吳祖德

（常州市建設(shè)工程施工圖設(shè)計審查中心，江蘇 常州 213003）

0 前言

我國水泥混凝土路及瀝青混凝土路路面的設(shè)計方法中，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中路基力學(xué)性能參數(shù)都是采用的土基回彈模量，它是我國路面設(shè)計的重要力學(xué)參數(shù)，它的確定直接影響到其它參數(shù)的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果。由于土基的受力特性是由構(gòu)成土基的物理性質(zhì)與土受力時的非線性決定的，所以土基的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈非線性，它的彈性模量是一個條件變量，是隨應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系改變而變化的。為了使設(shè)計方法不復(fù)雜化，必須根據(jù)土基在路面結(jié)構(gòu)中的實際工作狀態(tài)對其非線性的性質(zhì)作相應(yīng)的修正或簡化處理，再加上受土基物理性質(zhì)的影響，環(huán)境因素的影響，土基回彈模量是一個關(guān)于土的類型、含水量、壓實度以及荷載類型、作用時間等的復(fù)雜函數(shù)，使其數(shù)值的確定比較困難，盡管多年來不少研究者致力于此方面的研究，但目前仍存在不少問題。

本文主要敘述對土基回彈模量的確定，及其變化對瀝青路面與水泥混凝土路面的影響分析。

1 土基回彈模量的確定

1.1 承載板現(xiàn)場實測法

承載板現(xiàn)場實測法是在已建成路基上，在不利季節(jié)用大型承載板測定土基0～0.5 mm（路基軟弱時測至1 mm）的變形壓力曲線，通過φ30 cm的承載板，對土基逐級加載、卸載的方法，測出每級荷載下的相應(yīng)的土基回彈變形值，排除顯著偏離的回彈變形異常點，繪出荷載P與回彈變形值L的P-L曲線，如曲線起始部分出現(xiàn)反彎應(yīng)按圖1修正原點O，O’則是修正后的原點。

最后取結(jié)束試驗前的各回彈變形值按線性回歸方法由式（1）計算求得土基回彈模量E0值。

圖1 修正原點示意圖

式中：E0——相當(dāng)于各級荷載下的土基回彈模量值（MPa）；

μ0——土的泊松比，土基一般取為0.35;

D——承載板直徑（30 cm）；

Pi、Li——承載板各級壓強(qiáng)（MPa）及其對應(yīng)的回彈變形值（cm）。

E0值大多數(shù)呈微凸形，少數(shù)（土較干而密實時）具有近似線性關(guān)系。因而，回彈模量值仍是隨著荷載壓力而減小的變量，應(yīng)按路基實際受到的壓力（或回彈彎沉）大小來取值。但承載板試驗至什么情況結(jié)束，現(xiàn)在沒有統(tǒng)一的做法。對與干燥、中濕狀態(tài)路基的應(yīng)力、應(yīng)變P～L曲線基本為線性關(guān)系，E0值的變化不大，基本是穩(wěn)定的。對高速、一級、二級公路半剛性基層瀝青路面，由于路面較厚，模量較高，交通荷載傳遞到路基的受力往往小于0.1 MPa，變形小于0.3～0.5 mm。雖然可采用0.1 MPa前的應(yīng)力—應(yīng)變曲線計算E0值，但因其應(yīng)力小變形小，計算的E0值分散性大，甚至失真，因此建議采用0.5～1 mm前的曲線計算E0值比較合理；而當(dāng)路面較薄，公路等級較低時，路基受力較大，變形就可能達(dá)到0.5～1 mm。因此，應(yīng)根據(jù)實際情況而定。公路部門多年使用變形到1 mm結(jié)束。

1.2 采用彎沉儀測定土基回彎沉值

（1）“公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范”（JTG D50-2006）5.1.8中的公式如下：

式中：LOD——路基設(shè)計彎沉值（0.01 mm）;

P，δ——測定車輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）為0.7MPa與當(dāng)量圓半徑（mm）為106.5 mm;

