路面鋪設(shè)對(duì)挖方路基回彈模量的影響

吳明勝

(貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

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路面鋪設(shè)對(duì)挖方路基回彈模量的影響

吳明勝

(貴州路橋集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001)

路基回彈模量涉及了含水率、荷載類(lèi)型和壓實(shí)度等相關(guān)函數(shù)，要確定其數(shù)值具有很大難度。其中，回彈模量會(huì)因?yàn)橥馏w的含水量產(chǎn)生很大的影響。主要針對(duì)路面鋪設(shè)對(duì)挖方路基回彈模量的影響展開(kāi)探討，其中包括土體溫度與含水率的關(guān)系、土體含水率與回彈模量的關(guān)系、路基溫度場(chǎng)，以及路面鋪設(shè)前、后的路基回彈模量和修正系數(shù)。

公路路面鋪設(shè)；挖方路基；回彈模量

1 含水率和土體溫度的相互作用

根據(jù)相關(guān)實(shí)踐證明和研究資料可以確定，含水率在路基土體中并不是均勻分布的，其是具有一定變化的，含水率會(huì)因?yàn)闇囟鹊奶岣叨a(chǎn)生更大的變化。比如某高速公路建設(shè)工程，本文以其中K42+780～K43+035為試驗(yàn)分析路段，將溫度傳感器和濕度傳感器埋設(shè)在挖方路基內(nèi)部，即深度范圍3.5 m內(nèi)，并每隔25 cm埋入傳感器。然后，在三個(gè)時(shí)間段分別觀察了現(xiàn)場(chǎng)的溫度和含水率。最后整理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)深度范圍土層含水率的變化值，其中，外界環(huán)境很容易對(duì)淺層土體較深層土體造成影響，而深度的不斷加深會(huì)逐漸減小含水率的變化幅度。同時(shí)，當(dāng)深度超過(guò)一定范圍后，土體的溫度將處于長(zhǎng)期的維持狀態(tài)。

2 土體含水率與回彈模量的關(guān)系

為了對(duì)土體的室內(nèi)回彈模量進(jìn)行介紹，需要通過(guò)便攜式落錘彎沉儀來(lái)進(jìn)行，其也被稱(chēng)之為PFWD。作為一種現(xiàn)代化動(dòng)模量檢測(cè)設(shè)備，PFWD的原理與常規(guī)拖車(chē)式落錘彎沉儀有很大相似度。相比于擊實(shí)實(shí)驗(yàn)，其具有很大不同。充分考慮土體密度在各深度范圍的非一致性是實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行的，常選土體試件的干密度包括有，第一是1.832 g/cm3、第二是1.721 g/cm3、第三是1.545 g/cm3，含水率分別為，第一是1%、第二是2%、第三是4%、第四是6%、第五是8%、第六是11%、第七是12%、第八是15%；試件為直徑155 mm，高168 mm的圓柱形。在0.6 MPa壓力下通過(guò)壓力機(jī)將試件靜壓成型，其是為了有效分析土體在不同含水率和干密度情況下的質(zhì)量。

而通過(guò)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，土體的回彈模量因?yàn)橥馏w含水率造成了相應(yīng)的影響，而基于含水率在路基各處土體中的差異，土體所處的溫度會(huì)對(duì)路基內(nèi)部土體含水率而產(chǎn)生作用，并會(huì)因?yàn)椴粩喟l(fā)生的位置變化而出現(xiàn)相應(yīng)的波動(dòng)。因此，在計(jì)算回彈模量時(shí)，以總體情況來(lái)計(jì)算一個(gè)路基是很不合理的。

規(guī)范方法試件必須保證一定的基礎(chǔ)條件，第一是一定的壓實(shí)功；第二是不同含水率的情況下進(jìn)行制備，基于在體積上試件的相同條件，必須嚴(yán)格的控制試件質(zhì)量，并選擇相對(duì)較小的干密度。所以，先升后降的情況并沒(méi)有發(fā)生在此過(guò)程中，而是一直呈現(xiàn)下降的狀況，當(dāng)含水率超過(guò)干密度的最大設(shè)計(jì)值時(shí)，其下降速度更加明顯。

3 路基溫度場(chǎng)的分析

通常情況下，使用ANSYS能夠有效分析路基溫度場(chǎng)，模型的建立則對(duì)路基橫斷面進(jìn)行準(zhǔn)確選擇。擬定參數(shù)是首先需要確定的，繼而計(jì)算出路基的溫度場(chǎng)；在對(duì)路基溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)測(cè)且認(rèn)真對(duì)比以后，計(jì)算并修正相關(guān)參數(shù)；將路基溫度場(chǎng)通過(guò)修正后的各參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并實(shí)際對(duì)比實(shí)測(cè)路基溫度場(chǎng)和計(jì)算結(jié)果，如果出現(xiàn)比較大的差異，則需要將剛才的步驟進(jìn)行重復(fù)，直到實(shí)測(cè)路基溫度場(chǎng)和計(jì)算結(jié)果達(dá)到高度相似為止。最后，有效的分析并利用修正后的計(jì)算參數(shù)，以實(shí)際計(jì)算出路基鋪設(shè)前后的溫度場(chǎng)，并能因此發(fā)現(xiàn)鋪設(shè)路面的正常規(guī)律，對(duì)路基土體變化的溫度進(jìn)行對(duì)比。

