瀝青混凝土路面回彈彎沉計算與檢測驗收

童景盛

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

瀝青混凝土路面質量控制主要采用回彈彎沉、彎拉應力和剪應力三項指標。回彈彎沉的分析計算與檢測，是道路建設中質量控制非常重要的環節，是表征瀝青路面各結構層整體剛度的設計指標，是現行規范關于瀝青路面設計方法中進行路面結構層厚度計算的主要指標。

但在目前常用的規范《公路瀝青路面設計規范》（JTG D60-2006）、《公路工程質量檢驗評定標準》(JTGF80/1-2004)、《公路路面基層施工技術規范》(JTJ034-2000)中，分別提出檢測的內容和要求各不相同。對設計及施工人員來說，若對這些規范的內容模糊并未充分熟悉掌握，很容易對回彈彎沉認識錯誤。因此，就如何對瀝青混凝土路面回彈彎沉進行分析計算與檢測進行總結是非常必要的。

1 路面回彈彎沉的分類、作用及變化規律

1.1 回彈彎沉分類

回彈彎沉分為容許彎沉、設計彎沉和計算彎沉。

（1）容許彎沉

容許彎沉是合格路面在正常使用期末不利季節，路面處于臨界破壞壯態時出現的最大回彈彎沉，是從設計彎沉經過路面強度不斷衰減的一個變化值，理論上是一個最低值。計算公式：lR=720NACAS。但最新規范《公路瀝青路面設計規范》（JTG D60-2006）中，對容許彎沉值控制指標并未明確要求。

通過工程實踐認為，現行的路表容許彎沉設計公式是根據大量統計資料歸納、經驗總結出來的，不是理論推導并有事實為依據。因此，設計容許彎沉和施工檢驗彎沉的計算方法（包括參數）不能互相混淆：設計采用的計算公式或取用的參數對于設計而言是安全的，而對于施工檢驗彎沉來說反而是不可靠的。路面設計公式中的回彈模量與彎沉互成反比關系足以證明。

（2）設計彎沉

設計彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標，是根據設計年限內一個車道上預測通過的累計當量軸次、道路等級、面層和基層類型而確定的路面彎沉設計值，是路面厚度計算的主要依據。路面設計彎沉值可以作為路面竣工后第一年不利季節、路面溫度為20℃時在標準軸載100 kN作用下，竣工驗收的最大回彈彎沉值，理論上是路面使用周期中的最小彎沉值，是路面驗收檢測控制的指標之一。

（3）計算彎沉值

計算彎沉值分檢測計算彎沉值和理論計算彎沉值。

a.檢測計算彎沉值

通過對路基、路面和舊路進行彎沉檢測，并通過分析、計算所得到的代表值。主要作為評定路基路面狀況和補強設計。

b.理論計算彎沉值

路面基層、底基層、路基基層等在設計時均要求計算出其彎沉設計值，在竣工檢測時也要檢測其值，檢驗其強度是否滿足設計要求。

1.2 彎沉值的作用

彎沉值是用來表征路基、路面各結構層抵抗豎直變形能力的大小的參數。彎沉值越大，說明結構層強度越低。彎沉值的作用概括如下：

（1）評價路基、路面各結構層均勻性的重要指標

道路建設范圍較大，即使同一路段，縱坡、土基填料、填挖方高度等均不同，引起路床強度相差較大，會導致在強度薄弱處首先出現早期破損。因此，設計中非常重視路基、路面各結構層次強度的均勻性。均勻性的控制一方面在施工中通過材料的進場、攤鋪、平整、碾壓等工藝流程進行控制；另一方面采取壓實度、厚度、平整度等指標作為評價均勻性的輔助檢驗評價指標。但由于檢驗這些指標的頻率低，很難綜合評價結構層的均勻性。因此，應加大彎沉檢測頻率，才更客觀的評價路面彎沉情況。盡管目前驗收評定標準取消彎沉作為驗收檢查項目，但本人認為，彎沉值有必要作為設計、施工指標控制的基本要求的一個項目，或者說將彎沉檢驗作為施工質量控制的必檢項目更為合理。