μ——土基的泊松比，一般為0.35；

α0——均勻體彎沉系數(shù)，取0.712;

EOD——路基設(shè)計回彈模量（MPa）;

K1——不利季節(jié)影響系數(shù)，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定。

在實測某路段土基回彈模量后，可通過下式確定某路段土基回彈模量設(shè)計值：

式中：E0S——某路段土基回彈模量設(shè)計值；

Za——保證率系數(shù)，高速公路、一級公路為2.0；二、三級公路為1.648;四級公路為1.5;

K1——不利季節(jié)影響系數(shù)，若在非不利季節(jié)測定應(yīng)考慮季節(jié)影響系數(shù)，并根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗選用。

（2）按《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）附錄A中，先將土基回彈模量計算值（E0）按式（4）調(diào)整到相當(dāng)于非不利季節(jié)的值（E0’）：

式中：K1——季節(jié)影響系數(shù)，不同地區(qū)取值范圍為1.2～1.4，各地可根據(jù)經(jīng)驗確定。

土基頂面的回彈彎沉值，按回歸 式（5）計算：

式中：E0——土基回彈模量（MPa）；

L0——土基頂面的回彈彎沉計算值（0.01mm）。

根據(jù)常州地區(qū)，土基回彈模量與彎沉值的計算結(jié)果見表1。

1.3 查表法

如江蘇省地區(qū)根據(jù)江蘇省所處自然區(qū)劃圖為Ⅳ1、Ⅳ1a，摘錄列于表 2。

1.4 室內(nèi)試驗法

取代表性土樣在室內(nèi)根據(jù)最佳含水量下求得承載板的回彈模量E0值試驗結(jié)果，并考慮不利季節(jié)和不利年份的影響，乘以折減系數(shù)λ。根據(jù)設(shè)計路段的路基臨界高度及相應(yīng)的路基干濕類型及土基含水量，確定代表不利季節(jié)土基的稠度值，當(dāng)調(diào)查資料不足時，按路基的干濕類型，根據(jù)土基稠度參數(shù)（見表3）選定λ值。

表1 土基回彈模量與彎沉值的計算結(jié)果

表2 自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值

表3 折減系數(shù)

1.5 換算法

通過現(xiàn)場大型承載板試驗測定土基回彈模量E0后，并同時測定土基的壓實度K、土基稠度Wc以及室內(nèi)CBR值，建立E0與CBR之間可靠的換算關(guān)系，從而可以利用K、Wc和CBR值等推算現(xiàn)場土基回彈模量。各地的關(guān)系式均有所差異，這反映了地區(qū)性與土性的差異。

1.6 歷次規(guī)范對土基回彈模量的計算公式

（1）不同規(guī)范中彎沉值L0回彈模量E0值表，見表4。

（2）各類規(guī)范及各地區(qū)經(jīng)驗公式計算的E0值MPa及其對比值%表，見表5。

（3）10種公式的 E0—L0曲線,見圖 2。

2 影響土基強(qiáng)度的因素

在路面結(jié)構(gòu)中，土基回彈模量的合理取值至關(guān)重要，若土基回彈模量值取得過低，計算的路面厚度將會過厚，而實際土基回彈模量在要求的壓實條件下往往超過設(shè)計值，自然會造成資金的浪費；若土基參數(shù)取值過大，施工中土基回彈模量往往達(dá)不到要求，又會引起路面的過早損壞。所以在工程實踐中，應(yīng)該綜合考慮各方面的因素，正確處理其內(nèi)在的聯(lián)系，推薦能正確反映土基強(qiáng)度的模量值。

