王慧鑫

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 概述

我國目前的高速公路建設(shè)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(yōu)缺點，優(yōu)點是板體性好，具有一定抗拉強度，穩(wěn)定性好，抗凍性強，強度和剛度隨著齡期而增長，經(jīng)濟性好；缺點是半剛性基層的干縮和溫縮容易導(dǎo)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(xiàn)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(dǎo)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。但此結(jié)構(gòu)也存在不足之處，其整體性差、塑性變形大、容易發(fā)生車轍。目前倒裝結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的應(yīng)用較少，僅福建省應(yīng)用較多。某項目10 km路段路面結(jié)構(gòu)使用了倒裝結(jié)構(gòu)設(shè)計作為試驗段，但在路面交工驗收時發(fā)現(xiàn)，倒裝結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)瀝青層彎沉實測代表值難以滿足設(shè)計要求，雖設(shè)計圖紙要求在施工過程中對各層次的交工驗收彎沉值進(jìn)行修正，但未給出修正系數(shù)及方法，本文依據(jù)瀝青路面設(shè)計規(guī)范及相關(guān)專業(yè)書籍內(nèi)容，確定倒裝結(jié)構(gòu)各層次的彎沉修正系數(shù)，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(jié)構(gòu)彎沉值的計算與分析

2.1 非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)現(xiàn)場實測彎沉及分析

根據(jù)某項目路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)路面設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)路面設(shè)計參數(shù)表

通過表1可看出，非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)路面結(jié)構(gòu)基層的區(qū)別是，非倒裝結(jié)構(gòu)為54 cm水穩(wěn)層，倒裝結(jié)構(gòu)是36 cm水穩(wěn)層+12 cm級配碎石，現(xiàn)從已施工完成的兩種路面結(jié)構(gòu)隨機選取部分段落的水穩(wěn)層頂實測彎沉值見表2。

表2 非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)水穩(wěn)層頂實測彎沉統(tǒng)計表

從已施工完成的倒裝結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及倒裝結(jié)構(gòu)分別隨機選取部分段落的ATB-25上基層的實測彎沉數(shù)據(jù)見表4。

從已施工完成的非倒裝結(jié)構(gòu)及倒裝結(jié)構(gòu)分別隨機選取部分段落的AC-20下面層的實測彎沉數(shù)據(jù)見表5。

表3 倒裝結(jié)構(gòu)級配碎石層實測彎沉統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表4 非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)ATB-25基層實測彎沉統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表5 非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)AC-20下面層實測彎沉統(tǒng)計數(shù)據(jù)

從已施工完成的非倒裝結(jié)構(gòu)及倒裝結(jié)構(gòu)分別隨機選取部分段落的SMA-13上面層的實測彎沉數(shù)據(jù)見表6。

表6 非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)SMA-13上面層實測彎沉統(tǒng)計數(shù)據(jù)

通過對表2～表6的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，可以得到表7。

表7 非倒裝結(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)各結(jié)構(gòu)層彎沉數(shù)據(jù)對比匯總表

通過表7可以看出，非倒裝結(jié)構(gòu)各層次的實測彎沉代表值均遠(yuǎn)小于圖紙給定的彎沉交工驗收值，倒裝結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)層與級配碎石層也小于設(shè)計值，但倒裝結(jié)構(gòu)的ATB瀝青基層、AC下面層、SMA上面層3層瀝青結(jié)構(gòu)層的彎沉代表值遠(yuǎn)超相應(yīng)的非倒裝結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計比非倒裝結(jié)構(gòu)多了一層柔性基層，且水穩(wěn)層的厚度也較非倒裝結(jié)構(gòu)薄，整體性更差，交工驗收的彎沉值理論上應(yīng)該比非倒裝結(jié)構(gòu)大，但倒裝結(jié)構(gòu)3層瀝青結(jié)構(gòu)層圖紙給定的交工驗收彎沉值與非倒裝結(jié)構(gòu)基本相當(dāng)，甚至更小，這樣的設(shè)計明顯不合理。結(jié)合本文數(shù)據(jù)及對相關(guān)文獻(xiàn)的調(diào)查，可知現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范可滿足半剛性瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。而對于柔性基層瀝青路面，現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中的彎沉設(shè)計方法不適用，設(shè)計的彎沉值過于嚴(yán)格，導(dǎo)致現(xiàn)場的實測彎沉值難以滿足其要求，無法作為現(xiàn)場檢測依據(jù)，通常需要進(jìn)行修正。

