公路工程路面结构层厚度评定标准及方法的探讨.pdf

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1、?文章编号:1671-2579(2010)02-0088-06公路工程路面结构层厚度评定标准及方法的探讨关长禄,陶志政,吕得保,孙秀东,任立锋,王军(吉林省交通基本建设质量监督站,吉林 长春?130021)摘?要:公路工程路面结构层厚度对路面质量影响很大,对其科学、合理、准确评定能促进施工单位提高管理水平,提高工程实体质量,保证路面的耐久性。为使评定标准和方法更加合理,笔者采用典型示例对比分析,指出了现行结构层厚度评定方法和标准存在的不足,根据大量路面厚度检测数据的统计分析,提出了采用统计概率的方法评定路面厚度的合格率,推荐了路面结构层厚度评定标准的建议值。关键词:公路;路面厚度;评定方法;标

2、准收稿日期:2009-07-24作者简介:关长禄,男,研究员.E-mail:guanchanglu ?JT G F80/1-2004?公路工程质量检验评定标准?(以下简称?标准?)规定,在路面单位工程中,结构层厚度是各分项工程实测项目中的关键项目,其对路面施工质量控制和分项工程质量评定起到至关重要的作用;因其不仅影响工程质量而且影响工程造价,在施工质量管理和工程交工质量鉴定中,各有关单位都给予了足够重视。但在各分项工程质量评定时,发现?标准?中的允许偏差和评定方法存在不足,需进一步修改、完善。为此笔者推荐了允许偏差和用统计概率方法评定厚度的合格率。1?现行路面结构层厚度评定标准及方法简介?在?

3、标准?中,因路面结构层厚度为各分顶工程实测项目中的关键项目,要求厚度代表值评定合格,且单点合格率不小于 90%;各结构层代表值和单点合格值的规定值或允许偏差介绍如下。1.1?标准?中厚度规定值或允许偏差?标准?中厚度规定值或允许偏差见表 1。拉杆的方案较为经济合理。(2)拼接拓宽车道采用复合式路面典型结构满足受力要求,其中垫层应设置在低填方路段(填方高度小于 1.8 m 路段)和填挖交界路段,新混凝土板与旧混凝土板顶面保持齐平。(3)采用等厚度混凝土面板拼接方案和变厚度混凝土面板拼接方案均表现为:混凝土面板板边层底的纵向拉应力最大;临近汽车荷载作用位置的拉杆受拉力最大,其余拉杆受力随其距汽车荷

4、载作用位置的增加而减小。(4)采用等厚度混凝土面板拼接方案与变厚度混凝土面板拼接方案相比较,混凝土面板板边层底的纵向拉应力前者小于后者;临近汽车荷载作用位置的拉杆受拉力大小基本一致;沥青罩面层在水泥混凝土板接缝处产生的剪应力前者大于后者。(5)新旧混凝土板接缝处产生的剪应力无论是缓慢制动还是紧急制动情况下,均小于沥青罩面层的抗剪强度,满足抗剪强度的设计要求。参考文献:1?王秉纲,郑木莲.水泥混凝土路面设计与施工 M.北京:人民交通出版社,2004.2?余正武.路基路面拓宽移动载荷影响分析 J.公路,2007(1).3?毛菊良,侯芸,等.动态荷载下刚柔复合路面结构变形和应力分析 J.同济大学学报

5、:自然科学版,2004(10).4?廖晓瑾,袁万杰.基于应力吸收层的旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构分析 J.中外公路,2009(3).5?贺缠龙,焦彩芬.旧路拓宽路基稳定性质量控制的方法 J.公路,2009(8).6?JTJ 034-2000?公路路面基层施工技术规范 S.7?JTG D40-2003?公路水泥混凝土路面设计规范S.88?中?外?公?路第30卷?第2期2 0 1 0 年 4 月表 1?路面结构层厚度代表值、合格值允许偏差一览表mm检测项目高速、一级公路代表值合格值其他公路代表值合格值水泥混凝土路面-5-10-5-10沥青路面上面层-10%h-20%h总厚度-5%H-10%H-8