表4 不同規(guī)范中彎沉值L0回彈模量E0值表

表5 各類規(guī)范及各地區(qū)經(jīng)驗公式計算的E0值MPa及其對比值%表

圖2 10種公式的E0—L0曲線圖

2.1 不同性質(zhì)土類對土基回彈模量的影響

不同的土類會有不同粒徑的土顆粒，砂粒成分多的土，強(qiáng)度構(gòu)成以內(nèi)摩擦力為主，強(qiáng)度高，受水的影響小，但施工時不易壓實。較細(xì)的砂，在滲流情況下，容易流動，形成流砂。粘粒成分多的土，強(qiáng)度形成以粘聚力為主，其強(qiáng)度隨密度程度的不同，變化較大，并隨溫度的增大而降低。粉土類毛細(xì)現(xiàn)象強(qiáng)烈，路基路面的強(qiáng)度和承載力隨著毛細(xì)水上升、溫度增大而下降，在負(fù)溫度坡差作用下，水分通過毛細(xì)作用移動并積聚，使局部土層濕度大幅度增加，造成路基凍脹，最后導(dǎo)致路基翻漿，路面結(jié)構(gòu)層斷裂等各種破壞。歸納為：土作為路基建筑材料，砂性土最優(yōu)，粘性土次之，粉性土層不良材料，最容易引起路基病害。

2.2 含水量對土基回彈模量的影響

經(jīng)試驗（1）：對粉質(zhì)中液限粘土，試件含水量適度變化，對回彈模量的影響不大。對中液限粘土，含水量的變化對回彈模量有明顯的影響，而且，錘擊次數(shù)越多，土的壓實度越大，相應(yīng)的回彈模量也越大；對于同一壓實度而言，最佳含水量狀態(tài)下的土的回彈模量最大；當(dāng)含水量大于最佳含水量時，不同土質(zhì)的壓實度與錘擊次數(shù)的關(guān)系是不同的。通常開始階段隨錘擊次數(shù)的增加壓實度增大，當(dāng)擊實到一定程度時，錘擊次數(shù)增加，壓實度不但不增加反而減小，說明土先逐漸壓實，后被擾動。

經(jīng)試驗（2）：由于含水量較高時，壓實度并不隨擊實次數(shù)的增加而有規(guī)律地增加，可以采用靜壓成型的方法代替擊實方法來試驗不同含水量狀態(tài)下土的回彈模量變化：對于不同路基，飽水前后E0的變化幅度差別是相當(dāng)大的，飽水后的E0值下降幅度可達(dá)90%；飽水后的E0值與土的塑性指數(shù)有一定關(guān)系，一般塑性指數(shù)大的土，下降幅度就大；含水量每增加1個百分點，E0值平均降低11.3%，試驗說明含水量對黃土E0有顯著影響，故搞清路基所能達(dá)到的最高含水量對于確定土基模量非常重要。

2.3 壓實度對土基回彈模量的影響

壓實度是影響土基回彈模量的重要因素。對于城市快速路、主干路的填土路基，路床頂面下0～80 cm要求壓實度達(dá)到96%、95%，路床頂面下80～150 cm要求壓實度達(dá)到94%、93%。充分壓實的土基可以發(fā)揮土基的承載強(qiáng)度，減小土基和路面在車輪荷載作用下產(chǎn)生的形變，增強(qiáng)土基的水穩(wěn)定性和強(qiáng)度穩(wěn)定性，有效地延長路面的使用壽命。

壓實土的特性（各種土都有這種相似的擊實曲線）見圖3。

圖3 粘土的E與W和rd的關(guān)系

粘土的E與W和rd的關(guān)系，從圖3可以看出：

（1）壓實土樣在浸水飽和后會有明顯的軟化現(xiàn)象，強(qiáng)度會顯著地降低，這就是所謂的強(qiáng)度穩(wěn)定性問題；（2）制備含水量低于最佳含水量的壓實土樣在浸水飽和前的強(qiáng)度很高，但浸水飽和后的強(qiáng)度卻大大降低，愈干的土樣，強(qiáng)度降低的幅度愈大，即強(qiáng)度穩(wěn)定性愈差；（3）在最佳含水量時被壓實的土樣，浸水飽和后的強(qiáng)度最高，其浸水前后的強(qiáng)度差異不大，強(qiáng)度穩(wěn)定性最好。

