論土基回彈模量變化對(duì)路面設(shè)計(jì)的影響

【摘 要】土基回彈模量是路面設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一，是影響路面結(jié)構(gòu)厚度的敏感參數(shù)之一，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能否取用合適的土基回彈模量值，關(guān)系到路面機(jī)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)型。

【關(guān)鍵詞】土基回彈模量；路面設(shè)計(jì)

土基回彈模量是一個(gè)關(guān)于土的類型、含水量、壓實(shí)度以及測(cè)定方法的復(fù)雜函數(shù)，由于我國(guó)路面設(shè)計(jì)方法中采用的土基強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是在最不利季節(jié)下測(cè)得的回彈模量值，它并沒有考慮一年中各種實(shí)際情況變化對(duì)土基強(qiáng)度的影響，從這個(gè)意義上來說，根據(jù)土基回彈模量變化進(jìn)行路面設(shè)計(jì)具有著重要意義。

1 土基回彈模量與路面設(shè)計(jì)

土基回彈模量是路面設(shè)計(jì)的主要參數(shù)之一，且影響路面結(jié)構(gòu)厚度的敏感參數(shù)之一，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能否取用合適的土基回彈模量值，關(guān)系到路面機(jī)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)型。影響土基回彈模量的因素很多，主要有：土質(zhì)、壓實(shí)度、含水量、試驗(yàn)方法、加荷方式等。固定土質(zhì)種類的情況下，土基回彈模量值隨著含水量和密度的變化而變化，特別是含水量對(duì)回彈模量的影響最大。有關(guān)資料顯示，保持干密度不便，僅含水量增加1%（絕對(duì)值）可使土基回彈模量?jī)r(jià)格低8%—18%，平均降低11%.如考慮含水量增加常使干密度減小，則含水量增加1%使回彈模量降低的百分率還要大于11%.因此，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不同壓實(shí)度和含水量條件下的土回彈模型、土基回彈彎沉，分析壓實(shí)度和含水量對(duì)土基回彈模量的影響，找出基回彈模量與土基回彈彎沉之間的關(guān)系，并回歸其相關(guān)關(guān)系式，為設(shè)計(jì)取用合適的土基回彈模量值提供可靠的參考是很有必要的。

路基土的控制路基一般是用自然土修筑的，在路基填筑之前應(yīng)對(duì)自然土進(jìn)行試驗(yàn)分析，確定其物理力學(xué)性質(zhì)，測(cè)定其最佳含水量及最大干容重，以便指導(dǎo)路基施工及對(duì)路基填筑成品的檢測(cè)，從有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果分析：土質(zhì)顆粒越細(xì)，其相應(yīng)的回彈模量越低，而砂性土回彈模量比較高。這就是通常所說的砂性土是良好的筑路材料。施工選擇取土場(chǎng)時(shí)，我們通過選擇塑性指標(biāo)較小的土來填筑路基。

2 含水量所造成的土基回彈模量變化對(duì)路面設(shè)計(jì)的影響

碾壓需要克服土顆粒問的內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力，才能使土顆粒產(chǎn)生位移并相互靠近。土的內(nèi)摩阻力和粘結(jié)力隨著密實(shí)度的增加而增加，土的含水量小時(shí)，土顆粒間的內(nèi)摩阻力大，壓實(shí)到一定程度后，某一壓實(shí)功不能克服土顆粒間的抗力，壓實(shí)所得的干密度小。當(dāng)含水量增加時(shí)，水在土顆粒間起潤(rùn)滑作用，使土的內(nèi)摩阻力減小，因此，同樣的壓實(shí)功可得到較大的干密度。在此過程中，單位土體積中空氣的體積逐漸減小，而固體體積和水的體積逐漸增加，當(dāng)土的含水量達(dá)到某一限度后，雖然內(nèi)摩阻力還在減小，但單位土體中空氣的體積已壓縮到最小限度，而水的體積不斷增加，由于水不可壓縮，因此在同一壓實(shí)功下，土的干密度反而逐漸減小，只有在某一含水量下才能壓實(shí)到最大干密度，這個(gè)含水量稱為最佳含水量。含水量作為土基壓實(shí)的關(guān)鍵因素之一，處于不同含水量的填料具有不同的工程性質(zhì)，含水量過高或過低都會(huì)影響施工質(zhì)量和土基的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。土的壓實(shí)效果同壓實(shí)時(shí)士的含水量有密切關(guān)系。在最佳含水量條件下，采用一定的壓實(shí)功能達(dá)到最大的密實(shí)度，獲得最經(jīng)濟(jì)的壓實(shí)效果。我國(guó)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 033—95)中規(guī)定，凡是適合填筑路基的土，均以壓實(shí)度作為控制標(biāo)準(zhǔn)，在路基驗(yàn)收時(shí)，對(duì)路基土壓實(shí)時(shí)的含水量并沒提出要求，而是認(rèn)為土基壓實(shí)的最終目的是要求其路床頂面檢驗(yàn)時(shí)的土基整體強(qiáng)度一回彈模量或彎沉值達(dá)到鋪筑路面墊層或底基層的要求，因而忽了土基壓實(shí)時(shí)的含水量對(duì)土基長(zhǎng)期穩(wěn)定性的影響。土的最佳含水量是一個(gè)相對(duì)值，某一種土的最佳含水量和最大干密度不是固定不變的，它隨壓實(shí)功而變。