如果路基對(duì)太陽(yáng)輻射吸收率為0.89，則空氣與土體的熱交換系數(shù)為16.98 W/(m2·℃)。利用ANSYS可以計(jì)算出，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和土體溫度的誤差高達(dá)25%，必須對(duì)溫度場(chǎng)的模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和修正，調(diào)整太陽(yáng)輻射吸收率為0.76，調(diào)整空氣和土體的熱交換系統(tǒng)14.66 W/(m2·℃)。經(jīng)過(guò)調(diào)整后發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)了有效吻合。

4 路面鋪設(shè)前后的路基回彈模量，修正系數(shù)

水泥粉煤灰穩(wěn)定級(jí)配碎石層的導(dǎo)熱系數(shù)，以及水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石層均取0.94 W/(m·℃)，水泥粉煤灰穩(wěn)定天然砂礫的導(dǎo)熱系數(shù)為1.159/(m·℃)，瀝青混合料的比熱容為1.19 kJ/(kg·℃)，交換系數(shù)為4.4 W/(m2·℃)，水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石層和水泥粉煤灰穩(wěn)定級(jí)配碎石層的比熱容為0.81 kJ/(kg·℃)，水泥粉煤灰穩(wěn)定天然砂礫層的比熱容去0.889 kJ/(kg·℃)。

通過(guò)建立的路基溫度場(chǎng)模型和參數(shù)的取值，對(duì)路面施工后的路基溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于未施工路面而言，路基土體溫度會(huì)因?yàn)槁访娴匿佋O(shè)而提高，而土體的溫度變化則屬于保持狀態(tài)，實(shí)際說(shuō)明了不同范圍內(nèi)，以及各深度的含水量和土體溫度的實(shí)際影響。通過(guò)實(shí)際土體密度測(cè)量和室內(nèi)試驗(yàn)分析可以確定，應(yīng)當(dāng)以單層角度來(lái)看待各深度的土體，并將整個(gè)多層彈性體系以彎沉等效的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其形成單層體系，以獲取前后路基回彈模量的實(shí)際變化。

而由于本次試驗(yàn)路段的位置處于我國(guó)北方，其冬天天氣干燥寒冷，凍脹融沉是路基最容易發(fā)生的狀況，會(huì)對(duì)路基回彈模量產(chǎn)生較大的波動(dòng)。基于施工路面不宜在冬季進(jìn)行，故選取了路面施工的最佳時(shí)間6月份來(lái)進(jìn)行研究分析，對(duì)路面施工前后的路基模量變化進(jìn)行對(duì)比分析。

在路面施工結(jié)束以后，路基回彈模量的降低相對(duì)比較明顯，其主要是路基內(nèi)部溫度因?yàn)槁访驿佋O(shè)而得到提升，導(dǎo)致相對(duì)深度范圍內(nèi)的淺層土體增大了含水率。同時(shí)，路床范圍內(nèi)的土體強(qiáng)度對(duì)路基回彈模量產(chǎn)生的很大影響，在使其相關(guān)范圍內(nèi)的土體含水率得到提升的同時(shí)，路基回彈模量出現(xiàn)明顯的減小。所以，該路基回彈模量應(yīng)當(dāng)結(jié)合多方面因素進(jìn)行適當(dāng)修正。

5 結(jié) 論

(1)有效整理基礎(chǔ)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)土體溫度變化的趨勢(shì)和含水率的關(guān)系進(jìn)行了確定；(2)在進(jìn)行了室內(nèi)回彈模量試驗(yàn)后，獲得干密度和含水率不同情況下的土體回彈模量；(3)路基溫度場(chǎng)模型在修正以后，與室內(nèi)試驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了結(jié)合分析，了解路面鋪設(shè)前后路基回彈模量的變化規(guī)律，即路基回彈模量會(huì)因?yàn)槁访驿佋O(shè)而產(chǎn)生一定程度的下降；第四，通過(guò)對(duì)路面鋪設(shè)前后路基回彈模量的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)路面過(guò)程中，需要適當(dāng)?shù)男拚坊貜椖Ａ俊?/p>

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2017-04-10

吳明勝(1973-)，男，貴州黃平人，高級(jí)工程師，研究方向：路基、橋梁、路面施工及成本管理。

U416.1

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1008-3383(2017)05-0042-01