路面倒裝結構彎沉交工驗收值修正方法研究

王慧鑫

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 概述

我國目前的高速公路建設中，常用的是半剛性基層瀝青路面，半剛性基層路面有明顯的優缺點，優點是板體性好，具有一定抗拉強度，穩定性好，抗凍性強，強度和剛度隨著齡期而增長，經濟性好；缺點是半剛性基層的干縮和溫縮容易導致收縮裂縫，收縮裂縫反射到瀝青面層形成大量反射裂縫。同時，現在我國交通運輸量飛速增長，軸載加重情況顯著，造成了重載作用下的瀝青混合料局部壓力集中，導致路面的早期破損[1]。

而在半剛性基層與瀝青面層之間加鋪一層柔性的級配碎石基層很好地彌補了半剛性基層瀝青路面的缺點，能有效減少路面的反射裂縫；極大地減小局部應力集中造成的早期破壞，更好地承受重交通荷載的疲勞作用[1]；且因級配碎石空隙較大，還能起到排水層的作用。此結構由于在回彈模量較大的瀝青面層和半剛性基層之間夾了一層較為柔軟的回彈模量較小的級配碎石層，故稱為倒裝結構。但此結構也存在不足之處，其整體性差、塑性變形大、容易發生車轍。目前倒裝結構在國內的應用較少，僅福建省應用較多。某項目10 km路段路面結構使用了倒裝結構設計作為試驗段，但在路面交工驗收時發現，倒裝結構路面各層次彎沉實測值與圖紙給定的交工驗收值偏差較大，尤其是倒裝結構瀝青層彎沉實測代表值難以滿足設計要求，雖設計圖紙要求在施工過程中對各層次的交工驗收彎沉值進行修正，但未給出修正系數及方法，本文依據瀝青路面設計規范及相關專業書籍內容，確定倒裝結構各層次的彎沉修正系數，得到各層次的修正計算彎沉值，為瀝青路面彎沉交工驗收提供參考。

2 倒裝結構彎沉值的計算與分析

2.1 非倒裝結構與倒裝結構現場實測彎沉及分析

根據某項目路面結構設計圖紙，非倒裝結構與倒裝結構路面設計參數見表1。

表1 非倒裝結構與倒裝結構路面設計參數表

通過表1可看出，非倒裝結構與倒裝結構路面結構基層的區別是，非倒裝結構為54 cm水穩層，倒裝結構是36 cm水穩層+12 cm級配碎石，現從已施工完成的兩種路面結構隨機選取部分段落的水穩層頂實測彎沉值見表2。

表2 非倒裝結構與倒裝結構水穩層頂實測彎沉統計表

從已施工完成的倒裝結構級配碎石層隨機選取部分段落的實測彎沉值見表3。

從已施工完成的非倒裝結構及倒裝結構分別隨機選取部分段落的ATB-25上基層的實測彎沉數據見表4。

從已施工完成的非倒裝結構及倒裝結構分別隨機選取部分段落的AC-20下面層的實測彎沉數據見表5。

表3 倒裝結構級配碎石層實測彎沉統計數據

表4 非倒裝結構與倒裝結構ATB-25基層實測彎沉統計數據

表5 非倒裝結構與倒裝結構AC-20下面層實測彎沉統計數據

從已施工完成的非倒裝結構及倒裝結構分別隨機選取部分段落的SMA-13上面層的實測彎沉數據見表6。

表6 非倒裝結構與倒裝結構SMA-13上面層實測彎沉統計數據

通過對表2～表6的數據進行統計，可以得到表7。

表7 非倒裝結構與倒裝結構各結構層彎沉數據對比匯總表

通過表7可以看出，非倒裝結構各層次的實測彎沉代表值均遠小于圖紙給定的彎沉交工驗收值，倒裝結構的水穩層與級配碎石層也小于設計值，但倒裝結構的ATB瀝青基層、AC下面層、SMA上面層3層瀝青結構層的彎沉代表值遠超相應的非倒裝結構同層次，且其代表值不滿足圖紙給定的交工驗收值。

路面倒裝結構設計比非倒裝結構多了一層柔性基層，且水穩層的厚度也較非倒裝結構薄，整體性更差，交工驗收的彎沉值理論上應該比非倒裝結構大，但倒裝結構3層瀝青結構層圖紙給定的交工驗收彎沉值與非倒裝結構基本相當，甚至更小，這樣的設計明顯不合理。結合本文數據及對相關文獻的調查，可知現行設計規范可滿足半剛性瀝青路面的結構設計要求。而對于柔性基層瀝青路面，現行設計規范中的彎沉設計方法不適用，設計的彎沉值過于嚴格，導致現場的實測彎沉值難以滿足其要求，無法作為現場檢測依據，通常需要進行修正。