6、%H-15%H基层-8-15-10-20底基层-10-25-12-30?注:h 为沥青路面上面层厚度;H 为沥青路面总厚度。1.2?标准?的评定方法?标准?附录 H 规定路面结构层厚度评定计算方法如下:厚度代表值为厚度的下置信界限值:XL=?X-tanS(1)式中:XL为厚度代表值;?X 为厚度平均值;S 为标准差;n 为检测点数;ta为 t 分布中随测点数和保证率(或置信度?)而变的系数。当厚度代表值合格,则按单点是否合格计算合格率;当代表值不合格时,相应分项工程评定为不合格。2?标准?存在的不足2.1?标准?中允许偏差分析对于沥青路面厚度的代表值和合格值的允许偏差,从表 1 的表面看高速、

7、一级公路的要求值比其他公路的要求值要严格,但实际上并非如此。假设 A、B、C三个不同等级公路的沥青路面设计厚度及代表值、合格值按表 1 规定计算结果见表 2。从表 2 可以看出,总厚度的代表值、合格值的允许偏差,高速公路分别要大于其他公路,即A高速公路表 2?厚度代表值、合格值允许偏差计算示例mm公路等级沥青面层设计厚度代表值合格值水泥路面面层代表值合格值基层代表值合格值A 高速公路上面层50-5-10总厚度200-10-20-5-10-8-15B 二级公路总厚度100-8-15-5-10-10-20C 三级公路总厚度60-4.8-9.0的指标要求要低于 B、C 其他公路;同时可以看到,A高速

8、公路上面层(50 mm)的允许偏差同水泥混凝土路面的规定值一致;A 高速公路总厚度(200 mm)的代表值、合格值的允许偏差大于高速公路、一级公路路面基层的允许偏差;C 三级公路总厚度的允许偏差要小于 A 高速公路上面层的允许偏差。显然,目前路面结构层厚度评定指标(尤其是沥青面层)的允许偏差(表1)是不合理的。不能有效控制工程质量、提高施工管理水平。由于沥青路面早期损坏现象经常发生,为提高沥青路面的使用寿命,沥青路面的设计厚度在逐步增加,如某高速公路沥青面层设计厚度为 25(5.5+7+12.5)cm,按?标准?计算,其上面层代表值为-5.5mm,合格值为-11 mm,总厚度代表值为-12.5

9、 mm,合格值为-25 mm。质量监督站在施工过程的质量监督抽查中发现上述控制标准不合理,可能导致在施工平均厚度小于设计厚度的情况下,代表值和合格值满足要求,而?标准?对平均值又没有明确要求。为保证施工质量,提高施工管理控制水平,吉林省交通厅下发了?关于发布沥青路面厚度评定补充规定的通知?(吉交发 2008 23 号),通知中对沥青路面厚度的代表值和合格值的允许偏差进行了调整(表 3)。实际工程管理控制证明,沥青路面厚度评定补充规定能满足施工质量控制要求,经过努力是可以达到的,但仍需进一步验证其合理性。2.2?标准?评定方法分析?标准?规定计算路面结构层厚度代表值的保证率系数是随检测点数变化的

10、,当厚度代表值合格,则按单点是否合格计算合格率;当代表值不合格时,合格率为0,在实际工作中也发现有不当之处。如表 4 中的检测数据。由表 4 可见,第?、?两组数据只是第一个数值差了 1 mm,可以说两组数据反映的施工控制水平基本一致,而按?标准?评定合格率分别为90%、80%,而89?2010 年 第 2 期?关长禄,等:公路工程路面结构层厚度评定标准及方法的探讨?表 3?吉林省交通厅关于?公路工程质量检验评定标准?沥青路面厚度评定补充规定检查项目允许偏差*/mm高速、一级公路其他公路检查方法和频率权值厚度代表值总厚度设计值的-5%或-8设计值的-8%或-10上面层设计值的-10%或-4合格