由此可見，要提高路基的強(qiáng)度就要控制土基的壓實度，而碾壓時的含水量是影響壓實度和浸水后路基強(qiáng)度的重要因素，即土基強(qiáng)度和壓實度及含水量有密切的相關(guān)性。

實際中，對于路堤和堤壩等填土構(gòu)筑物在無法避免浸水飽和時，控制其強(qiáng)度穩(wěn)定性尤為重要，這也是工程中總是要求在最佳含水量狀態(tài)下，把土壓實至最大干容重的原因，也是施工中，要求雙控（壓實度、彎沉值）的原因。

3 土基回彈模量變化對瀝青路面的影響

我國現(xiàn)行規(guī)范中，瀝青路面設(shè)計采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性連續(xù)體系理論，以路面設(shè)計彎沉值為路面結(jié)構(gòu)整體剛度的指標(biāo)，也是路面厚度設(shè)計的主要依據(jù)。土基回彈模量是表征土基強(qiáng)度的，是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要參數(shù)，它對路表彎沉和瀝青路面設(shè)計層厚度的確定影響是很明顯的。根據(jù)《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計規(guī)范》（CJJ169-2012）規(guī)定：“1.在不利季節(jié)，路基頂面設(shè)計回彈模量值，對快速路和主干路不應(yīng)小于30 MPa，對次干路和支路不應(yīng)小于20 MPa。當(dāng)不能滿足上述要求時，應(yīng)采取措施提高路基的回彈模量；2.路床應(yīng)處于干燥或中濕狀態(tài)”。

3.1 路表彎沉的影響

經(jīng)試驗資料表明，土基回彈模量及基層厚度的變化組合對路表彎沉的影響比土基回彈模量與面層厚度、底基層厚度變化組合影響大些。即在不利條件下，土基強(qiáng)度與基層厚度的風(fēng)險組合的結(jié)果會增大路表設(shè)計彎沉值。

3.2 路基頂面彎沉和路表彎沉的綜合影響

經(jīng)試驗資料表明，土基回彈模量E0、面層模量、基層模量、底基層模量、面層厚度、基層厚度、底基層厚度的每個參數(shù)的變化都可以減少土基頂面彎沉和路表彎沉，但減小土基頂面彎沉和路表彎沉最有效的方法是適當(dāng)?shù)奶岣咄粱哪Ａ?。因此，各級道路?yīng)保證土基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對土基的上層進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定處理，常州市常用的是石灰土土基處理。

3.3 土基回彈模量變化對瀝青路面厚度的影響

在其他條件不變，僅改變底基層石灰土的厚度及土基回彈模量所計算的結(jié)果見圖4，可見，提高土基的強(qiáng)度可以減少設(shè)計結(jié)構(gòu)層的厚度，但是，當(dāng)土基強(qiáng)度提高到一定程度時，土基強(qiáng)度的增加對瀝青路面設(shè)計層厚度的減低已不明顯，因此在實際中土基回彈模量常用的取值范圍為：30～60 MPa。

圖4 設(shè)計層厚度隨土基回彈模量值的變化

3.4 土基回彈模量變化對瀝青路面的影響小結(jié)

通過對比分析各結(jié)構(gòu)層模量變化和厚度變化對路面路表彎沉、土基頂面彎沉的影響，確定影響瀝青路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計的最不利組合形式；并考慮了土基回彈模量變化和瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計層模量變化對瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計厚度的影響，為確定土基回彈模量合理取值范圍提供了一定的依據(jù)。

（1）土基回彈模量是影響路表彎沉的重要因素，隨著土基回彈模量不斷增加，路表彎沉值會不斷減小。特別是土基回彈模量較低時，路表彎沉值的變化比較明顯，當(dāng)土基回彈模量值E0從20 MPa增大到80 MPa時，路表彎沉值減小52.3%，而土基回彈模量值E0從80 MPa增大到160 MPa時，路表彎沉值僅減小25.9%。

