公路改建工程舊瀝青路面回彈模量研究

朱義銘，胡光偉，顧迎春

（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210005）

0 引言

在公路改擴(kuò)建工程瀝青路面加鋪設(shè)計(jì)中，原路面結(jié)構(gòu)承載能力是決定路面改造方案的關(guān)鍵指標(biāo)，而在加鋪補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中，原路面的當(dāng)量回彈模量則是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)合理確定改建路面的結(jié)構(gòu)形式也起了至關(guān)重要的作用。對(duì)路面當(dāng)量回彈模量的測(cè)定，采用承載板現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定最為直接和準(zhǔn)確，但是其測(cè)定過程比較復(fù)雜、耗時(shí)較長，而且會(huì)受到設(shè)備、自然等外界因素影響，綜合考慮檢測(cè)效率，一般不采用此方法進(jìn)行大規(guī)模的回彈模量測(cè)定。因此，規(guī)范提出了以路表彎沉值l0換算路面當(dāng)量回彈模量E0的計(jì)算公式。

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2006）（以下簡稱“路面設(shè)計(jì)規(guī)范”）中規(guī)定原路面當(dāng)量回彈模量的計(jì)算公式為：式中：Et為原路面的當(dāng)量回彈模量（MPa）；p、δ為標(biāo)準(zhǔn)軸載的輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）和當(dāng)量圓半徑（mm）；l0為原路面的計(jì)算彎沉（0.01mm）；m1、m2為輪板對(duì)比值與擴(kuò)大系數(shù)。

《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）（以下簡稱“基層施工規(guī)范”）中給出了彎沉值和回彈模量的回歸方程：

公式中變量的含義同式（1）。

《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60—2008）（以下簡稱“測(cè)試規(guī)程”）中給出的當(dāng)量回彈模量計(jì)算公式為：

式中：μ為材料泊松比；a為彎沉系數(shù)；其余變量含義均同式（1）。

在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，通常采用“路面設(shè)計(jì)規(guī)范”中的式（1）來計(jì)算原路面當(dāng)量回彈模量，以此作為路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算與驗(yàn)算的依據(jù)。但該公式的計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)際當(dāng)量回彈模量有多大差異，設(shè)計(jì)人員以此確定的路面加鋪層結(jié)構(gòu)組合是否合理，這些都需要通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證和分析。

1 承載板試驗(yàn)測(cè)定回彈模量

試驗(yàn)路段為某高速公路，于1999年通車，路面結(jié)構(gòu)形式為：4cm AC—16+6cm AC—25+28cm水泥穩(wěn)定碎石+20cm級(jí)配碎石，在2006年，對(duì)其中一段進(jìn)行過加鋪改造，加鋪層為4cm AC—16+5cm AC—16。

在該高速公路路面較為平整且縱坡較小的路段中，選定若干具有代表性的測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)定路表回彈彎沉和路面當(dāng)量回彈模量。回彈彎沉采用貝克曼梁測(cè)定，測(cè)試車采用BZZ—100標(biāo)準(zhǔn)軸載汽車，貝克曼梁采用5.4m長規(guī)格。為了測(cè)試方便，承載板試驗(yàn)加載設(shè)施也采用BZZ—100標(biāo)準(zhǔn)軸載車。回彈彎沉和回彈模量測(cè)試方法分別采用測(cè)試規(guī)程中的T 0951—2008和T 0943—2008。

本次試驗(yàn)共選取了15個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)路表彎沉值和路面當(dāng)量回彈模量試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 路表彎沉與回彈模量檢測(cè)結(jié)果

將路表彎沉和路面當(dāng)量回彈模量實(shí)測(cè)值繪制散點(diǎn)圖，并回歸E0-l0關(guān)系曲線如圖1所示。回歸公式見式（4）。

圖1 E0-l0關(guān)系曲線

由圖1和式（4）可知，承載板試驗(yàn)測(cè)定的路面當(dāng)量回彈模量和路表彎沉的回歸公式的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.930 9，說明兩者具有很好的回歸關(guān)系。

2 回彈模量公式的分析比較

為了進(jìn)一步比較，將本次試驗(yàn)中路表彎沉值分別代入上文不同規(guī)范的公式中，計(jì)算路面當(dāng)量回彈模量值，并與實(shí)測(cè)模量進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算結(jié)果列于表2。其中，輪胎接地壓強(qiáng)p取值為0.70MPa，當(dāng)量圓半徑δ取值為10.65cm，輪板對(duì)比值m1取值為1.1，當(dāng)量回彈模量擴(kuò)大系數(shù)m2取值為1.0。材料泊松比μ取值為0.25，彎沉系數(shù)a取值為0.712。對(duì)應(yīng)的回彈模量和路表彎沉關(guān)系曲線見圖2。

表2 不同規(guī)范回彈模量計(jì)算結(jié)果匯總

表2（續(xù)）

圖1 不同規(guī)范E0—l0關(guān)系曲線

由表2和圖2可以看出，與路面當(dāng)量回彈模量實(shí)測(cè)值最為接近的是“測(cè)試規(guī)程”計(jì)算公式，平均偏差率僅為5%，其次是“基層施工規(guī)范”計(jì)算公式，平均偏差率約為44%，而瀝青路面設(shè)計(jì)經(jīng)常采用的“路面設(shè)計(jì)規(guī)范”計(jì)算公式相差最大，比回彈模量實(shí)測(cè)值增加約70%以上。顯然，直接采用“路面設(shè)計(jì)規(guī)范”中的計(jì)算公式得出的原路面當(dāng)量回彈模量偏大，高估了原路面實(shí)際強(qiáng)度和承載能力，據(jù)此設(shè)計(jì)的路面加鋪層厚度也偏薄，在其他文獻(xiàn)中也有類似的結(jié)論，而這對(duì)于公路改擴(kuò)建工程中路面加鋪補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)是不利的，該問題需要引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。

3 結(jié)論

（1）通過承載板測(cè)定回彈模量試驗(yàn)和貝克曼梁測(cè)定回彈彎沉試驗(yàn)，建立試驗(yàn)路段路面當(dāng)量回彈模量和路表彎沉關(guān)系公式關(guān)系數(shù)達(dá)0.930 9，相關(guān)性較好。

（2）通過與“路面設(shè)計(jì)規(guī)范”、“基層施工規(guī)范”和“測(cè)試規(guī)程”中路面當(dāng)量回彈模量計(jì)算公式的比較與分析，發(fā)現(xiàn)“測(cè)試規(guī)程”公式的回彈模量與實(shí)測(cè)值最為接近，而“路面設(shè)計(jì)規(guī)范”公式的計(jì)算結(jié)果比實(shí)測(cè)值增大超過70%，以此為參考設(shè)計(jì)加鋪層厚度偏薄。

（3）在公路改擴(kuò)建工程瀝青路面加鋪補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)中，建議通過承載板試驗(yàn)建立相應(yīng)的回彈模量和路表彎沉回歸公式，并以此公式計(jì)算的原路面當(dāng)量回彈模量作為設(shè)計(jì)依據(jù)，如無承載板試驗(yàn)條件，可參考“測(cè)試規(guī)程”公式進(jìn)行比較選用。

[1] JTG D50—2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTJ 034—2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JTG E60—2008，公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程[S].

[4] 任成志.瀝青路面當(dāng)量回彈模量的研究[J].中外公路，2003，23（6）：23-24.