11、值总厚度设计值的-10%或-15设计值的-15%或-15上面层设计值的-20%或-8按 附 录 H检查,双车道每 200 m测 1 处3?注:*表示允许偏差取两种规定的较小值表 4?几组沥青路面厚度检测数据计算分析表检测项目编号厚度实测值/mm设计值/mm平均值/mm标准差/mm检测点数计算代表值/mm要求代表值/mm合格值/mm合格点数合格率/%统计法合格率/%总厚度?135.3 140.5161134.5164159.8150144.3 160.3 157.5150 150.72 11.3010144.17142.513599091.79总厚度?134.3 140.5161134.5164

12、159.8150144.3 160.3 157.5150 150.62 11.4610143.98142.513588091.36上面层?36.336.842.535.839.537.544.534.836.331.54037.553.761035.3736329092.98上面层?36.336.842.535.839.537.544.534.836.331.536.336.842.535.839.537.544.534.836.331.54037.553.762036.093632189092.9880%不满足关键项目合格率应大于等于 90%的规定,评定为不合格,两者的评定结论却相差很大。而

13、第?组数据代表值不满足要求,评定为不合格;第?组数据评定代表值合格,单点合格率为 90%;实际上第?组数据只是第?组数据的重复出现,施工控制水平与第?组数据完全相同,即检测点数由 10 点变为 20点,评定结论完全相反。可见检测点数影响评定结论也是不合理的。质量监督站在实际监督检查或质量鉴定过程中也曾经发生过因代表值不合格,相关单位要求增加检测频率的现象;同时第?组数据平均值为 37.55mm,比设计值小 2.45 mm,而评定为合格也体现了?标准?的评定方法不合理,应结合工程实际进行改进。3?新的评定方法的探讨3.1?统计概率法评定合格率依据结构层厚度平均值、标准差、合格值允许偏差用统计概率

14、方法按式(2)计算表 4 中 4 组数据的合格率。?(z)=(1-?z-?12?e-u2/2du)?100(2)该公式计算很繁琐,但应用现代计算技术进行计算比较容易,只需在电子表格中输入式(3),就可简单快速地计算出各组检测数据的合格率。?(X)=1-NORMDIST(X,?X,?,TRUE)*100(3)式中:X 为需要计算合格率的数值(一般为合格值的要求值);?X 为检测数据的平均值;?为检测数据的标准差;T RUE 为代表函数 NORMDIST 返回累积分布函数。经计算合 格率第?组为 91.79%、第?组为91.36%,第?、?组为 92.98%,因?标准?合格值允许偏差为-8 mm,

15、所以合格率偏高,如果按该文推荐的-5 mm 进行计算合格率为 75.09%,假设实测平均值为 40 mm,合格值允许偏差为-5 mm,计算合格率为90.80%,可见统计概率的方法评定路面厚度合格率较为符合工程实际。3.2?提出平均值要求为提高路面结构层厚度控制的总体水平,避免施工过程中偷工减料,使路面厚度不小于设计值,应提出路面厚度平均值不小于设计值。4?新评定标准及方法的确定4.1?检测数据统计分析为使推荐标准科学、合理、符合实际,得到各方认同和推广应用;对质量监督站近年质量监督抽查或工程质量鉴定的部分路面厚度检测数据 雷达 754 022组、取芯 3 368 组(沥青路面取芯 2 545

16、组、水泥路面252 组、基层 505 组、底基层 66 组)进行了统计分析,其结果如表 5所示。从表5可见:由于?标准?对厚沥青路面的要求相90?中?外?公?路?第 30卷?表 5?质量监督抽查或鉴定部分沥青路面数据统计表项目公路等级设计厚度/cm平均值/cm最小最大标准差/cm最小最大平均值备注沥青路面雷达总厚高速2524.2026.701.241.931.492020.3321.931.341.581.461616.1317.020.841.201.10一级109.6910.330.961.491.16二级76.407.940.951.801.25取芯总厚高速2524.7926.120.5