（2）通過對路面各結(jié)構(gòu)層模量和厚度的變化對路表彎沉的影響分折表明，土基回彈模量和基層厚度變化對路表彎沉值的影響比較大，即當(dāng)土基回彈模量值E0從20 MPa增加到160 MPa，且基層厚度從15 cm增加到35 cm時，路表彎沉值分別減小17.3%～26.2%。

（3）在路面結(jié)構(gòu)厚度和剛度不變的請況下，隨著土基回彈模量的增加，路表彎沉和土基頂面彎沉都在減少，但兩者的差值△L基本不變。即減去土基部分產(chǎn)生的彎沉值以后，由路面結(jié)構(gòu)本身所產(chǎn)生的彎沉基本上保持不變。說明土基回彈模量的變化對土基頂面彎沉的影響要大于對路表彎沉的影響。

（4）路面設(shè)計結(jié)構(gòu)層厚度隨土基回彈模量的增大而減小，并且隨著模量值的增大減小幅度隨著減小。當(dāng)土基回彈模量值E0由20MPa增加到30MPa時，設(shè)計結(jié)構(gòu)厚度由46.1 cm減小到36.7 cm，設(shè)計結(jié)構(gòu)層減小了9.4 cm，而當(dāng)土基回彈模量值E0由70MPa增加到80MPa時，設(shè)計結(jié)構(gòu)層厚度由16.3 cm減小到12.8 cm，厚度僅減小3.5 cm。

4 土基回彈模量變化對水泥混凝土路面的影響

擬定水泥混凝土板的尺寸為4 m×5 m，為考慮某些結(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感性時，其它結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變來考慮，其中基層的模量變化范圍為1 300～1 700MPa，底基層的模量變化范圍為400～700MPa，土基回彈模量的變化范圍為20～100 MPa，水泥混凝土板的厚度變化范圍為20～28 cm。

根據(jù)試驗資料統(tǒng)計，土基回彈模量變化對水泥混凝土路面的影響結(jié)論如下：

（1）在同一基層模量下，土基回彈模量的變化對基層頂面當(dāng)量回彈模量的影響和對水泥混凝土板底荷載應(yīng)力的影響比較大。

（2）在同一底基層模量值下，土基回彈模量的變化對基層頂面當(dāng)量回彈模量的影響和對水泥混凝土板底荷載應(yīng)力的影響比較大。

（3）隨著土基回彈模量和板厚逐漸的增加，板底荷載應(yīng)力不斷的減小。

（4）隨著基層頂面回彈模量和板厚逐漸的增加，板底荷載應(yīng)力不斷的減小。

（5）在板厚較小時，地基強(qiáng)度對荷載應(yīng)力的影響還略大些，但隨著板厚的增加，其減小板內(nèi)荷載應(yīng)力的效果越來越不明顯。實際上，我國臺州試驗路已證實：面板厚度越大，加強(qiáng)基層的效果越差，當(dāng)面板厚度大于20 cm時，加強(qiáng)基層的效果已不顯著。我國目前新建水泥混凝土路面以重交通道路居多，其面板厚度一般都在20 cm以上，尤其對于高速公路，面板厚度一般都在24 cm以上，若考慮車輪普遍超載。則設(shè)計出來的厚度還可能更大，此時地基強(qiáng)度荷載應(yīng)力的影響已經(jīng)微乎其微。雖然計算表明基層對提高路面承載能力作用有限，但是也不能忽視基層的設(shè)計。各國從水泥混凝土路面的破壞有大部分是因基層強(qiáng)度或抗沖刷性能的不足而產(chǎn)生的，唧泥是導(dǎo)致混凝土面板損壞的重要原因，同時為防止較弱的基層在接縫處產(chǎn)生塑性累積變形，規(guī)范規(guī)定了基層頂面當(dāng)量回彈模量的最小取值，以提高混凝土面板的整體性，減輕地基壓應(yīng)力的不均勻程度。從上述分析中可知，土基強(qiáng)度的提高對增大基層頂面當(dāng)量回彈模量的影響比基層或底基層對基層頂面當(dāng)量回彈模量的影響大。即土基強(qiáng)度比較高時，基層頂面當(dāng)量回彈模量容易達(dá)到規(guī)范中最小值的要求。但是在水泥混凝土路面的設(shè)計中往往忽視土基回彈模量的取值，對土基回彈模量的分析研究也比較少，目前由于土基強(qiáng)度不足產(chǎn)生不均勻沉降而導(dǎo)致水泥混凝土面板脫空損壞現(xiàn)象已越來越引起人們的重視。

