公路路基及基層設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

汕尾市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)室 陳世忠

公路路基及基層設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

汕尾市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)室 陳世忠

公路路基及基層的參數(shù)設(shè)定受到氣候、施工條件、施工材料等多因素影響。全文首先介紹了影響公路路基及基層設(shè)計(jì)參數(shù)的主要因素，即公路自然區(qū)劃。然后分別探討了公路路基參數(shù)設(shè)計(jì)的三種方法，以及基層設(shè)計(jì)參數(shù)獲取的注意事項(xiàng)。

公路路基 基層 參數(shù)設(shè)計(jì)

公路路基及基層設(shè)計(jì)參數(shù)的選取直接關(guān)系到公路工程的質(zhì)量，而影響這些參數(shù)設(shè)定的因素眾多，如氣候、降雨、溫度、車流量、載重量、地貌地基，以及公路等級等，還有公路路基的建設(shè)材料、厚度、模量、劈裂強(qiáng)度等。總之公路路基及基層設(shè)計(jì)參數(shù)的確定是一個系統(tǒng)工程，它對提高路面施工質(zhì)量、延長公路使用壽命意義重大。

一、影響公路路基及基層設(shè)計(jì)參數(shù)的主要因素——公路自然區(qū)劃

對公路工程而言，設(shè)計(jì)是施工建設(shè)的前提，而路基路面材料的回彈模量、強(qiáng)度等是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心參數(shù)，這些參數(shù)的取舍直接關(guān)系到公路工程的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。影響公路路基及基層設(shè)計(jì)參數(shù)的主要因素是公路自然區(qū)劃，它是在查明自然環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，綜合考慮自然、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素，揭示公路工程的地域建設(shè)可行性以及技術(shù)要求[1]。我國地大物博，各地自然環(huán)境差別較大，公路自然區(qū)劃為三個區(qū)域：一級區(qū)劃為多年凍土、季節(jié)凍土和全年不凍三大地帶，然后根據(jù)水熱平衡和地理位置，劃分為凍土、濕潤、干濕過渡、濕熱、潮濕、干旱和高寒七個大區(qū)，二級區(qū)劃則以潮濕系數(shù)為參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步劃分，三級區(qū)劃是在二級區(qū)劃內(nèi)劃分更低一級的區(qū)域或類型單元。進(jìn)行公路路基及基層設(shè)計(jì)時，首先需要考慮公路所在的區(qū)劃，即區(qū)分不同地理區(qū)域自然條件對公路工程影響的差異性，并在路基及基層的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)中，根據(jù)不同區(qū)劃分別采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施和采用合適的設(shè)計(jì)參數(shù)。

二、路基設(shè)計(jì)參數(shù)研究

路基作為路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其抵抗車輪荷載能力的大小，主要取決于路基頂面在一定應(yīng)力級位下抵抗變形的能力，也即路基回彈模量。該模量隨著土質(zhì)、含水量和密實(shí)度的變化而變化，如含水量，在干密度不變時，含水量增加1%，回彈模量降低8%~18%，平均降低11%。路基回彈模量參數(shù)可以采取以下方法獲取：

1. 現(xiàn)場實(shí)測法。方法如下：在不利季節(jié)（如雨季）路基較松軟時，對已經(jīng)建成的路基表面，按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTJ059-95），采用直徑30cm的剛性承載板，通過承載板對土基逐級加載、卸載的方法，測出土基0-1mm的變形壓力曲線，并按照以下公式測算出路基回彈模量：E0=2πD（1-μ）2∑pi/∑Li，其中μ為泊松比，一般取值0.35，D為承載板直徑，pi和Li分別為各級壓強(qiáng)與其相對應(yīng)的回彈模量變形值[2]。現(xiàn)場實(shí)測往往是最實(shí)際的方法，但是測取回彈模量值的工作量大，雖然是在利季節(jié)，但是卻無法把握最不利季節(jié)以及地基的最不利狀態(tài)。

2. 查表法。這是最省事的一種參數(shù)設(shè)定方法。路基參數(shù)推薦表是在原來路基輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提出的。因此，當(dāng)路基壓實(shí)度由輕型轉(zhuǎn)為重型時，查表所得到的路基回彈模量值夜應(yīng)當(dāng)提高。查表法獲取路基回彈模量的方法如下：（1）確定臨界高度。臨界高度是指在不利季節(jié)路基分別處于干燥、中濕或潮濕狀態(tài)時，路床表面距地下水或地表積水水位的最小高度。該值可以根據(jù)氣候條件及其他路面工程的經(jīng)驗(yàn)獲取。（2）擬定土的平均稠度。首先根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)或路基臨界高度判斷各路段路基的干濕類型，然后根據(jù)路基干濕類型表和干濕狀態(tài)的稠度建議值論證各路段土的平均稠度值。（3）預(yù)測路基回彈模量。在確定了公路的自然區(qū)劃后，根據(jù)擬定的路基土的平均稠度，參考“二級自然區(qū)劃各土組路基回彈模量參考值”表中所列的路基回彈模量參考值，可以預(yù)測路基回彈模量值。