17、21.761.172019.1920.320.491.851.031616.1316.620.741.961.221513.6022.000.801.441.05一级109.6511.840.591.440.90二级76.508.360.461.401.05上面层一级43.884.340.280.700.452 层摊铺高速43.605.900.260.470.403 层摊铺54.925.010.230.460.383 层摊铺5.55.115.920.200.510.343 层摊铺水泥混凝土一级22 250.561.380.771.801.21二级20 240.521.140.600.980.8

18、1基层高速、一级18 320.031.910.731.761.20二级15 22-0.761.781.402.071.63底基层高速、一级15 300.501.161.672.631.99二级15 22-0.783.711.332.922.15对较低,其实际施工控制离散程度(标准差)明显大于较薄的沥青路面,同时就沥青上面层、水泥混凝土面层、基层、底基层的离散程度和?标准?的要求(表 1)来看,其水泥路面标准要求值偏高,应进行调整。为确定允许偏差的推荐值,对所有检测数据进行了分析计算,包括按?标准?、交通厅补充规定和推荐标准,按单点合格及统计概率进行了合格率计算,并对不同推荐标准进行了试算(表

19、6 8,只列出了部分数据)。表 6?高速公路、一级公路沥青路面检测厚度统计表编号设计厚度/cm检测点数平均值/cm标准差/cm交通部评定标准代表值/cm合格值/cm合格点数单点合格率/%统计合格率/%交通厅补充规定合格值/cm合格点数合格率/%统计合格率/%拟定标准合格值/cm平均值/cm设计值/cm合格值/cm平均值/cm设计值/cm合格值/cm平均值/cm设计值/cm12345678910111213141516171819202122雷达检测结果(总厚度)-1.5-10%H-(1.0+H/30)或-1.5A12567 75125.801.5725.79 22.567 01198.91 9

20、8.2223.563 98594.4492.8523.592.8583.0322.598.2294.4323.5092.8583.03A22541 41326.381.4626.37 22.541 22699.55 99.6123.540 70198.2897.5723.597.5784.7922.599.6195.6623.5097.5784.79B 12075 09720.411.3420.40 18.073 13597.39 96.4018.569 82092.9792.3018.592.3086.8518.096.4093.2218.5092.3086.85D11225412.371.

21、2312.24 10.823592.52 89.9610.593.6388.9210.889.9683.6010.6092.5487.31D21689417.021.2016.95 14.487798.10 98.5814.598.2589.5314.498.5890.9714.5098.2589.53取芯检测结果(总厚度)-1.5-10%H-(1.0+H/30)或-1.5A1251026.121.7625.10 22.51010098.0123.51010093.1723.593.1780.3022.598.0192.2323.5093.1780.30A2251025.941.6025.01

22、 22.51010098.4223.599093.6423.593.6482.5722.598.4294.0923.5093.6482.57B1201020.071.1519.40 18.01010096.4118.599091.3918.591.3990.3918.096.4195.9018.5091.3990.39D1121012.560.9811.99 10.810100100.0010.598.2293.7110.896.3788.9610.6097.7292.34D2161216.210.9715.71 14.41210096.9014.596.1093.9014.496.9095.

23、0514.5096.1093.9091?2010 年 第 2 期?关长禄,等:公路工程路面结构层厚度评定标准及方法的探讨?续表 6E110599.860.859.679.05288.14 84.428.594.5296.129.084.4288.038.6791.9894.16上面层取芯检测结果(沥青面层三层施工)-0.4-0.5-(3+h/20)或-5A15.5105.530.255.394.410100100.004.71010099.955.195.7394.525.098.3097.725.0098.3097.72A25.5105.920.515.624.41010099.864.71

24、010099.165.194.6178.365.096.4483.665.0096.4483.66B15.0104.960.464.694.01010098.164.21010095.084.678.3180.774.584.1386.154.5084.1386.15D15.0105.120.454.864.01010099.364.687.6181.304.591.5986.674.5091.5986.67D24.0124.120.503.863.21210096.713.685.0878.813.589.2584.133.5089.2584.13上面层取芯检测结果(沥青面层二层施工)-0.

