孔繁盛，王瑞林

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

路基作為路面結(jié)構(gòu)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(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2006）[1]中路基設(shè)計參數(shù)為靜態(tài)模量，現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2017）[2]、《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）[3]中路基設(shè)計參數(shù)均為動態(tài)模量。由于JTG D50—2017對路基驗(yàn)收時動態(tài)模量取值規(guī)定不明確，導(dǎo)致應(yīng)用單位在路基驗(yàn)收時，計算出的動態(tài)驗(yàn)收彎沉值差異較大，如山西某高速公路路基驗(yàn)收彎沉為298.8（0.01 mm），明顯偏大，不符合實(shí)際。因此，有必要結(jié)合相關(guān)規(guī)范、設(shè)計文件、省內(nèi)土質(zhì)類型及氣候環(huán)境特征，提出符合實(shí)際、并能有效控制路基質(zhì)量的動態(tài)驗(yàn)收彎沉參數(shù)取值及計算方法。

國內(nèi)部分學(xué)者對路基動態(tài)彎沉與靜態(tài)彎沉開展了相關(guān)研究，并得出了部分結(jié)論。鄭飛軍[4]等采用FWD與貝克曼梁測試了待驗(yàn)收路基，建立了相關(guān)關(guān)系，認(rèn)為一般路基的相關(guān)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(zhì)的高速公路路基開展了FWD和貝克曼梁對比試驗(yàn)，分析了兩者的相關(guān)性，認(rèn)為不同土質(zhì)的動彎沉和靜彎沉之間有良好的相關(guān)性，可用于路基動態(tài)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(guān)關(guān)系，結(jié)果表明FWD與貝克曼梁之間線性相關(guān)性良好，用于路基彎沉計算時，相關(guān)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(guān)系，但并未研究JTG D30—2015和JTG D50—2017中兩種動態(tài)模量的關(guān)系，導(dǎo)致路基驗(yàn)收時缺乏明確的計算方法及參考依據(jù)。鑒于此，本文建立了JTG D30—2015和JTG D50—2017兩規(guī)范中動態(tài)模量的關(guān)系，計算了山西某高速公路的動態(tài)驗(yàn)收彎沉，并采用建立的動靜彎沉轉(zhuǎn)換關(guān)系，驗(yàn)證了山西省路基動態(tài)彎沉計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后，提出了山西省常用高速公路路基動態(tài)驗(yàn)收彎沉取值，該計算方法可有效指導(dǎo)山西省高速公路路基彎沉驗(yàn)收。

1 動態(tài)回彈模量的規(guī)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(zhǔn)確確定以及路基驗(yàn)收彎沉值與路基濕度息息相關(guān)，因此無論設(shè)計規(guī)范及驗(yàn)收規(guī)范均考慮了路基濕度。

1.1 JTG D30—2015動態(tài)回彈模量

我國路基設(shè)計規(guī)范對路基頂面回彈模量設(shè)計值（E0-design）綜合考慮了未來運(yùn)營期間路基濕度平衡狀態(tài)、干濕凍融循環(huán)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(diào)整系數(shù)；Kη為干濕凍融循環(huán)條件下路基土模量的折減系數(shù)；MR為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下路基動態(tài)回彈模量值，MPa。

1.2 JTG D50—2017動態(tài)回彈模量

依據(jù)JTG D50—2017條款“B.7.1”，路基頂面驗(yàn)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(tài)下路基頂面回彈模量，MPa。

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

比較式（1）與式（3），可以看出：路基設(shè)計所采用的E0-design與路基驗(yàn)收時所采用的E0-check不同。因此，在設(shè)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(yàn)收時路基濕度一般在最佳含水率附近，還未經(jīng)過冬春季干濕凍融循環(huán)作用，因此采用式（4）確定的路基動態(tài)彎沉并進(jìn)行路基驗(yàn)收是合理的。

2 路基頂面動態(tài)驗(yàn)收彎沉值計算方法確定

2.1 路基驗(yàn)收判定標(biāo)準(zhǔn)