3 土質(zhì)因素所造成的土基回彈模量變化對(duì)路面設(shè)計(jì)的影響

土質(zhì)對(duì)土體壓實(shí)效果的影響也很大。粒徑較大的中粗粒土比表而積小，顆粒之間的粘結(jié)力弱，易于在外力作用下產(chǎn)生位移而容易壓實(shí)；粉土、粘土顆粒小，比表而積大，顆粒問薄膜水互相吸附作用較強(qiáng)，自由水捧出困難，壓實(shí)阻力大而難于壓實(shí)，wo較高，風(fēng)較低；砂土因其顆粒較大，呈松散狀，水分易于散失，所以‰的概念對(duì)其沒有多大的實(shí)際意義，但沒有足夠的含水量，砂土的壓實(shí)也是比較困難的。在實(shí)際施工之中，應(yīng)針對(duì)不同土質(zhì)取土樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，在各取土場(chǎng)采集具有代表性的土樣，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)試驗(yàn)，以求得用于填筑各施工段的各類土的最佳含水量(Wo)和最大干容重(風(fēng))，作為控制各施工段土基施工壓實(shí)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。從顆粒的形狀看，接近立方體、棱柱體的易于壓實(shí)；薄片、長(zhǎng)條多的難壓。顆粒表面有一定粗糙度的雖然阻抗力要大些，但在碾壓過程中產(chǎn)生位移后能穩(wěn)定在新的位置，而表而光滑接近圓形的顆粒雖易于移動(dòng)，但不易穩(wěn)定，常難以壓實(shí)。而土粒級(jí)配是否良好，決定了土能否被壓實(shí)到較理想密度，級(jí)配良好的土，可以用較少的壓實(shí)功壓到要求的密實(shí)度，級(jí)配差或根本不含級(jí)配的土，盡投入相當(dāng)大的壓實(shí)功，仍會(huì)留下很大的空隙。因此在填料選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用天然級(jí)配較好的中、粗粒土，砂性土，盡量避免使用粉土、粘土，光滑無棱又顆粒均勻的砂等難于壓實(shí)的材料。

4 輕重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)所造成的土基回彈模量變化對(duì)路面設(shè)計(jì)的影響

土的最佳含水量和最大干密度隨壓實(shí)功能變化的試驗(yàn)曲線表明：土的最佳含水量隨壓實(shí)功能的增加而減小，而最大干密度則隨壓實(shí)功能的增加而增大，當(dāng)含水量一定時(shí)，壓實(shí)度越大，干密度越高。現(xiàn)行規(guī)范將土基干濕類型的劃分由原公路柔性路面規(guī)范平均相對(duì)含水量M為平均稠度wc。原規(guī)范土基分界相對(duì)含水量K建議值的液限w，為76 g平衡錐測(cè)定，屬輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：而稠度嵋建議值的液限w，為100 g平衡錐測(cè)定，屬重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)為了保證路面質(zhì)量，避免路面早期破壞，所以要分析輕重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系，這樣才會(huì)確定出合理的壓實(shí)度和土基回彈模量值。

5 結(jié)語

土基回彈模量并不是一塵不變的，而是隨著時(shí)間以及氣候條件不斷產(chǎn)生變化。首先，土基回彈模量隨季節(jié)的變化規(guī)律。在鋪筑路面后和公路運(yùn)行中，在汽車荷載、降雨、氣候等條件的影響，土基含水量上升，壓實(shí)度降低，土基的強(qiáng)度會(huì)越來越低，表征強(qiáng)度的主要指標(biāo)

一回彈模量就會(huì)降低。所以，在路面設(shè)計(jì)中若仍將最不利季節(jié)的回彈模量值作為土基強(qiáng)度的設(shè)計(jì)取值，就不能反映路基土真實(shí)的工作狀態(tài)，造成路面整體結(jié)構(gòu)過早的發(fā)生破壞，因此需要考慮土基回彈模量隨季節(jié)含水量的變化規(guī)律。其次，回彈模量運(yùn)營(yíng)后其值有所變化。筆者對(duì)陜西、隴東和隴西地區(qū)二級(jí)路的老公路進(jìn)行了大規(guī)模的勘察，以下是用老路基勘察所測(cè)的室內(nèi)回彈模量計(jì)算的土基回彈模量Eo，計(jì)算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均含水量和干密度。從測(cè)算值中發(fā)現(xiàn)，隨著老路基含水量的增大，干密度降低，土基回彈模量也降低。測(cè)點(diǎn)4比測(cè)點(diǎn)1的含水量增大了60．1％，土基回彈模量降低了21．1％；雖然測(cè)點(diǎn)2的含水量也很大，但是由于其干密度較大，所以測(cè)點(diǎn)2雖然比測(cè)點(diǎn)l的含水量增大了59．5％，土基回彈模量?jī)H僅降低了14．0％。新建路面的土基回彈模量都較高，滿足設(shè)計(jì)要求，路基土含水量并不高。鋪筑路面后和公路運(yùn)行過程中，在不利季節(jié)很多地方土基含水量上升到塑限以上或較高水平，達(dá)到潮濕狀態(tài)，同時(shí)壓實(shí)度下降。含水量上升使得回彈模量Eo降低，而壓實(shí)度下降促進(jìn)了含水量的變化，使土基整體穩(wěn)定性下降。因此，如何減少含水量的增加，保證壓實(shí)度不下降，土基穩(wěn)定性提高，是一個(gè)提高道路使用壽命很不錯(cuò)的措施。

因此，對(duì)土基彈模量變化進(jìn)行研究具有重要意義，因?yàn)樗軌蚴乖诼访嬖O(shè)計(jì)中作出正確的決策，并最終產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

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