高速公路路基動態驗收彎沉參數取值及計算方法確定

孔繁盛，王瑞林

（山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032）

路基作為路面結構的承重層，其抗變形能力對道路的使用壽命影響非常大。原《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2006）[1]中路基設計參數為靜態模量，現行《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）[2]、《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）[3]中路基設計參數均為動態模量。由于JTG D50—2017對路基驗收時動態模量取值規定不明確，導致應用單位在路基驗收時，計算出的動態驗收彎沉值差異較大，如山西某高速公路路基驗收彎沉為298.8（0.01 mm），明顯偏大，不符合實際。因此，有必要結合相關規范、設計文件、省內土質類型及氣候環境特征，提出符合實際、并能有效控制路基質量的動態驗收彎沉參數取值及計算方法。

國內部分學者對路基動態彎沉與靜態彎沉開展了相關研究，并得出了部分結論。鄭飛軍[4]等采用FWD與貝克曼梁測試了待驗收路基，建立了相關關系，認為一般路基的相關性最好，其次是低填方路基，最后是半填半挖路基。曾勝[5]等人通過對不同路段和不同土質的高速公路路基開展了FWD和貝克曼梁對比試驗，分析了兩者的相關性，認為不同土質的動彎沉和靜彎沉之間有良好的相關性，可用于路基動態模量的反算。彭義軍[6]等在粉土路基上開展了FWD與貝克曼梁的比對，并建立了相關關系，結果表明FWD與貝克曼梁之間線性相關性良好，用于路基彎沉計算時，相關性也較好。以上研究人員均從不同類型路基建立了動靜彎沉之間的關系，但并未研究JTG D30—2015和JTG D50—2017中兩種動態模量的關系，導致路基驗收時缺乏明確的計算方法及參考依據。鑒于此，本文建立了JTG D30—2015和JTG D50—2017兩規范中動態模量的關系，計算了山西某高速公路的動態驗收彎沉，并采用建立的動靜彎沉轉換關系，驗證了山西省路基動態彎沉計算結果的準確性。最后，提出了山西省常用高速公路路基動態驗收彎沉取值，該計算方法可有效指導山西省高速公路路基彎沉驗收。

1 動態回彈模量的規范差異

濕度是影響路基頂面回彈模量的直接外因，路基頂面回彈模量的準確確定以及路基驗收彎沉值與路基濕度息息相關，因此無論設計規范及驗收規范均考慮了路基濕度。

1.1 JTG D30—2015動態回彈模量

我國路基設計規范對路基頂面回彈模量設計值（E0-design）綜合考慮了未來運營期間路基濕度平衡狀態、干濕凍融循環作用兩者的影響，計算公式見式（1）：

式中：Ks為路基回彈模量濕度調整系數；Kη為干濕凍融循環條件下路基土模量的折減系數；MR為標準狀態下路基動態回彈模量值，MPa。

1.2 JTG D50—2017動態回彈模量

依據JTG D50—2017條款“B.7.1”，路基頂面驗收彎沉值lg計算見式（2）：

式中：p為落錘式彎沉儀承載板施加荷載，MPa；r為落錘式彎沉儀承載板半徑，mm；E0-check為平衡濕度狀態下路基頂面回彈模量，MPa。

式（2）中路基頂面當量回彈模量E0-check僅考慮濕度平衡狀態，不考慮干濕凍融循環作用，可用式（3）表述：

比較式（1）與式（3），可以看出：路基設計所采用的E0-design與路基驗收時所采用的E0-check不同。因此，在設計文件給出E0-design前提下，可計算E0-check，見式（4）。

高速公路路基驗收時路基濕度一般在最佳含水率附近，還未經過冬春季干濕凍融循環作用，因此采用式（4）確定的路基動態彎沉并進行路基驗收是合理的。

2 路基頂面動態驗收彎沉值計算方法確定

2.1 路基驗收判定標準

《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）指出，當路基頂面實測代表彎沉值l0滿足式（5）時，路基彎沉驗收合格；否則為不合格。

式中：l0為路基頂面彎沉代表值，0.01 mm，應依據《公路路基路面現場測試規程》（JTG 3450—2019）[4]測定，并采用路基頂面彎沉濕度影響系數修正；lg為路基頂面驗收彎沉值，0.01 mm。