（2）綜合評價路基或路面結構強度的指標

車輛荷載在路基、路面結構中產生的有效作用區通常在1.5～2.0 m范圍內，路面各結構層頂面檢測的彎沉值包含有一定厚度土基及其相應下承層的強度。因此，彎沉是一個綜合反映路基路面整體強度的指標。

（3）彎沉值的檢測，可控制土基或基層下承層的施工質量

彎沉值的檢測結果能夠綜合反映基層、下承層甚至土基的強度和均勻性。土基、底基層、基層竣工后可能要相隔一段時間才能進行下一道工序。期間由于氣候水分等因素變化，會引起基層自身強度和穩定性變化。若因土基或底基層施工質量問題引起基層彎沉值過大，在施工期間可通過彎沉值的檢測，及時發現并處理這些薄弱部位，達到控制基層施工質量的目的。

1.3 路面彎沉的變化規律

路面各結構層的材料組成、結構類型、壓實程度、溫濕度環境、檢測時的儀器設備等因素均會對彎沉的大小產生影響。因此，路表彎沉的變化，是一個多方面因素綜合的復雜過程。總的來說，瀝青路面的表面彎沉變化過程分為三個階段：

（1）第一階段：路面竣工后的前1～2 a。這一階段，因車輛荷載的重復碾壓，各結構層漸趨壓實，加之半剛性基層材料隨著齡期強度增長，導致路表彎沉將逐漸減小，約在路面竣工后的第2年達到最小值。

（2）第二階段：路面竣工后的第2 a到第3 a。這一階段，路表彎沉不斷增長。原因是，一方面，半剛性基層的強度增長已十分緩慢，并逐漸趨于相對穩定狀態；另一方面，車輛荷載的重復作用以及水、溫度狀況的變化等因素，導致路面結構強度產生不均勻性，結構內部產生的微觀缺陷因局部范圍的應力集中而擴展，并會產生小范圍的局部破壞，導致路面結構整體剛度下降，使路表彎沉急劇增大。若設計中未嚴格控制工程質量，則實施中有可能在這一階段出現局部路面的早期破壞。

（3）第三階段：彎沉變化—路面竣工3～4 a后直至達到極限破壞狀態。這一階段，路面由于各種因素產生局部強度不足等問題已充分暴露，內部缺陷積蓄的高密度能量也擴展轉移，自動實現系統的能量平衡，從而使結構內部損傷發展得到抑制。路面結構的整體剛度重新達到一種新的較低水平的相對穩定，路表彎沉進入了一個相對穩定的緩慢變化階段—結構疲勞破壞的穩定發展階段，并會一直延續到路面結構出現疲勞破壞。

工程實踐證明，路面竣工后的1～2 a間，路表彎沉值最小。此期間路面整體結構處于最大剛度狀態。在測定材料參數時，養生最長的基層材料的設計齡期也只有6個月，正好接近于路面竣工后第一年的不利季節。大量統計結果表明，瀝青路面彎沉變化及竣工后第一年不利季節的彎沉值與最大剛度狀態所對應的彎沉值較接近。因此，規范將路面竣工后第一年不利季節近似地假定為路面整體結構的最大剛度狀態，作為瀝青路面的設計狀態，也是路面彎沉代表值的狀態。

2 路面設計彎沉值的計算

2.1 路面頂面設計彎沉值計算

路面設計彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標，是路面厚度計算的主要依據。計算公式：ld=600N-0.2eACASAb，見《公路瀝青路面設計規范》（JTG D60-2006）。分為設計值和實測值計算。

（1）瀝青路面面層回彈彎沉的設計值計算

路面設計時使用累計當量軸次，當以回彈彎沉值為設計指標及瀝青層層底拉應力驗算時，凡軸載大于25 kN的各級軸載Pi（包括車輛的前、后軸）的作用次數ni換算成標準軸載P的當量次數N。

（2）瀝青路面面層回彈彎沉的實測值計算

路面回彈彎沉設計值是根據雙圓垂直均布荷載下的彈性半空間體理論計算得出的，而理論假設與實際狀態之間存在一定的差異，為了檢驗路面強度是否達到設計要求，需對彎沉設計值進行修正。根據大量的實測資料，得到彎沉實測值與設計值的關系式：

