提高路面基層壓實度對回彈模量及結構層厚度的影響分析

陳俊仟

（固安縣交通運輸局公路管理站,河北固安 065500）

提高路面基層壓實度對回彈模量及結構層厚度的影響分析

陳俊仟

（固安縣交通運輸局公路管理站,河北固安 065500）

通過工程實踐與設計原理，總結分析路面基層的受力特點，闡述通過技術手段提高基層壓實度，有利于提高路面結構層的回彈模量和降低允許彎沉值，很大程度上可抵抗車輪荷載的抗彎拉能力，同時可延長新建公路的動態穩定性及使用耐久性。

基層壓實度;回彈模量;結構層厚度;影響分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.025

1　序言

在路面結構層設計中采用水泥穩定碎石、（石灰+粉煤灰）穩定碎石等半剛性材料較為普遍，基層的厚度及材料選擇是設計工作中的關鍵，關系到抵抗軸載、抗凍及水文等技術原理，設計驗算過程中采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性理論，根據各層的回彈模量計算結構層厚度，因此，提出在施工環節通過改進試驗方法提高路面基層的密度，可對路面結構層在車輛荷載作用下的受力狀態產生積極的影響。

2　我國《公路路面基層施工技術規范》[1](JTJ 034—2000)行業標準

2)當級配碎石用做二級和二級以下公路的基層時，最大粒徑可控制在37.5mm以內，用做高速公路和一級公路基層及半剛性路面的中間層時，最大粒徑宜控制在31.5mm以下。

3)基層混合料最大干密度的確定采用《公路工程無機結合料試驗規程》[2](JTGE51—2009)之規定，使用徑高150cm150cm的擊實桶即容積2177cm3，擊實錘重4.5kg,每層擊實98次，分3層重型擊實成為試件，通過7d標準養生（室內溫度20℃、濕度90%以上）；7d的無側限強度技術指標規定見表1所列。

表1　無側限強度技術指標

4）施工時使用12t以上的三輪壓路機碾壓，每層的壓實厚度不超過15～18cm；用重型振動壓路機和輪胎壓路機碾壓時，每層的壓實厚度可達20cm，壓實度要求根據層位及穩定土粒徑規定如表2所列。

表2　層位及穩定土粒徑規定

3　《公路路面基層施工技術規范》和《公路工程無機結合料試驗規程》及公路存在的技術缺陷分析

1）水泥穩定碎石作為半剛性路面基層材料，使用的是無側限抗壓強度，采用多粒徑的連續級配與增大粗集料粒徑可提高板體強度，由于高速機一級公路設計標準較高，故半剛性基層設計較厚，加上機械化水平（大噸位、高頻率大振幅）及性能非常優越，可以滿足壓實要求，所以，應增加1個粒徑檔次。

2）二級公路由于交通渠化及混合運行的復雜性，車輛的起步、剎車、掉頭幾率較大，基層及面層更容易產生彎拉應力，因此；基于保證半剛性基層的強度、耐久性與經濟性，更不能夠減小組成級配設計的最大骨料粒徑及其強度指標。

3）結合《公路工程無機結合料試驗規程》（JTG E40—2007）[3]及《公路土工試驗規程》[3]之規定，目前,我國大部分技術行業，半剛性基層材料的最大密度及強度試驗依然執行標準擊實方法，該方法的最大弊病是不能夠模擬路面基層抵抗車輪荷載的實際受力狀態，具有一定的理論局限性及失真性，因此，值得研究與改進。

4）《施工技術規范》要求的干剛性材料強度范圍太寬，尤其是高速及一級公路的基層強度規定3～5MPa，該規定應根據軸載的作用次數予以具體的更具有技術嚴肅性。

醫學生培養要與國家執業醫師考試接軌已成為醫學教育工作者的共識[1]，為了更好地培養醫學生，服務于我國的醫療事業，我們國家近幾年進行了執業醫師考試改革。執業醫師考試改革前，醫學生在本科畢業至少滿一年后才能報考，自從近幾年進行執業醫師考試改革后，執業醫師考試分為兩個階段，第一階段是在校生實習之前，另一階段是畢業工作一年后。這兩個階段均包括技能和理論考試。理論考試采用計算機答題，考試難度有所增加，主要體現在出題思路的轉變上，以前主要考查學生的記憶能力，改革后則更注重考查知識點的應用能力，尤其是與臨床密切相關的基礎知識，是第一階段考查的重點[2-3]。

按照《公路路面基層施工技術規范》要求的中粒土和巨粒土控制水泥劑量為3%、4%、5%、6%、7%規定，在水泥質量與骨料級配合理的情況下，實際使用強度32.5MPa的水泥與4%～6%的水泥劑量完全可以達到5.0MPa甚至更高，關鍵是保證粗骨料的粒徑與級配范圍得到充分利用。