2.2 驗收動態彎沉計算方法

式中：K1為路基濕度影響系數。

2.3 山西省K1、Kη確定

2.3.1 路基土干濕凍融循環模量折減系數Kη確定

路基在干濕、凍融循環作用下，其結構的“板體性”會受到一定的影響。JTG D30—2015通過干濕凍融循環系數Kη來對路基土模量進行修正，依據JTG D30—2015中3.2.5條款以及《季節性凍土地區公路設計與施工技術規范》（JTG/T D31-06—2017）[5]要求，折減系數Kη宜根據當地路基工作環境進行干濕、凍融循環模量衰減試驗確定。當無試驗條件或在初步設計階段時，非冰凍地區可根據土質類型、含水率確定，季節凍土區可根據凍結溫度、含水率確定，折減系數Kη范圍一般為0.7～0.95。

鑒于山西省大部分地區為季節凍土區，依據JTG/T D31-06—2017[5]要求，Kη應按照表1進行取值。

表1 季節性凍土地區路基土回彈模量凍融循環折減系數

2.3.2 路基濕度影響系數K1的確定

依據JTG 014，山西省路基濕度影響系數K1的取值范圍見表2，其他地區高速公路路基濕度影響系數確定需根據項目所處自然區劃及干濕類型確定。

表2 濕度影響系數K1建議值

3 計算方法驗證

以山西隰吉高速路基為實體工程，來驗證路基動態驗收彎沉計算方法的準確性。

3.1 濕度修正系數確定

依據山西省各市、縣氣候及凍深狀況表[6]，隰縣標準凍深為1.03 m，大寧縣標準凍深為0.77 m，吉縣標準凍深為0.82 m，平均凍深為0.87 m，隰吉高速路基按照中凍區考慮。根據表1，路基土為細粒土，干濕循環或凍融循環條件下路基土模量折減系數選擇0.7～0.9。由于隰吉高速路基主要為細粒土，且路基設計為中濕狀態，所以，Kη取0.8。

根據山西省公路調查結果，瀝青路面鋪筑1年后，路基含水量增至塑限附近，飽和度達到90%～100%.路基驗收彎沉值應根據當地的氣候、地質等條件，在路基平衡濕度狀態的基礎上進行調整，以濕度影響系數K1進行修正，根據山西省的實踐經驗，隰吉高速公路路基彎沉濕度影響系數K1可按1.15取值。

3.2 動態驗收彎沉值計算

3.3 動靜彎沉關系建立

路基驗收傳統方法采用貝克曼梁法進行驗收，得到的驗收彎沉為靜彎沉，累積經驗數據較多，通過相同路段動靜彎沉檢測，建立動靜彎沉相關關系，可推導動態彎沉驗收值。本文以隰吉高速路基作為實體工程進行動靜彎沉檢測，建立動靜彎沉關系，從而驗證動態驗收彎沉計算方法的準確性。

在隰吉高速選取待驗收路基進行FWD動態彎沉及貝克曼梁靜態彎沉點對點檢測，建立lFWD與lB之間的關系，見式（8）。

圖1為FWD動態彎沉與貝克曼梁靜態彎沉相關關系圖，可以看出動靜彎沉成良好的指數關系，相關系數大于0.8。

圖1 隰吉高速動態彎沉與靜態彎沉的關系

將 lB檢測代表彎沉 179.1（0.01 mm）代入式（8），得到 lFWD為 217.0（0.01 mm），依據式（7）計算得到的動態彎沉為216.6（0.01 mm），從而驗證了計算方法是準確的。隰吉高速路基動態驗收彎沉值取216.6（0.01 mm），進行路基質量驗收，很好地控制了路基壓實質量。

4 結語

a）推導了高速公路路基動態彎沉驗收計算公式，見式（7）。實際計算時，還需根據道路沿線實際情況，確定K1、Kη兩個修正系數。以隰吉高速為例，E0-design為60 MPa時，路基動態驗收彎沉為216.6（0.01 mm）。部分路段若由于場地限制，動彎沉設備無法進入，也可采用貝克曼梁進行驗收，靜態驗收彎沉值取179.1（0.01 mm）為控制標準。

b）目前，山西省對于動態彎沉控制路基驗收質量的經驗較少，建議相關單位在應用過程中不斷積累經驗，確保合理評價路基承載能力，有效控制路基長期使用性能。