5 土基模量隨季節(jié)變化規(guī)律及其數(shù)值的確定

由前述可知，土基回彈模量發(fā)生微小的變化都會引起整個路面結(jié)構(gòu)較大的變化，并且土基回彈模量的變化對土基頂面彎沉的影響要大于對路表彎沉的影響，在一般比較合理的路面結(jié)構(gòu)中，土基引起的彎沉占總彎沉的百分比都將達(dá)到80%以上，而土基回彈模量的取值受到季節(jié)、含水量及壓實度等因素的影響，在路面設(shè)計中若仍采用查表法估算或按承載板法測量取最不利季節(jié)的回彈模量值作為土基強(qiáng)度的設(shè)計取值，就不能反映路基土真實的工作狀態(tài)，造成路面整體結(jié)構(gòu)過早的破壞，因此需要考慮土基回彈模量隨季節(jié)含水量的變化規(guī)律及其數(shù)值的確定。

5.1 土基模量隨季節(jié)變化規(guī)律

20世紀(jì)70年代前后，中國在全國范圍內(nèi)對季節(jié)影響系數(shù)進(jìn)行了廣泛、全面的調(diào)查、試驗，初步確定了各種狀態(tài)、各種土質(zhì)的季節(jié)影響敘述，其值變化范圍較大，大致為K=1.05～2.00，一般地K=1.1～1.4，與自然區(qū)劃、干濕狀態(tài)、土質(zhì)等因素有關(guān)。試驗和理論分析表明，路基回彈模量E0對路表彎沉的影響是很大的，而它又受到路基土濕度的影響，即路基土濕度增大，使路基模量E0降低，而路表彎沉值L增大。

（1）由東北地區(qū)工程實例得出，不考慮冰凍期的影響，當(dāng)含水量每減1%時。土基回彈模量值平均增加值為1.7MPa。

（2）由華北地區(qū)工程實例得出，不考慮冰凍期的影響，當(dāng)含水量每減1%時。土基回彈模量值平均增加值為4.1 MPa。

（3）由西北黃土地區(qū)工程實例得出，當(dāng)含水量每增加1個百分點時，土基回彈模量值平均降低8.5 MPa，從而說明黃土強(qiáng)度受水的影響比較大。

5.2 研究考慮改進(jìn)目前的設(shè)計方法

（1）AASHTO法中考慮季節(jié)變化確定土基模量值由于受到降雨量的影響，一年中路基的含水量不時的會發(fā)生變化，不同月份的土基回彈模量值也會隨之發(fā)生變化?，F(xiàn)行規(guī)范中采用最不利季節(jié)測定的土基回彈模量值作為土基強(qiáng)度的設(shè)計值，即在土基回彈模量取值的過程中沒有考慮一年中含水量變化對土基強(qiáng)度的影響。從以上分析中可以看出，這種影響是不能忽略不計的。雖然采用最不利季節(jié)的土基回彈模量值時從偏安全的角度進(jìn)行設(shè)計的，但對于瀝青混凝土路面往往會造成路面偏厚的現(xiàn)象，而實際土基回彈模量在要求的壓實度條件下往往超過設(shè)計值，自然會造成資金浪費；或者由于土基強(qiáng)度過低，在較大的荷載作用下產(chǎn)生過大的塑性變形，對各種瀝青路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生車轍和路面不平整；對于水泥混凝土路面，土基的塑性變形將使板塊特別是板邊和板角產(chǎn)生局部脫空而引起斷裂，使得道路過早的損壞。