5）壓實度標準問題：《公路路面基層施工技術規范》要求的二級和二級以下的壓實度規定偏低，因為二級和二級以下的公路承受汽車軸載的作用更為顯著，工程實踐證明，二級和二級以下的公路更容易產生車轍、擁包、開裂、彎沉值過大及過早發生疲勞破壞，因此，必須通過提高壓實度標準來增大基層回彈模量和板體強度，以保證路面結構層的使用耐久性。

4　提高壓實度的技術研究與應用分析

據目前技術慣例，在進行半剛性基層（最大密度與無側限抗壓強度）試驗過程中結合《公路工程無機結合料試驗規程》及《公路土工試驗規程》技術原理，試驗成型時改用GTM試驗方法取代標準擊實試驗法，使混合料密度與強度進一步提高，相對提高了壓實度。該試驗方法有以下技術特點與先進性：

1）利用應力、應變原理設計混合料的各項力學指標，使之剪切強度大于其所受的剪切應力并控制在滿足要求的范圍內，在重載交通條件下出現車轍、擁包、推移等質量通病，能夠最大限度的模擬汽車荷載作用在路面上的力學狀態。

2）通過設定平衡狀態、轉數、試件高度、試件密度等4種形式控制試驗過程，平衡狀態指GTM試驗機每旋轉100r時混合料的應變很小，抗剪切強度高，該試驗得出的混合料最大密度比較科學與準確。

3）控制剪切安全系數GS，F：即瀝青混合料的剪切強度Sg與最大剪應力max的比值，GS，F應大于1.0，在混合料壓實試驗過程中；GTM法可以測出混合料的剪切強度，即混合料內部對所加荷載的抵抗力，是由混合料的特性決定的。

4）混合料的密度：指GTM法在平衡狀態條件下試驗完成的混合料密度，此時可視為混合料不在發生塑性變形的密度。該密度是用以控制施工壓實度的質量依據。

5　路面基層壓實度對回彈模量及路面結構層厚度的影響分析[4，5]

根據《公路瀝青路面設計規》[4](JTG D50—2006)之規定，由設計年限累計交通量、確定路面設計彎沉值為依據進行路面結構層厚度計算，計算原理采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系為理論依據，同時，要求輪間隙中心路表的實際彎沉不大于路面的設計彎沉，即LsLd,實際彎沉值計算見圖1所示。

1）路面結構層的設計厚度取決于半剛性基層材料的板體回彈模量，在瀝青面層厚度及路基回彈模量一定的情況下，基層材料的回彈模量越高則相對設計厚度可減小，即節省了工程造價，或不減小厚度的情況下可提高路面結構層的整體強度，設計參考值如表3所列。

圖1　路表彎沉計算圖示

表3　提高路面結構層的整體強度設計參考值

2)半剛性材料的無側限抗壓強度與回彈模量的換算關系

根據大量的室內試驗數據表明，半剛性材料的無側限抗壓強度與回彈模量存在正比例線性函數換算關系，在保證率85%的條件下，回彈模量E=236P+1000,

式中，E為半剛性材料的回彈模量，MPa；P為半剛性材料的室內無側限強度，MPa。

3）路面基層回彈模量對路面結構層計算厚度的影響分析通過半剛性材料的回彈模量對比根據當量元等效半徑原理，可演變成為以下（見圖2）的3層計算體系。根據計算公式可知；當E2提高了回彈模量的條件下，待求得的路面厚度H相對減小，最大限度地降低了路面結構層的設計厚度而經濟。

圖2　多層體系的路面結構層計算模式

6　結語

通過采用GTM法進行路面基層材料的密度試驗，相對提高了路面基層的壓實度標準，同時未改變質量檢驗評定標準所規定的技術指標，由于基層材料的回彈模量也相對提高可減少設計厚度，同時,對保證路面結構層在汽車軸載的作用下，減少路面車轍、裂縫、疲勞破壞及發揮耐久性具有技術意義與經濟意義。

【1】JTJ034—2000公路路面基層施工技術規范[S].

【2】JTGE51—2009公路工程無機結合料試驗規程[S].

【3】JTGE40—2007公路土工試驗規程[S].

【4】JTGD50—2006公路瀝青路面設計規范[S].

【5】JTJF80/1—2004公路工程質量檢驗評定標準[S].

The Thickness Influence Analysis of Improving the Pavement Base Compaction Layer Thickness on the Modulus of Resilience and Structure

CHEN Jun-qian
(The Road Transportation Management of Guan County,Guan 065500,China)

The author analysis and summaries the Mechanical characteristics of pavement base in this paper through the engineering practice and design principle.through the technology It can improve the degree of compaction at the grass-roots level and reduce the allowed deflection value,the wheel load resistance of flexural tensile ability to a large degree,and At the same time it can prolong the dynamic stability of the new roads and use durability

primary compaction；degree of rebound；modulus of structure layer thickness；impact analysis

U416

A

1007-9467（2016）05-0096-03

陳俊仟（1978～），男，河北固安人，工程師，從事道路與橋梁研究，（電子信箱）940168391@qq.com。

2015-11-04