按照本項目圖紙的說明：“路面各結(jié)構(gòu)層交工驗收彎沉參考指標(biāo)是根據(jù)規(guī)范所提供的路面各結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層交工驗收時的參考指標(biāo)，不應(yīng)作為交工驗收的控制指標(biāo)。為了反映工程的實際情況，路面各結(jié)構(gòu)層交工驗收時，需根據(jù)路面各結(jié)構(gòu)層材料的實際齡期，對其回彈模量進(jìn)行修正，并重新計算路表的交工驗收彎沉指標(biāo)?！睘橛行У貙Ω鹘Y(jié)構(gòu)層，尤其是倒裝結(jié)構(gòu)的瀝青層交工驗收彎沉值進(jìn)行控制，需通過一定的方法對倒裝結(jié)構(gòu)的彎沉交工驗收值進(jìn)行修正。

2.2 彎沉綜合修正系數(shù)的計算方法

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》JTG D50—2006及鄧學(xué)鈞主編《路基路面工程》的相關(guān)內(nèi)容，可得到路表彎沉值、彎沉綜合修正系數(shù)的公式如式（1）、式（2）[2-3]：

彎沉綜合修正系數(shù)

式中：p為標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓強，MPa；δ為當(dāng)量圓半徑，cm；αc為理論彎沉系數(shù)；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(jié)構(gòu)層厚度，cm。

由式（1）、式（2）及《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)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(shè)計軟件計算得到的，計算時假設(shè)的彈性層狀理論是一定假設(shè)條件下經(jīng)過復(fù)雜的力學(xué)、數(shù)據(jù)推演得到的理論體系，其假設(shè)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(shù)F，它為實測彎沉值和理論計算彎沉的比，是根據(jù)大量的試驗路資料統(tǒng)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(jù)上文可看出，實測彎沉值通常是現(xiàn)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(jù)設(shè)計參數(shù)在一定假設(shè)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(tǒng)計分析得到的彎沉修正系數(shù)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(jù)鄧學(xué)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(tài)彎沉綜合修正系數(shù)研究》（董元帥，重慶交通大學(xué)），可知彎沉修正系數(shù)F公式中的ls和E0分別代表現(xiàn)場實測彎沉值和土基的實測回彈模量，因此可將現(xiàn)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(shù)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(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)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(xiàn)場取有代表性的路基段落進(jìn)行了試驗，得到現(xiàn)場土基的回彈模量平均值為134 MPa，遠(yuǎn)大于圖紙設(shè)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(jié)構(gòu)與倒裝結(jié)構(gòu)各結(jié)構(gòu)層修正計算彎沉值統(tǒng)計表

由表8可見，非倒裝結(jié)構(gòu)各層次、倒裝結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)層與級配碎石基層圖紙給定的交工驗收彎沉值遠(yuǎn)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(jìn)行控制更為合理。

倒裝結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)場檢測控制指標(biāo)的矛盾。福建省是我國倒裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多的省份，全省倒裝結(jié)構(gòu)已修建4 000 km，通過對福建省倒裝結(jié)構(gòu)的調(diào)查，其上面層彎沉交工驗收采用39.0的交工驗收標(biāo)準(zhǔn)，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(yán)格，可作為現(xiàn)場彎沉檢測的彎沉控制值。

3 結(jié)語

隨著公路交通運輸?shù)母咚侔l(fā)展，交通運輸結(jié)構(gòu)逐漸產(chǎn)生變化，交通量的增加、車輛軸載的增大，加上外界自然環(huán)境變化等原因，半剛性基層瀝青路面常出現(xiàn)反射裂縫、路面局部破損等病害，使得倒裝結(jié)構(gòu)瀝青路面開始進(jìn)行應(yīng)用，但該結(jié)構(gòu)路面進(jìn)行交工驗收檢測時，其瀝青層彎沉實測值常難以滿足設(shè)計圖紙給定的要求值。為解決這一矛盾，參照圖紙的相關(guān)說明、現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范及相關(guān)專業(yè)書籍的內(nèi)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(xiàn)場彎沉檢測提供合理的彎沉控制值，解決了倒裝結(jié)構(gòu)瀝青層交工驗收中出現(xiàn)的矛盾，確保倒裝結(jié)構(gòu)路面交工驗收順利進(jìn)行。