山區(qū)公路貧混凝土透水基層的研究.doc

西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目合同號(hào)：2001 318 788 31山區(qū)公路貧混凝土透水基層的研究項(xiàng)目研究報(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 Lean Cement Base in Mountain Area交通編號(hào)項(xiàng)目來(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)項(xiàng)目起止年限2001年9月至2004年10月第一完成單位廣西交通科學(xué)研究所項(xiàng)目負(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)，教授）周志剛項(xiàng)目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、張維軍、鄧廷權(quán)交通部公路科學(xué)研究所：田波、牛開民、夏玲玲、劉英、 穆占領(lǐng)、張建華長(zhǎng)沙理工大學(xué)：周志剛、李宇峙、張起森、邵臘庚、李強(qiáng)、張紅波、謝軍、敖星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、基層一、概述隨著公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)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，雖然都采用型瀝青混凝土做面層，有的中面層也是型瀝青混凝土，但都未能避免水破壞現(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)表明,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)用奠定基礎(chǔ)，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，必須盡快開展這方面的研究工作，以適應(yīng)目前西部大開發(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1.1路表滲入率的研究采取常規(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.cm)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.cm)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)度較大時(shí)，降雨量的95以上都隨地面徑流而流走，僅有少部分通過(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基礎(chǔ)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。1.2滲透性試驗(yàn)研究1.2.1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)滲透儀已獲得發(fā)明專利。1.2.2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)表明孔隙率越大，滿足達(dá)西定律所要求的水頭越低。1.3路面實(shí)際排水能力的研究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：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：1.4計(jì)算排水能力時(shí)滲透系數(shù)的取值方法直接的方法，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：第一步進(jìn)行足尺試驗(yàn)板試驗(yàn)得到滲透系數(shù)k；第二步對(duì)試驗(yàn)板鉆芯，確定其確定室內(nèi)滲透系數(shù)k ；第三步 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 則K=A* k 在求得修正的滲透性系數(shù)后，可使用杜布依公式推求路面的排水能力。1.5非穩(wěn)定流時(shí)的排水時(shí)間研究設(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)果表明，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： （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，有如下回歸公式： （R2=0.048, s2=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2.1孔隙率的確定方法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)果表明和實(shí)測(cè)結(jié)果接近。2.2試件成型方法的研究不同的成型方法對(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)比較，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 不同成型方法的比較成型方法破碎率強(qiáng)度變異性孔隙率變異性控制壓力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。2.3材料的級(jí)配研究為得到多孔結(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：式中：V試件的全孔隙率；VMA集料壓實(shí)后形成的間隙率；VCement水泥石的體積。2.4配合比設(shè)計(jì)方法研究2.4.1級(jí)配設(shè)計(jì)級(jí)配設(shè)計(jì)滿足以下三個(gè)原則：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。2.4.2水泥用量的確定 水泥漿的用量可以模仿瀝青混凝土計(jì)算瀝青膜的思路，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，那么比表面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。2.4.3水灰比的確定試驗(yàn)表明在相同集灰比條件下，在一定范圍內(nèi)存在最佳水灰比使強(qiáng)度達(dá)到最大，但一般強(qiáng)度峰值并不明顯。所以尋找最佳水灰比的重點(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。目前使集料表面帶有金屬光澤的水灰比是一個(gè)比較理想的水灰比。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3.1水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究3.1.1層間粘結(jié)問(wèn)題的研究為防止路面水泥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)。3.1.2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)果和規(guī)范計(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。層間分離時(shí)需同時(shí)以對(duì)混凝土面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)更接近于分離式。3.1.3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0.4m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：式中：為部分結(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；為光滑狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力；為完全結(jié)合狀態(tài)下路面結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力。