式中：ls—路面彎沉實測值；p—標準車型的輪胎接地壓強；δ—標準車型的當量半徑；F—彎沉綜合修正系數；αC—理論彎沉系數；E0為土基回彈模量值。

2.2 路基、路面基層設計彎沉值計算

（1）路基頂面設計彎沉值

根據《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000），土基回彈彎沉的計算，首先應確定土基回彈模量E0，查附錄或通過實測可得相應區域不利季E0，然后按下式計算路基頂面設計彎沉值l0=9 308×E0-0.938(0.01 mm)。

（2）路面底基層頂面設計彎沉值

根據《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000），底基層頂面回彈彎沉計算步驟：

a.根據土基和底基層材料的回彈模量計算值E0和 E1以及底基層的厚度 h1，計算模量比K1E0/K2E1及比值h1/δ；K2為底基層材料季節影響系數；

b.查附圖底基層表面彎沉系數aL；

c.計算彎沉綜合修正系數F=3.643×aL1.8519；

d.計算底基層頂面回彈彎沉l1=2PδaLF/E0K1(P—后軸重100 kN卡車輪胎的單位壓力；K1—季節影響系數)。

（3）路面基層頂面設計彎沉值

路面基層回彈彎沉設計值的計算與底基層類似，不同之處在于將底基層換算為與基層材料相當的當量厚度。

a.根據底基層頂面的彎沉系數aL，對底基層進行當量換算。

b.由 h2/δ 與 h2/δ 之和及 K1E0/K3E2的值，查附圖可得基層相應的aL；

c.求 F2=3.643×aL1.8519；

d.根據l2=2PδaLF/E0K1計算基層頂面回彈彎沉。

2.3 規范對彎沉值的要求

《公路瀝青路面設計規范》（JTG D60-2006）規定了路面頂層的設計彎沉計算公式和方法，但未提出路基、路面基層的彎沉計算方法；《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG-G802-2004）僅提出要求檢測路面頂層和土質路基回彈彎沉，未提出檢測路面基層彎沉的檢測項；《公路路面基層施工技術規范》JTJ034-2000中則補充規定了路基、路面基層的相應回彈彎沉的計算檢測標準。

路面彎沉不僅能夠反映路面各結構層及土基的整體強度和剛度，而且與路面的使用狀態存在一定的內在聯系，同時彎沉值的測定也比較方便。所以我國現行的瀝青路面設計方法采用設計彎沉作為路面整體剛度的設計指標。

現行柔性路面設計規范是以設計容許彎沉作為控制指標，但在施工規范中，采用壓實度作為驗收控制指標，將彎沉檢驗作為參考值。實際操作中，壓實度表示某一有限厚度的路面結構層經碾壓后的相對密實程度，彎沉表示被測路面結構層以下各層（包括路基）在汽車標準軸載下產生的總位移。兩者均可反映路基、路面的碾壓質量，但在理論上卻沒有關聯。因此，路面結構體系的復雜性，不能使設計與施工統一標準，顯然帶來很多不便。

城市道路瀝青路面按彎沉設計路面結構之外，還須對瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層進行層底拉應力的驗算。但是當彎沉值滿足規范要求時，瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層的層底拉應力和能夠滿足設計要求。

2.4 采用公式計算彎沉值注意事項

設計時須注意，不能照搬路面設計公式計算施工檢驗彎沉，原因如下：

首先，柔性路面結構體系比較復雜，它是以層狀結構支撐在無限深的路基上，各層材料性質具有各向異性，而且會受到周圍環境氣候、水文地質等因素影響。

其次，路面上汽車荷載分布的不均勻性，想要建立一個精確的、通用的路面結構設計數學模型幾乎是做不到的。所以，規范采用的路面設計理論是經過某些假定、簡化過程的半理論、半經驗的設計方法。

此外，路面計算公式中沒有明確安全系數，但在推導公式過程中，假定、簡化以及經驗資料的分析取值都是偏安全考慮的。也就是說：通常情況下規范采用的路面設計方法是偏保守的。

