沥青路面施工回弹模量及弯沉指标相结合的质量控制分析
2022-08-10董嫚
董 嫚
(贵州省公路工程集团有限公司,贵州 贵阳 550001)
0 引言
沥青混合料拌和、运输、摊铺施工阶段,受多种因素耦合作用,易发生不同程度的沥青混合料离析现象,诱发车辙、泛油、开裂、坑洞等质量病害,而国内现有沥青道路施工规范、质量评定标准中缺乏沥青混合料离析检测、评定标准[1]。道路弯沉测试是检测道路施工质量的重要方法,混合料离析对材料模量差异具有重要影响。基于此,该文依托某高速公路工程,运用室内试验与现场试验的方式,建立回弹模量与弯沉相结合的沥青路面质量动态控制模型,具有十分重要的现实意义。
1 路面施工的控制指标
1.1 施工质量管理方法
道路工程具有流动性、单体性、综合性特点,施工阶段可通过强化关键工序、核心施工参数控制,实现对道路工程整体质量的有效控制。道路工程建设领域,尤其是质量管理工作,应用最多的为“三阶段控制”理论和方法,该理论核心为事前、事中和事后控制。“三阶段控制”理论是工程建设管理中多次出现的方法,该管理方法与全面质量管理类似,突出动态管控思想,服务于建设质量提升。
事前控制主要采取预控措施,施工单位于施工前,全面了解项目施工情况,评估影响质量的因素,制定控制措施、计划,做好相应预案,从组织、技术、经济等方面做好准备工作,保障工程顺利实施,为项目建设质量管控奠定坚实的基础;事中控制即施工过程中实施质量控制工作,该过程共有两种类型,为质量责任人自发实施的质控措施以及其他监督。上述两种措施类型中,自行控制更为关键,整个施工过程以此类措施为主,自我控制贯穿施工全程,通过自身管理措施主动约束施工行为,提升施工质量,完成施工任务,并达成既定质量目标;事后质量控制也被称为被动控制措施,其于事后实施。主要措施为评定工程质量,开展纠偏措施。该措施于项目竣工或工序完工后实施质量评定活动,评判工程质量情况,了解是否符合国家质量标准,如质量不足或存在偏差,则需评判偏差是否可控,是否在误差范围,如偏差较大,则应实施系列纠偏措施,将质量偏差纠正。
现阶段,国内道路设计、施工规范普遍以设计弯沉作为道路施工质量控制指标,其能够较为准确、全面地反映道路结构强度,相较于道路弯拉应变、土基顶面压应变等指标,具有观测简单、实操性强等优势[2]。
1.2 结构层不同龄期的弯沉测试
现行沥青路面设计、施工规范以道路工后特定龄期设计弯沉值为道路质量验收指标。以某高速公路为案例工程,选取27个测点,分别测定基层17 d、25 d、32 d、64 d龄期,下面层在7 d、17 d、25 d龄期弯沉值,结果分别见图1、图2。
图1 不同龄期基层实测弯沉
图2 不同龄期下面层实测弯沉
由图1、图2可知:①工程基层、下面层结构弯沉随龄期增加而降低;②各测点材料来源相同,弯沉测试间隔时间较短,可知混合料离析是造成道路各测点弯沉差异的主要原因。
2 施工质量动态控制
2.1 质量控制图
通过采集道路施工数据绘制质量控制图,可较为准确地评价道路工程施工质量,反映各工序质量弊病[3]。
2.2 弯沉动态控制
案例工程下面层控制图参数结算结果见表1。
表1 下面层控制图参数计算结果
2.3 弯沉随龄期的变化规律
(1)由图1、图2及现场实测弯沉数据可知,道路各结构层弯沉值与其施工龄期有关。由各结构层不同龄期弯沉数据,可拟合出道路各结构层弯沉随龄期变化关系式,见表2。
表2 各结构层弯沉随龄期的变化规律
