瀝青路面交工驗(yàn)收彎沉值的計(jì)算分析

趙世樂， 萬 兵

中國建筑第五工程局有限公司，湖南 長沙，410004

0 引 言

瀝青混凝土路面施工后應(yīng)進(jìn)行彎沉值的檢驗(yàn)，彎沉值作為施工與質(zhì)量驗(yàn)收的主控項(xiàng)目是評定瀝青路面施工質(zhì)量的重要指標(biāo)[1]，其實(shí)測值應(yīng)不大于驗(yàn)收彎沉值，因此驗(yàn)收彎沉值的確定顯得尤為重要。目前《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 169—2012)對瀝青路面彎沉的檢測和驗(yàn)收均進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定，對路表面彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值即驗(yàn)收彎沉值的確定也做了介紹，但不詳盡，也未給出計(jì)算算例，若設(shè)計(jì)人員對規(guī)范掌握不充分[2]，給出的路表面彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值過小會導(dǎo)致施工質(zhì)量要求過高，實(shí)際施工控制難以達(dá)到，造成不必要的浪費(fèi)，反之則會導(dǎo)致施工質(zhì)量難以保證，進(jìn)而造成路面強(qiáng)度不足而過早破壞。因此，有必要就如何計(jì)算確定驗(yàn)收彎沉值進(jìn)行介紹。

1 計(jì)算理論介紹

目前城鎮(zhèn)道路瀝青混凝土路面的彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值一般采用按最后確定的路面結(jié)構(gòu)厚度與材料模量計(jì)算的路表面彎沉值，而路表面彎沉值的計(jì)算則采用雙圓垂直均布荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論進(jìn)行計(jì)算，并引入彎沉綜合修正系數(shù)，將理論彎沉值進(jìn)行修正，使計(jì)算彎沉值與實(shí)測彎沉值趨于接近實(shí)際[3，4]。《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 169—2012)給出的具體計(jì)算圖如圖1所示[5]。

圖1 路面荷載布置與計(jì)算點(diǎn)示意圖

計(jì)算以雙輪組單軸載100 kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，輪胎接地壓強(qiáng)為0.7 MPa，單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑為21.3 cm(半徑為10.65 cm)，兩輪中心距為1.5倍單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑即31.95 cm。

路表面彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算點(diǎn)位置為雙輪隙中心點(diǎn)A，計(jì)算彎沉值應(yīng)按下列公式計(jì)算：

(1)

(2)

(3)

式中：p為標(biāo)準(zhǔn)軸載下的輪胎接地壓強(qiáng)，0.7MPa；δ為當(dāng)量圓半徑，10.65 cm；aw為理論彎沉系數(shù)；E0為路基回彈模量，MPa；E1、E2……En-1為各層材料回彈模量值，MPa；h1、h2……h(huán)n-1為各結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)厚度，cm；F為彎沉綜合修正系數(shù)。

2 公式推導(dǎo)、算例驗(yàn)證及計(jì)算分析

2.1 公式推導(dǎo)

ls=llF

(4)

將式(4)帶入式(3)并化簡得：

(5)

式(5)即為路表面彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值的最終計(jì)算公式，只需計(jì)算出理論彎沉值代入后即得最終的路表面彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值，而理論彎沉值則可以通過雙層或多層連續(xù)體系表面垂直位移諾莫圖或其他能夠計(jì)算彈性層狀體系位移的力學(xué)計(jì)算軟件得到，也可采用有限元軟件分析得到。

2.2 算例驗(yàn)證

某城鎮(zhèn)道路為主干路，設(shè)計(jì)速度50 km/h，項(xiàng)目位于江西省贛州市，交通荷載等級為重交通，擬采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，具體路面結(jié)構(gòu)組成為：上面層為4 cm厚AC-13C細(xì)粒式瀝青混凝土，中面層為6 cm厚AC-20C中粒式瀝青混凝土，下面層為8 cm厚AC-25C粗粒式瀝青混凝土，上基層為17 cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石，下基層為17 cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石，底基層為17 cm厚4%水泥穩(wěn)定碎石，墊層為20 cm厚未篩分碎石，面層間設(shè)置黏層瀝青，上基層頂面設(shè)置乳化瀝青稀漿封層和透層。各結(jié)構(gòu)層詳細(xì)計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 路面結(jié)構(gòu)參數(shù)表

按表1路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，將雙輪組單軸載100 kN分別作用在未篩分碎石頂面、底基層頂面、下基層頂面、上基層頂面、下面層頂面、中面層頂面、上面層頂面分別進(jìn)行7次計(jì)算，即可得各結(jié)構(gòu)層表面的理論彎沉，按式(5)對理論彎沉結(jié)果進(jìn)行修正即得各結(jié)構(gòu)層路表面彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值。

本文采用彈性層狀體系計(jì)算軟件BISAR 3.0得到各結(jié)構(gòu)層的理論彎沉值，然后采用手工修正得到各結(jié)構(gòu)層路表面彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值。為驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用成熟商業(yè)路面結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件HPDS進(jìn)行平行計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 路表彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算結(jié)果

由上表可知，通過BISAR軟件計(jì)算出理論彎沉值后進(jìn)行修正得到的路表彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值與商業(yè)軟件HPDS的計(jì)算結(jié)果相差不大，基本相同，驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 計(jì)算分析

為了解路基回彈模量、墊層厚度、墊層回彈模量變化對路表驗(yàn)收彎沉值的影響，在保持其他各路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算參數(shù)不變的情況下，分別調(diào)整路基回彈模量、墊層厚度、墊層回彈模量，其路面頂面(上面層頂面)、基層頂面(上基層頂面)、底基層頂面的驗(yàn)收彎沉值計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 路基回彈模量、墊層厚度及模量變化下彎沉計(jì)算結(jié)果

在保持其他各路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算參數(shù)不變的情況下，分別調(diào)整路基回彈模量、墊層厚度、墊層回彈模量，其路面頂面(上面層頂面)、基層頂面(上基層頂面)、底基層頂面的驗(yàn)收彎沉值變化趨勢圖如圖2所示。

圖2 路表彎沉隨路基回彈模量、墊層厚度及模量變化圖

根據(jù)上述圖表可得：隨著路基回彈模量、墊層厚度、墊層回彈模量的增長，面層、基層、底基層頂面驗(yàn)收彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值均不斷減小，相對來說面層頂面的驗(yàn)收彎沉值變化速率最快，減小幅度最大。路基回彈模量的變化對面層、基層、底基層頂面的驗(yàn)收彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值影響最顯著，隨著路基回彈模量的提高，路表彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值甚至可降低約50%，相對來說墊層厚度、墊層模量的變化對路表彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值的影響較小。

另外，從計(jì)算結(jié)果表中可知，設(shè)置墊層時(shí)能顯著減小底基層頂面驗(yàn)收彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值，但上面層、上基層頂面驗(yàn)收彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值變化不大，減小作用不顯著。

3 結(jié)束語

本文介紹了目前城鎮(zhèn)道路路表彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的相關(guān)知識，并根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 169—2012)給出了路表彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式，推導(dǎo)出了路表彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值的最終計(jì)算公式，另外本文還通過具體計(jì)算算例結(jié)合成熟商業(yè)軟件HPDS對算例的結(jié)果進(jìn)行了平行計(jì)算，驗(yàn)證了計(jì)算公式得正確性，同時(shí)，本文還分析了路面結(jié)構(gòu)層參數(shù)如路基回彈模量、墊層厚度、墊層回彈模量的變化對驗(yàn)收彎沉值的影響，為路表彎沉檢測標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算提供了參考。