3. 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及換算法。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)法，顧名思義，是取代表性土樣在最佳含水量條件下，利用承載板測定出的室內(nèi)回彈模量E，而且該結(jié)果應(yīng)考慮不利季節(jié)的影響，即乘以折減系數(shù)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)路段的路基臨界高度及相應(yīng)的路基干濕類型，以及土基穩(wěn)定含水量確定代表不利季節(jié)土基的稠度值。然后讓土基在重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行壓實(shí)，并設(shè)計(jì)壓實(shí)度K，由于稠度值ω0已經(jīng)確定，因此可以利用換算關(guān)系確定彈模量E。《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中經(jīng)過大量試驗(yàn)總結(jié)出了一些地區(qū)土基壓實(shí)度K、稠度值ω0和彈模量E的關(guān)系。需要注意的是，無論是前述的查表法，還是室內(nèi)試驗(yàn)及換算法，通過實(shí)踐表明，通過這種方式獲取的基回彈模量有很大的變異性，其變異系數(shù)平均為30%，大者可達(dá)40%。這主要是因?yàn)椴煌貐^(qū)的土質(zhì)和土的含水量差異很大，因此，土基回彈模量的差異也很大，另外就是經(jīng)濟(jì)因素人為的造成，因?yàn)橥粱貜椖Ａ窟^低，任何土質(zhì)的路基強(qiáng)度都能達(dá)到要求，路況質(zhì)量得不到保證。相反如果定的過高，則某些地區(qū)路基強(qiáng)度都不夠，就需要進(jìn)行換土或處理，浪費(fèi)成本。因此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，必須考慮到同一條路它可能經(jīng)過不同的自然區(qū)劃，或不同的地址條件，這就要求對不同條件的路段進(jìn)行分段實(shí)驗(yàn)，確定多個回彈模量。

三、基層設(shè)計(jì)參數(shù)研究

基層是置于路基之上的，其使用材料大致有三類：顆粒性材料、瀝青類材料和水硬性結(jié)合料。這些材料按不同的方式，如密實(shí)型、嵌擠型和穩(wěn)定型等組成各種路面結(jié)構(gòu)層。基層設(shè)計(jì)參數(shù)中，最重要的是表征材料剛度特性的指標(biāo)的模量值，該值主要反應(yīng)的是路基的抗壓強(qiáng)度[3]。對于典型的基層材料，如二灰穩(wěn)定碎石、二灰穩(wěn)定砂礫、水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定砂礫等，《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGDSO-2006）給予了設(shè)計(jì)參數(shù)的取值推薦，如配合比或規(guī)格要求求、抗壓回彈模量E（Mpa）、劈裂強(qiáng)度δ（Mpa）等。但是在實(shí)際應(yīng)用中，必須考慮兩個因素：（1）基層材料設(shè)計(jì)參數(shù)隨齡期變化。基層材料的化學(xué)反應(yīng)要持續(xù)很長時間，而且還受到環(huán)境、溫度、氣候的影響。一般而言這些剛性材料的強(qiáng)度和剛性（回彈模量或彈性模量）都隨著齡期而不斷增長，而且存在著較好的對數(shù)關(guān)系或冪函數(shù)關(guān)系。為此，基層的設(shè)計(jì)參數(shù)一般要求的試驗(yàn)齡期比較長。①抗壓回彈模量與齡期之間的關(guān)系，水泥穩(wěn)定類基層材料早期的抗壓回彈模量的反展較快，但是隨著齡期的增長，在中后期開始其發(fā)展速度開始變緩慢。相反，二灰穩(wěn)定類材料中后期抗壓回彈模量的增長較快。②抗壓強(qiáng)度與齡期之間的關(guān)系。水泥穩(wěn)定砂礫的早期抗壓強(qiáng)度最高，但隨著齡期的反展其強(qiáng)度增長的最緩慢，二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強(qiáng)度增長的速度最快，后期強(qiáng)度則高于其他基層材料的抗壓強(qiáng)度。③劈裂強(qiáng)度與齡期之間的關(guān)系。水泥穩(wěn)定砂礫材料的早期強(qiáng)度和模量最高，二灰穩(wěn)定砂礫的早期強(qiáng)度和模量最低。但是隨著齡期的增長，后期的強(qiáng)度和模量二灰穩(wěn)定類基層都比較快，其中二灰穩(wěn)定碎石的強(qiáng)度與模量值后期值最大。（2）強(qiáng)度、模量折減系數(shù)。從《規(guī)范》中獲取的設(shè)計(jì)參數(shù)取值與現(xiàn)場制件得到的數(shù)值并不相同。因?yàn)闊o論是抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量，還是劈裂強(qiáng)度，都受到氣候、溫度、施工條件等因素影響。因此在設(shè)定基層參數(shù)時，必須考慮折減系數(shù)。