按照本項目圖紙的說明：“路面各結構層交工驗收彎沉參考指標是根據規范所提供的路面各結構層材料的回彈模量參考值計算得到的理論值，該彎沉值僅作為路面各結構層交工驗收時的參考指標，不應作為交工驗收的控制指標。為了反映工程的實際情況，路面各結構層交工驗收時，需根據路面各結構層材料的實際齡期，對其回彈模量進行修正，并重新計算路表的交工驗收彎沉指標?！睘橛行У貙Ω鹘Y構層，尤其是倒裝結構的瀝青層交工驗收彎沉值進行控制，需通過一定的方法對倒裝結構的彎沉交工驗收值進行修正。

2.2 彎沉綜合修正系數的計算方法

根據《公路瀝青路面設計規范》JTG D50—2006及鄧學鈞主編《路基路面工程》的相關內容，可得到路表彎沉值、彎沉綜合修正系數的公式如式（1）、式（2）[2-3]：

彎沉綜合修正系數

式中：p為標準車型的輪胎接地壓強，MPa；δ為當量圓半徑，cm；αc為理論彎沉系數；E0或En為土基回彈模量值，MPa；E1、E2、En-1為各層材料回彈模量，MPa；h1、h2、hn-1為各結構層厚度，cm。

由式（1）、式（2）及《公路瀝青路面設計規范》的條文說明8.0.12可以得出：理論計算彎沉值是通過整層試槽和分層反算模量確定材料模量后由公式（1）或路面設計軟件計算得到的，計算時假設的彈性層狀理論是一定假設條件下經過復雜的力學、數據推演得到的理論體系，其假設的土基模量、材料特性等條件與路面實際不完全相符，所以造成了理論計算彎沉值與實測彎沉值不相吻合，因此引入了彎沉修正系數F，它為實測彎沉值和理論計算彎沉的比，是根據大量的試驗路資料統計分析得到的，它使計算彎沉值和實測彎沉值趨于接近實際[2]。

依據上文可看出，實測彎沉值通常是現場通過貝克曼梁法檢測得到的，理論計算彎沉值通常是根據設計參數在一定假設條件下通過軟件計算得到的，修正計算彎沉值是通過試驗路統計分析得到的彎沉修正系數F，用已知的實測彎沉值除以F后得到的，修正后的計算彎沉值比理論計算彎沉值更接近于實際。

根據鄧學鈞主編的《路基路面工程》教材第345頁的說明及《瀝青路面動態彎沉綜合修正系數研究》（董元帥，重慶交通大學），可知彎沉修正系數F公式中的ls和E0分別代表現場實測彎沉值和土基的實測回彈模量，因此可將現場實測彎沉代表值和土基的實測回彈模量代入公式（2）中得到彎沉修正系數F，再用實測彎沉代表值除以F得到修正計算彎沉值[3-4]。

2.3 修正計算彎沉值的計算

依據《公路路基路面現場測試規程》JTG E60—2008中的承載板測定土基回彈模量試驗方法，在路基現場取有代表性的路基段落進行了試驗，得到現場土基的回彈模量平均值為134 MPa，遠大于圖紙設計值的40 MPa，將實測的土基回彈模量及彎沉實測值按照2.2中的計算方法可得到表8。

圖1 承載板測定土基回彈模量試驗

表8 非倒裝結構與倒裝結構各結構層修正計算彎沉值統計表

由表8可見，非倒裝結構各層次、倒裝結構的水穩層與級配碎石基層圖紙給定的交工驗收彎沉值遠大于實測彎沉代表值，而修正計算彎沉值均比圖紙給定的交工驗收彎沉值要小，使用修正計算彎沉值進行控制更為合理。

倒裝結構的瀝青上基層、下面層、上面層使用實測彎沉值、實測土基回彈模量得到的修正計算彎沉值均大于其實測彎沉代表值，修正計算彎沉值對實測彎沉代表值比值分別為1.46、1.54和1.61，可在考慮路段施工水平、土工回彈模量差異的情況下，滿足現場的檢測要求，解決了圖紙給定交工驗收彎沉值均小于實測彎沉代表值，無法作為現場檢測控制指標的矛盾。福建省是我國倒裝結構應用較多的省份，全省倒裝結構已修建4 000 km，通過對福建省倒裝結構的調查，其上面層彎沉交工驗收采用39.0的交工驗收標準，本文上面層計算出的修正計算彎沉值為37.3，與其相差不大且更為嚴格，可作為現場彎沉檢測的彎沉控制值。

3 結語

隨著公路交通運輸的高速發展，交通運輸結構逐漸產生變化，交通量的增加、車輛軸載的增大，加上外界自然環境變化等原因，半剛性基層瀝青路面常出現反射裂縫、路面局部破損等病害，使得倒裝結構瀝青路面開始進行應用，但該結構路面進行交工驗收檢測時，其瀝青層彎沉實測值常難以滿足設計圖紙給定的要求值。為解決這一矛盾，參照圖紙的相關說明、現行瀝青路面設計規范及相關專業書籍的內容，使用實測彎沉值及實測土基回彈模量得出了修正計算彎沉值，修正計算彎沉值比理論計算彎沉值更接近于實際，可為現場彎沉檢測提供合理的彎沉控制值，解決了倒裝結構瀝青層交工驗收中出現的矛盾，確保倒裝結構路面交工驗收順利進行。