路基均勻性影響及評價方法研究

李清旺（東營市公路管理局公路養護中心 山東 東營 257000）

0 引言

道路結構基層的均勻性對路面結構的力學性能具有較大的影響。當基層的均勻性較低時，路面結構的受力狀態較差，且應力分布不均勻，很容易產生開裂等病害，降低路面結構的耐久性，大大降低了其使用壽命。有鑒于此，國內外學者針對路基均勻性進行了大量的研究。張鋒[1]針對路基材料的力學指標的不均勻性對瀝青路面的力學性能進行了深入研究，結果表明路基材料彈性模量是路面結構的動力性能的主要影響因素。王翔[2]則采用采用統計學理論，針對鐵路路基的壓實度進行了參數擬合研究。黃平[3]建立了道路結構的有限元模型，通過數值分析的方法對路基均勻性進行了研究。

1 路基均勻性的意義

路面性能受路基均勻性影響較大。隨著路基均勻性降低，在路基與路面的交界面處易產生應力集中導致的開裂，極大的縮短路面的使用壽命。根據美國聯邦高速公路管理局（Federal Highway Administration，FHA）的研究結果，若每層覆蓋層的平均剛度的不均勻性只減少25%，可以使路面的使用壽命延長1 倍。可見，路基的施工質量已成為除基層和面層性能之外導致公路早期破壞的又一重要因素。因此，研究路基材料的變形均勻性，減少不均勻沉降導致的早期開裂，對于確保路面結構的整體強度，提高道路的耐久性和使用壽命具有重要意義。

目前的路基質量評價方法通常采用彎沉或承載板法，通過路基質量的單點強度評價結果，雖能較好的反映出路基結構的強度均值，但無法表明路基結構整體的空間強度均勻性。故此方法無法評價路基的整體施工質量，代表性不足。而若施工過程中離析較少，施工完成后路基強度均勻一致，則認為其施工質量良好。評價路基強度的一個重要指標是路基的回彈模量，不同位置的回彈模量的均勻性能夠直接反應路基強度的均勻性，可通過路基強度的均勻性來表征路基施工質量的好壞。

為盡量避免路基均勻性差的情況，分析研究其異常值引起的原因進行，具體可分為如下情況：

（1） 路基及填料的參數選曲：壓實層過軟使得壓實層異常，路基的結構差異導致壓實作業時壓路機與路面的相互作業差異顯著；

（2） 填料的粒徑、級配分布：嚴格控制細粒填料的含水量，含水量的差異使得壓實異常值頻頻出現；填料級配不均勻也會對壓實值有顯著的影響；

（3） 壓路機滾輪的不同工作狀態：實際施工應避免壓路機跳振、滾輪脫離等狀況，避免異常壓實值的產生；

（4） 壓路機的參數設置：壓路機振幅應調整至適當大小，過大或者過小都會使得壓實值出現異常。若振幅過大，則路面極易產生松動，使得測量深度增大。而若振幅設置過小，壓路機與路面相互作用力太小，使得傳感器在信號采集時出現偏差。壓實過程中，若頻率發生改變，則傳感器接受的信號會產生偏差，最終導致信號處理出現誤差，影響壓實值的計算，因此，壓實作業時要嚴格控制壓路機的壓實頻率。同時，壓路機的行進速度和行進方向也應嚴格控制，防止壓實值出現異常。

（5） 壓實路段的地形狀況：當壓實區域的坡度變化較大時，壓路機很難保持一致的碾壓狀態，上下坡測得的壓實值會產生較大差異，部分過壓區域可能產生異常值。同時，在曲線路段或者壓實區域過窄路段也會對壓實值有顯著的影響。

（6）測量深度：若壓實過程中采用不同的碾壓設備，也會影響測量深度，造成壓實值出現異常。

2 路基均勻性的影響

中國公路工程的病害除了面層的影響因素之外，基層的施工質量也逐漸成為了其主要因素之一。當路基施工質量較差時，即使面層擁有較好的施工質量也難以阻止病害的產生。同時當路基施工質量較差時，對其進行翻修、管養的成本也大大增加。因此道路基層的施工質量對道路工程的綜合施工質量影響重大，且道路面層的其他結構的施工質量也會受到來自基層施工質量的影響。可以采用貝克曼梁彎沉法或者承載板法等方法對路基施工強度進行局部評價。但路基的施工作業面積較大，采用這些方法很難對路基的整體力學性能進行評價，即不能給出路基的均勻性。當路基施工質量較好時，混合料的各組分能夠均勻分布，離析現象也較少；當施工質量較差時，混合料往往出現離析現象，此時路基的均勻性也較差。因此路基的均勻性可以較好的反映出路基的施工質量。路基施工質量可通過路基的回彈模量這個參數反應出來，因此其是路基施工質量的重要指標。可以通過對道路基層不同位置處對回彈模量進行檢測，進而得到路面基層的施工質量以及路基強度的均勻性。

3 路基均勻性的評價指標

可以采用變異系數Cv 來作為路基的均勻性評價指標，其可按照下式進行計算：

其中，μ 為一系列檢測中路基回彈模量的平均值、σ 為路基回彈模量的標準偏差。

基于式（1）可根據道路結構的設計公路等級，根據不同的可靠度要求，給出不同路基材料所對應的容許偏差系數，分別如表1 和表2 所示：

表1 一級、高速公路不同可靠度等級下的允許偏差系數

表2 二級公路不同可靠度等級下的允許偏差系數

對表1 和表2 進行回歸分析，在進行線性擬合后便可得到不同道路等級及可靠度要求下容許偏差系數與對應回彈模型的函數關系式，將其匯總如表3 所示：

表3 不同道路等級及可靠度要求下容許偏差系數Cv 計算

根據上述分析結果，可以對路基施工的不均勻性進行評價。此外，不同可靠度要求的路基，其最大偏差系數可參考表4、表5：

表4 最大偏差系數

表5 不均勻性評價標準

4 結語

對路基均勻性評價方法進行了研究，并提出了基于可靠性的路基均勻性評價方法，并在此基礎上給出了不同可靠度等級下的瀝青路面和混凝土路面你的路基均勻性評價標準。提出的路基均勻性評價方法具有較好的精度和工程推廣應用前景，為路基施工質量提供了可靠的保證。