式計算結果一致;當各直接測定量的隨機誤差不相互獨立時，亦能得到正確結果。

蒙特卡羅方法一般模擬次數多，重復計算量大，編程運算則需要花費大量時間，而MATLAB作為一種功能強大的科學計算軟件，其編程語言簡單，效率較高，自帶工具箱中的功能函數多大200 多個P27，所以本文通過MATLAB來模擬和計算其誤差的傳遞和分配情況。在計算中假定各參數服從正態分布，研究中發現，有些參數的測量值有時不一定服從正態分布，根據實際情況，此方法可以使用各參數任何分布的情況。

2 土基回彈模量預測模型

根據《柔性路面結構設計方法》中提出的土基回彈模量和砂礫含量、土體含量水量、塑性指數及壓實度的關系：

時偉根據、、76 g錘的塑性指數Ipy和100 g錘之間的換算關系，粘土、粉土和砂土稠度與含水量的換算關系，同時令重型擊實Kh= C×K，得到以下一組公式：

各土質平均砂礫含量一般為：砂土為50%～85%，粘土為50%～60%，粉土為20%～70%。王新岐對廣東南部地區土質進行調查得出該地區砂土砂礫含量可取65%，粘土為50%，粉土為45%，分別帶入上式，得到結果如下：

3 土基回彈模量預測模型

（1）在此處依然假定稠度和壓實度數據服從正態分布，以粘土為例，在 MATLAB中的具體程序如下：

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）下面分析壓實度和稠度在相同變異性的情況的影響分析，本文對選取壓實度變異性為1.5%，稠度變異性為1.5%和7.3%。

上述分析結果顯示，相同變異性條件下，壓實度變異性對模量的影響要高于稠度的影響。但是實際施工中壓實更容易控制所以變異性較小，而稠度變異性則一般較大。

以帶入稠度實際的變異性，則粘土和粉土稠度變異性對模量的影響要遠遠大于壓實度造成的影響，而砂土稠度變異性的影響則較小。

4 研究結論

本文對施工中主要參數的變異性進行分析，歸納總結了影響變異性的因素及相應控制措施，介紹了誤差傳遞原理及方法，并將其應用于潮莞高速公路瀝青路面動態模量的變異性分析中，得出的主要研究成果如下：

（1）厚度的測量值符合正態分布和對數正態分布，為了計算簡便，按正態分布考慮;隨著路面結構層的上升，厚度變異性減低。

（2）粘土和粉土中稠度變異性對模量的影響比壓實度變異性的影響大很多，而砂土中稠度變異性的影響較小，且低于其壓實度變異性的影響。

參考文獻：

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

[2]蔡二偉.瀝青混凝土路面施工參數變異性分析及控制對策[J].現代交通技術，2004（1）：17-19.

[3]王艷麗.瀝青混合料級配優化研究[D].西安：長安大學，2008.