目前在我國瀝青路面設(shè)計方法中無論采用什么方法來確定土基回彈模量值都沒有考慮一年中含水量變化對土基強(qiáng)度的影響，即采用定值法來確定土基回彈模量值；在國外瀝青路面設(shè)計方法諸如：加州承載比法、殼牌設(shè)計法和美國的瀝青協(xié)會設(shè)計法中，雖然用不同的力學(xué)指標(biāo)來表征土基的強(qiáng)度，但其根本與我國確定土基強(qiáng)度設(shè)計值一樣采用定值法來確定土基的強(qiáng)度參數(shù)。而在國外AASHTO瀝青路面設(shè)計方法中，考慮一年中土基回彈模量變化采用路基土的有效回彈模量作為設(shè)計參數(shù)，能夠真實反映路基土的工作狀態(tài)，為我們考慮土基強(qiáng)度的設(shè)計取值提供了一種新的思路。

按AASHTO法考慮一年中不同模量取值對路面服務(wù)能力相對損傷的原則進(jìn)行取值，用有效回彈模量作為土基強(qiáng)度的設(shè)計值比最不利季節(jié)的土基回彈模量值有所提高，并且由于考慮了一年中季節(jié)變化對路面服務(wù)能力的影響，更能真實的反映路基隨季節(jié)變化的情況。

（2）考慮采用等效土基回彈模量

提出考慮季節(jié)變化對土基回彈模量取值的影響，引入等效土基回彈模量值作為我國路面設(shè)計新方法中土基強(qiáng)度的設(shè)計參數(shù)。但實際應(yīng)用時需要觀察一年內(nèi)不同季節(jié)的土基回彈模量值，不利于具體操作，如果我們已知等效回彈模量同最不利季節(jié)回彈模量比值K的大小，可以根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中推薦的最不利季節(jié)回彈模量值來確定等效回彈模量值，提高系數(shù)的幅度在1.5～1.6倍之間。

6 常州市各級瀝青路面與不同土基回彈模量的組合分析

常州市考慮江蘇省所處自然區(qū)劃，根據(jù)不同土質(zhì)、稠度，土基回彈模量在20 MPa～40 MPa之間，由于城市道路路面設(shè)計標(biāo)高受條件限制，常離地下水位較近，以及季節(jié)性土基含水量的影響，常處于過濕、潮濕狀態(tài)，根據(jù)常州地區(qū)土基回彈模量對土基頂面彎沉的影響圖（見圖6）、土基回彈模量對各級路面結(jié)構(gòu)的路表彎沉的影響圖（見圖7）。

圖6 土基回彈模量對土基頂面彎沉的影響

圖7 土基回彈模量對各級路面結(jié)構(gòu)的路表彎沉的影響

經(jīng)分析應(yīng)注意以下幾點：

（1）應(yīng)盡量提高土基的壓實度，“城市道路工程設(shè)計規(guī)范”（CJJ37-2012）規(guī)定的各級道路壓實度。如城市快速路、主干路，路床頂面下為96%、95%。又如，次干路的標(biāo)準(zhǔn)為94%，城市支路路床頂面下為92%。

（2）土基施工時，一定要進(jìn)行“雙控”，即土基壓實度及彎沉值。因為沒有達(dá)到最佳干容重的干燥路基，強(qiáng)度也會很高，即彎沉值很小，但當(dāng)環(huán)境變化，增加土基含水量后，強(qiáng)度會急劇下降，就達(dá)不到設(shè)計要求。當(dāng)達(dá)到最佳干容重的土基，其飽和含水量的變化，不會很大，由450 kg/cm2變至400 kg/cm2，下降11.1%，而壓實度為87%時，浸水飽和后，強(qiáng)度由560 kg/cm2，變至56 kg/cm2，強(qiáng)度下降90%。