但從設計角度來說，無論是計算公式、方法還是采用的設計參數，若照搬來計算施工檢驗彎沉卻是不可靠。例如確定筑路材料回彈模量的大小：對于設計而言取小一些計算出的路面結構偏厚，偏安全。但較小的回彈模量計算出的彎沉值偏大，若以此彎沉作為施工檢驗指標，無疑是人為降低了路基、路面的強度指標，與真實情況不符。但如果適當加大路基、路面的回彈模量值再重新計算檢驗彎沉，顯然當計算至路表頂面彎沉時必然與原設計容許彎沉值不符，產生矛盾。因此，采用規范公式來計算路基、路面各層次的施工檢驗彎沉顯然是不妥。

3 路面彎沉檢測與驗收

彎沉檢測雖在施工驗收規范中未列入主要驗收項目，但由于它簡便易行仍在施工現場被普遍運用。目前工程上廣泛使用貝克曼梁彎沉儀，其使用方法主要要點有：

（1）彎沉測試頻率:測定代表彎沉值時，應以每公里每一雙車道為一評定路段。每路段檢查80～100個點。對多車道道路必須按車道數與雙車道之比，相應增加測點數。

（2）溫度修正：對于瀝青路面來說，彎沉強度測定是在瀝青路面上進行的，而表層區域受天氣影響變化較大，夏天瀝青路面發軟，冬天又變硬發脆。因此，需要定出一個溫度為測定彎沉的標準狀態。路面彎沉值是以20°C為測定瀝青路面彎沉值的標準狀態，根據瀝青面層厚度，進行溫度修正。

3.1 影響回彈彎沉測定的因素

路面回彈彎沉值是施工質量的檢測和評定項目指標，必須保證檢測數據的真實性，正確反映路面的整體強度。影響路面面層回彈彎沉測定因素主要如下：

（1）季節、溫度：通常，瀝青路面在一年中隨著季節變化，各時期具有不同的承載力，也就是說彎沉值不同。研究表明，在春融時彎沉值最大、路面承載力最低；溫度對彎沉的影響較明顯，溫度升高，彎沉值增大。

（2）軸載：路面彎沉值大小與測定軸載（輪重、輪壓、輪跡圓直徑）有關，軸載大彎沉值也大。

（3）路面結構：路面結構類型、厚度、路基土類型和狀態不同，彎沉值不同。

3.2 彎沉值驗收指標

路基路面工程竣工驗收，通常采用壓實度和彎沉值兩種指標來檢驗路基、路面的碾壓質量，即所謂的“雙控（即控制壓實度和彎沉）指標。但是，彎沉檢驗在實施過程中比壓實度檢驗更為方便、快捷，因此設計中必須提供路基和路面的彎沉值指標。

但是，施工實踐可知：碾壓后的路基、路面，當壓實度滿足要求后，實測彎沉值已比設計容許彎沉值小了許多。因此，名為“雙控”，實際上滿足壓實度驗收指標就可以了。

3.3 彎沉值檢測存在的問題

《市政道路工程質量檢驗評定標準》對瀝青混凝土面層作了驗收實測彎沉值小于設計規定值的檢驗標準。但是，在實際應用中彎沉值指標存在著不合理性，直接影響路面的質量和使用年限：在瀝青路面驗收時，一般采用設計容許彎沉值作為檢驗標準，即實測彎沉值不大于設計容許彎沉值，就認為符合標準。但是，容許彎沉值計算與交通量預測的準確程度有關，該值考慮了路面各結構層的材料參數、不同的基層類型和路面彎沉竣工后的各個不同階段彎沉變化與路面使用關系。因此，將設計文件中的設計彎沉作為質量鑒定、竣工驗收的評判指標，其值顯然偏低，以此控制質量鑒定的指標，會導致路面產生早期損壞。

4 結語

回彈彎沉的分析計算與檢測，在道路建設和設計中是非常重要的一項內容，是施工中常用的一項方便、快捷的檢測指標的手段。但是，很多設計人員對目前常用的各種設計、施工及驗收規范并未充分熟悉掌握，因而對彎沉值的理解產生片面不完整的認識。本人通過工程實踐，根據理論分析總結了路面設計容許彎沉和施工檢驗彎沉之間的特點和差異，并通過對彎沉值概念的認識、分析計算與推導，以及檢測驗收等注意事項等的闡述，希望大家對彎沉值這一指標有更進一步的掌握，了解其變化規律，才能做到在工程中對質量控制心中有數。