25、4-0.5-(4+h/20)或-6F14254.050.503.883.2249695.713.681.9079.003.586.7284.333.4090.5788.68F24254.240.574.053.22510096.773.687.2876.053.590.6081.193.4093.2485.59E14593.960.303.893.25898.31 99.443.688.4990.883.593.7495.223.4096.9097.72E24344.340.584.173.23410097.533.689.9075.483.592.6280.573.4094.7584.95表

26、 7?其他公路沥青路面雷达检测厚度统计表编号设计厚度/cm检测点数平均值/cm标准差/cm交通部评定标准代表值/cm合格值/cm合格点数单点合格率/%统计合格率/%拟定标准-1.8合格值/cm平均值/cm设计值/cm-15%H合格值/cm平均值/cm设计值/cm-(1.1+H/20)或-1.8合格值/cm平均值/cm设计值/cm123456789141516171819202122雷达检测结果H174626.801.006.745.9536879.65 80.20H271 3447.941.187.905.951 30697.17 95.48G171 6067.811.167.785.951

27、52895.14 94.66I177957.831.447.765.9571990.44 90.34I277977.701.317.645.9574693.60 90.895.294.5496.465.9580.2085.405.5589.4492.725.299.0193.695.9595.4881.385.5597.9089.105.298.8194.045.9594.6681.825.5597.4989.525.296.5689.375.9590.3476.645.5594.2784.235.297.1791.515.9590.8978.845.5594.9486.56取芯检测结果H17

28、246.850.946.605.952187.50 83.08H27487.610.927.435.954797.92 96.40G17527.801.037.625.955198.08 96.40I17387.531.227.275.953386.84 90.13I27397.821.027.605.953897.44 96.645.296.0497.245.9583.0886.825.5591.6793.875.299.5597.475.9596.4087.295.5598.7294.235.299.4395.985.9596.4084.605.5598.5692.045.297.1492

29、.965.9590.1380.485.5594.7088.225.299.4996.115.9596.6484.835.5598.6992.24?注:表 6、7 中 15、18、21列,根据施工平均厚度、标准差、拟定的允许偏差按统计概率方法计算的合格率;16、19、22 列,假设施工平均厚度为设计厚度,根据施工标准差、拟定允许偏差按统计概率方法计算的合格率。表 8?水泥路面取芯厚度统计表编号设计厚度/cm检测点数平均值/cm标准差/cm交通部评定标准代表值/cm合格值/cm合格点数单点合格率/%统计合格率/%拟定标准/cm一级公路 1.0合格值平均值设计值一级公路 1.2合格值平均值设计值12

30、34567891718192021221235924.23 1.07 23.99225910098.0922.098.0882.4021.898.8086.802234523.57 0.89 23.34224510096.1522.096.1587.0521.897.7091.23324925.11 1.24 24.3423910095.5623.095.5679.0022.896.8883.34424825.38 0.77 24.8623810099.9023.099.9090.3022.899.9694.04二级公路 1.3二级公路 1.55221723.14 0.98 22.822117

31、10098.5520.799.3690.7720.599.6593.716222822.52 0.86 22.31212796.43 96.1420.798.2893.4720.599.0695.94?注:表中 18、21 列,根据施工平均厚度、标准差、拟定的允许偏差按统计概率方法计算的合格率;19、22 列,假设施工平均厚度为设计厚度,根据施工标准差、拟定允许偏差按统计概率方法计算的合格率。92?中?外?公?路?第 30卷?对于沥青路面,如使用固定的允许偏差,当设计厚度较大时,固定允许偏差比较适宜;而当设计厚度较小时,显得固定偏差要求标准值偏低(如表 6、7 中的 15、16 列);如采用?