（3）道路路面設(shè)計應(yīng)充分利用巖土工程地質(zhì)勘察報告的資料，對所處的路床頂面以下80 cm的土質(zhì)所處的干濕度、土質(zhì)以及設(shè)計所需要達(dá)到的土基回彈模量，對土基的上層進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定處理，這是目前道路路面設(shè)計中，保證工程質(zhì)量最有效的方法，適當(dāng)提高土基的模量，降低了路表彎沉值，也就提高了設(shè)計的累計交通量。常州經(jīng)驗見表6所列。

表6 土基6%灰土處理的范圍和厚度參考表

（4）從常州地區(qū)的圖7實例可統(tǒng)計出：

a.小區(qū)支路路面結(jié)構(gòu)不變，能適應(yīng)的特輕交通量下，土基回彈模量從22 MPa提高到30 MPa，適應(yīng)累計交通量可從0.46×106/車道，提高到0.94×106/車道；

b.支路路面結(jié)構(gòu)不變，能適應(yīng)的輕交通量下，土基回彈模量從26MPa提高到40MPa，適應(yīng)累計交通量可從1.32×106/車道，提高到3.64×106/車道；

c.次干路路面結(jié)構(gòu)不變，能適應(yīng)的中交通量下，土基回彈模量從26 MPa提高到30 MPa，適應(yīng)累計交通量可從7.28×106/車道，提高到10.54×106/車道；

d.主干路路面結(jié)構(gòu)不變，能適應(yīng)的重交通量下，土基回彈模量從30 MPa提高到45 MPa，適應(yīng)累計交通量可從12.18×106/車道，提高到24.3×106/車道；

e.快速路路面結(jié)構(gòu)不變，能適應(yīng)的重交通量下，土基回彈模量從34 MPa提高到36 MPa，適應(yīng)累計交通量可從19.04×106/車道，提高到24.3×106/車道。

以上是提高土基回彈模量時的情況，同時還要與增加路面基層厚度時的造價比選，確定提高道路通行能力采用何種辦法。

按市政交通等級劃分見表7。

（5）希望有關(guān)部門組織研究，今后考慮采用等效土基回彈模量。

7 結(jié)語

從以上道路土基回彈模量及其在路面結(jié)構(gòu)中的影響分析，歸納為如下幾點：

（1）土作為路基建筑材料，砂性土最優(yōu)，粘性土次之，粉性土屬不良材料，最容易引起路基病害。

（2）對同一種土，在一定的密實度（如天然狀態(tài)或在一定的壓實狀態(tài)）下，其強(qiáng)度主要受含水量的影響，即其強(qiáng)度與路基含水量有著密切聯(lián)系。

（3）土基回彈模量是影響路表彎沉的重要因素，隨著土基回彈模量不斷增加，路表彎沉值會不斷減少。特別是土基回彈模量較低時，路表彎沉值的變化比較明顯。

（4）設(shè)計同一累計交通量的道路路面結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)層的厚度隨土基回彈模量的增大而減小，并且隨著模量值的增大減小幅度隨著減小。

（5）隨著土基回彈模量和水泥混凝土路面板厚逐漸的增加，板底荷載應(yīng)力不斷的減少。

（6）隨著基層頂面回彈模量和水泥混凝土路面板厚的逐漸的增加，板底荷載應(yīng)力會不斷的減小。

（7）由于受降雨量的影響，一年中路基土的含水量會不時的發(fā)生變化，一年中不同月份的土基回彈模量值也會隨之變化。根據(jù)試驗，路基土當(dāng)含水量增加一個百分點，黃土地區(qū)的土基回彈模量值平均最大減小量為8.5 MPa，有的可達(dá)11.3%,華北地區(qū)的土基回彈模量值平均最大減小量為4.1 MPa，東北地區(qū)的土基回彈模量值平均最大減小量為1.7 MPa。

（8）研究表明路表彎沉值80%以上由土基產(chǎn)生。

[1]武紅娟.土基回彈模量變化對路面設(shè)計的影響分析[D].長安大學(xué)學(xué)位論文,2005.

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[3]王新岐.天津市土基回彈模量值的合理確定[J].天津市政設(shè)計,2002(3).

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