3.2瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究研究對(duì)四種基層模量（2000，5000，10000，15000MPa）、四個(gè)基層厚度（10、15、20、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)果表明，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4.1拌和工藝的研究4.1.1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。4.1.2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。4.2成型工藝的研究4.2.1振動(dòng)成型工藝的研究(1) 頻率的影響在相同的激振力下，低頻高幅的振動(dòng)方式只須較少的時(shí)間就可使混合料達(dá)到預(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，否則會(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，要達(dá)到相同的孔隙率，過(guò)低或過(guò)高的振幅都要較多的振動(dòng)時(shí)間。振幅在0.9mm1.5mm的范圍內(nèi)時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均較為合適。4.2.2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。4.3.延遲時(shí)間的影響隨著成型時(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碾壓成型工作。4.4現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制技術(shù)研究進(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。4.5養(yǎng)生方法的研究為研究室外環(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)度發(fā)展的養(yǎng)生措施。5、試驗(yàn)路簡(jiǎn)介5.1南壇試驗(yàn)路南壇路位于南寧盆地內(nèi)，公路自然劃區(qū)為6。年平均降雨量1313.1mm，依托工程為A標(biāo)的石埠南互通，總長(zhǎng)為3.187km。多孔貧混凝土透水基層設(shè)計(jì)厚度為20cm。5.2全黃路實(shí)體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部分，項(xiàng)目所在區(qū)域雨量充沛，全年平均降雨量1313.1mm，屬我國(guó)南部多雨潮濕地區(qū)。實(shí)體工程樁號(hào)為 K9+760K10+210全幅，全長(zhǎng)450米，路段為填方路堤，路基寬26m。5.3試驗(yàn)路鋪筑結(jié)論通過(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6.1溶蝕試驗(yàn)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。6.2抗沖刷試驗(yàn)沖刷試驗(yàn)結(jié)果表明，多孔混凝土的抗沖刷能力最好。6.3多孔貧混凝土材料抗壓和抗折強(qiáng)度關(guān)系研究根據(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（151515cm的立方體）、抗彎拉強(qiáng)度（551515cm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。0.18 MPa ， R=75.4% n=60其中 為多孔水泥混凝土試件的抗折強(qiáng)度，MPa；為多孔水泥混凝土試件的抗折斷塊的抗壓強(qiáng)度，MPa；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），可見多孔貧混凝土試件具有更大的壓折比，顯示出很好的抗折性能。6.4抗壓強(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。R85.7% ， S= 3.74MPa 6.5 孔隙率和滲透系數(shù)之間的關(guān)系研究S=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為試件的有效孔隙率。6.6 全孔隙率和有效孔隙率的關(guān)系 R2=95.7% 6.7 抗折回彈模量多孔貧混凝土的抗折回彈模量約在11000MPa左右。6.8 干縮分析試驗(yàn)干縮試驗(yàn)表明多孔貧混凝土材料的干縮性能和貧混凝土性能接近。6.9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表面集料脫落散失的程度。試驗(yàn)結(jié)果表明：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。6.10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0.08的高低應(yīng)力比和集灰比9：1的試件采用0.2的抗折試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。7、貧混凝土透水基層路面的使用性能評(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)達(dá)到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，表明無(wú)論設(shè)透水基層的瀝青路面還是剛性路面，與常規(guī)半剛性路面比較均具有相當(dāng)?shù)钠趬勖?，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)對(duì)比分析：(1)進(jìn)行了路面初期費(fèi)用的對(duì)比，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1.66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11.9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基礎(chǔ)上，建議采用1年一遇lh的設(shè)計(jì)降水強(qiáng)度值的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表示。當(dāng)基層底面為水平時(shí)，基層的排水能力為達(dá)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，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)間奠定基礎(chǔ)。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，在此基礎(chǔ)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。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)規(guī)范的不足。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縫和未切縫情形下的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力計(jì)算辦法。在試驗(yàn)和理論分析基礎(chǔ)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)規(guī)范所提設(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)表明振動(dòng)壓實(shí)工藝優(yōu)于靜碾工藝。多孔貧混凝土透水基層合適的施工工藝是：頻率為30Hz，激振力為7612N、靜面壓力為109kPa，振幅為1.5mm。 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