32、标准?中按设计厚度的百分率计算允许偏差,对于设计厚度较大的要求较低,而对于设计厚度较小的要求又过于严格(如表 6、7 中的 17、18 列);为解决上述问题,经分析研究各方法评定的合格率分布情况,提出了按式(4)计算设计厚度较小时的允许偏差;当厚度较大时按固定值确定允许偏差。参考各沥青路面施工厚度的标准差平均值(表 5)确定施工正常波动的偏差?0。经对实测数据的合格率进行试算,认为表 9 中的推荐公式和数值比较适合工程实际。上面层的允许偏差的确定方法同上,同时考虑沥青面层施工层数对上面层厚度实测标准差的影响(表 5),提出了按设计施工层数确定上面层的允许偏差。因目前其他公路沥青路面的施工工艺与

33、高速公路、一级公路基本相同,文章对其他公路上面层的允许偏差也提出了要求(表 9)。?=-(?0+h/k)(4)式中:?为允许偏差;?0为施工正常波动偏差;h 为沥青路面结构层设计厚度;k 为依施工工艺、层位而变的常数。表 9?推荐评定标准合格值路面结构规定值或允许偏差/mm高速、一级公路其他公路沥青路面总厚度-(10+H/30)或-15-(11+H/20)或-18上面层沥青路面设计为三层或以上时,-(3+h/20)或-5沥青路面设计为二层时,-(4+h/20)或-6水泥混凝土路面-12-15基层-15-20底基层-25-30?注:1)规定值或允许偏差取两种规定的较小值;2)路面厚度平均值不小于

34、设计值。从表 5、8综合分析可知,水泥路面实测厚度的平均值普遍大于设计厚度大(0.52 1.38 cm),虽然实测合格率较高,但因其施工偏差较大(标准差 0.6 1.8cm),?标准?的允许偏差不合理,才导致施工单位提高了施工控制厚度,应对其允许偏差进行调整。从表 8分析认为高速公路、一级公路-1.2 cm,其他公路1.5cm 比较合适。基层、底基层的?标准?规定值比较适宜(检测数据省略),可暂不予调整。4.2?评定方法的确定从表 4 的算例中可以看出,采用单点合格计算合格率有时偏差较大,而采用数理统计的方法计算合格率比较符合实际,从表 6 8 的统计结果看,在检测点数较多时路面结构层厚度代表

35、值均可满足要求,在实际质量检测评定中,当检测点数较少,代表值评定计算不合格时,通过增加检测点数的方法可以使代表值评定为合格。因此代表值对工程质量评定的控制意义不大。同时,由于施工自检频率较大,也会出现施工自检评定代表值合格,而监理抽检或工程质量鉴定时因检测点数较少而评定为不合格的现象,所以采用代表值控制的方法有其不合理之处。同时按单点是否合格计算合格率,在检测点数较少时不能有效地反映施工控制差异(如表 6、7 的第 8 列),而按统计概率的方法计算合格率,可体现出施工控制差异(如表 6、7 的第 9、13、15 22 列)。为此推荐采用厚度平均值不小于设计值,按统计概率的方法计算合格率,可较真

36、实地反映工程实际情况,促进施工单位提高施工控制水平。5?结语?标准?中的沥青路面和水泥路面厚度合格值的允许偏差值和评定方法应进行调整,经结合工程实测数据的计算分析,推荐其允许偏差值如表 9 所示;同时要求其平均值不小于设计值,合格率应根据实测数据的平均值、标准差、合格要求值,采用统计概率的方法进行计算。基层和底基层的厚度允许偏差值符合目前施工技术水平,能满足施工控制要求,可暂不调整;评定方法也应采用统计概率的方法。采用推荐标准和统计概率评定方法,可科学、准确、方便地对路面厚度进行评定;经对实测数据的验算,证明经努力是可以达到的,能得到参建各方的认同;可有效地促进有关单位提高质量管理水平,保证路面施工的总体质量。参考文献:1?JTG F80/1-2004?公路工程质量检验评定标准S.2?浙江大学数学系高等数学教研组编.概率论与数理统计M.北京:高等教育出版社,1979.93?2010 年 第 2 期?关长禄,等:公路工程路面结构层厚度评定标准及方法的探讨?