(2)将各结构层施工龄期代入拟合公式,可算得相应结构层各龄期弯沉值,结果见表3。
表3 各结构层不同龄期弯沉标准值
(3)施工阶段通过对比各结构层相应龄期实测弯沉与标准弯沉值偏差,可及时发现结构层质量问题。
3 高速公路沥青路面施工质量监控分析
某高速公路工程,沿线场地土体潮湿、施工周期较短,工程交付运营不久便出现较为严重的沉降变强、开裂等质量病害。为消除道路沉降及继发病害,道路路基、底基层、基层施工阶段,就采用弯沉测试控制各结构层施工质量[4]。
3.1 原材料控制
引起道路各结构层实测弯沉值偏差过大的主要原因有路面温度、湿度、材料参数等。
(1)粗级料在沥青混合料摊铺碾压后,相互嵌挤形成骨架结构,决定了沥青路面结构刚度、强度性能。初级料一般选用质地坚硬、耐磨性强的碎石,保证路面承载力性能。
(2)面层混合料摊铺施工阶段,粗级料在高温状态下受压实设备碾压作用,易发生破碎现象,为保证道路中、下面层结构层高度,需要考虑粗级料高温压碎指标。
(3)细集料起到填充粗级料间隙、改善沥青薄膜分布等作用,可以粗集料、沥青胶结料配合形成沥青路面宏观构造,一般要求其干燥、洁净、含泥量达标[5]。
(4)沥青胶结料起到胶结作用,其技术指标对沥青路面强度、水稳定性、温度稳定性等具有重要影响,其技术指标应符合相关规范要求。
3.2 弯沉监控布置方案
测点布设间距为20 cm,其中测点1~3布设在路面结构一上;测点4~6布设于路面结构二上;测点7~9布设于路面结构三上,弯沉测试采用贝克曼梁法,回弹模量测试采用承载板法。
3.3 测试结果分析
分别测试3种路面结构精加工层、低基层、下基层、下面层、中面层、上面层的弯沉、回弹模量数据,结果见表4和表5。
表4 各结构层承载板回弹模量测试
表5 各结构层回弹弯沉测试结论
由表4可知:①精加工层一、二、三结构层各测点回弹模量均值为265.2 MPa,标准差为49.85 MPa,符合规范要求,路基施工质量良好;②底基层强度符合设计要求,但其9个测点回弹模量标准差为150.7MP,离散性较大,耐久性、稳定性不足,易发生早期病害;③下基层结构一回弹模量离散性较大,不符合规范要求;结构二、结构三回弹模量离散性较小,满足规范及设计要求;④下面层顶回弹模量均值为5 942.9 MPa,标准差为145.8 MPa;⑤中面层顶结构一回弹模量标准差为469.7 MPa,离散性较大,不符合设计要求;⑥表面层测点3处回弹模量离散性较大[6]。
表5可知:①碎石精加工层、底基层弯沉值离散性较大,表明两结构层施工质量受路基施工质量影响较大;②各面层回弹弯沉测试结果差异较小,表明弯沉值无法全面反映道路施工质量,结构层需采用回弹模量评价其施工质量,实现对道路施工质量的有效控制。
4 结论
该文依托实体工程,运用现场测试和室内实验的方法,研究了沥青道路各结构层弯沉指标随着施工期间变化的关系,提出了沥青路面施工回弹模量及弯沉指标相结合的质量控制措施,结论如下:
(1)沥青路面各结构层弯沉值随施工龄期延长呈减小趋势,且各测点弯沉实测值受测点分布、材料均匀性影响表现出较大的差异性。
(2)以结构设计弯沉作为沥青路面结构层施工质量控制指标,可通过各结构层弯沉随龄期变化关系式,计算其相应龄期的弯沉数据,控制道路施工质量。
(3)部分结构层无法单独通过回弹弯沉评价结构层施工质量,可配合相应结构层回弹模量指标,实现对道路结构层施工质量的整体控制。