《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2017）指出，當(dāng)路基頂面實(shí)測代表彎沉值l0滿足式（5）時，路基彎沉驗(yàn)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(yīng)依據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）[4]測定，并采用路基頂面彎沉濕度影響系數(shù)修正；lg為路基頂面驗(yàn)收彎沉值，0.01 mm。

2.2 驗(yàn)收動態(tài)彎沉計算方法

式中：K1為路基濕度影響系數(shù)。

2.3 山西省K1、Kη確定

2.3.1 路基土干濕凍融循環(huán)模量折減系數(shù)Kη確定

路基在干濕、凍融循環(huán)作用下，其結(jié)構(gòu)的“板體性”會受到一定的影響。JTG D30—2015通過干濕凍融循環(huán)系數(shù)Kη來對路基土模量進(jìn)行修正，依據(jù)JTG D30—2015中3.2.5條款以及《季節(jié)性凍土地區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T D31-06—2017）[5]要求，折減系數(shù)Kη宜根據(jù)當(dāng)?shù)芈坊ぷ鳝h(huán)境進(jìn)行干濕、凍融循環(huán)模量衰減試驗(yàn)確定。當(dāng)無試驗(yàn)條件或在初步設(shè)計階段時，非冰凍地區(qū)可根據(jù)土質(zhì)類型、含水率確定，季節(jié)凍土區(qū)可根據(jù)凍結(jié)溫度、含水率確定，折減系數(shù)Kη范圍一般為0.7～0.95。

鑒于山西省大部分地區(qū)為季節(jié)凍土區(qū)，依據(jù)JTG/T D31-06—2017[5]要求，Kη應(yīng)按照表1進(jìn)行取值。

表1 季節(jié)性凍土地區(qū)路基土回彈模量凍融循環(huán)折減系數(shù)

2.3.2 路基濕度影響系數(shù)K1的確定

依據(jù)JTG 014，山西省路基濕度影響系數(shù)K1的取值范圍見表2，其他地區(qū)高速公路路基濕度影響系數(shù)確定需根據(jù)項(xiàng)目所處自然區(qū)劃及干濕類型確定。

表2 濕度影響系數(shù)K1建議值

3 計算方法驗(yàn)證

以山西隰吉高速路基為實(shí)體工程，來驗(yàn)證路基動態(tài)驗(yàn)收彎沉計算方法的準(zhǔn)確性。

3.1 濕度修正系數(shù)確定

依據(jù)山西省各市、縣氣候及凍深狀況表[6]，隰縣標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.03 m，大寧縣標(biāo)準(zhǔn)凍深為0.77 m，吉縣標(biāo)準(zhǔn)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(qū)考慮。根據(jù)表1，路基土為細(xì)粒土，干濕循環(huán)或凍融循環(huán)條件下路基土模量折減系數(shù)選擇0.7～0.9。由于隰吉高速路基主要為細(xì)粒土，且路基設(shè)計為中濕狀態(tài)，所以，Kη取0.8。

根據(jù)山西省公路調(diào)查結(jié)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(dá)到90%～100%.路基驗(yàn)收彎沉值應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒌刭|(zhì)等條件，在路基平衡濕度狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，以濕度影響系數(shù)K1進(jìn)行修正，根據(jù)山西省的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，隰吉高速公路路基彎沉濕度影響系數(shù)K1可按1.15取值。

3.2 動態(tài)驗(yàn)收彎沉值計算

3.3 動靜彎沉關(guān)系建立

路基驗(yàn)收傳統(tǒng)方法采用貝克曼梁法進(jìn)行驗(yàn)收，得到的驗(yàn)收彎沉為靜彎沉，累積經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，通過相同路段動靜彎沉檢測，建立動靜彎沉相關(guān)關(guān)系，可推導(dǎo)動態(tài)彎沉驗(yàn)收值。本文以隰吉高速路基作為實(shí)體工程進(jìn)行動靜彎沉檢測，建立動靜彎沉關(guān)系，從而驗(yàn)證動態(tài)驗(yàn)收彎沉計算方法的準(zhǔn)確性。

在隰吉高速選取待驗(yàn)收路基進(jìn)行FWD動態(tài)彎沉及貝克曼梁靜態(tài)彎沉點(diǎn)對點(diǎn)檢測，建立lFWD與lB之間的關(guān)系，見式（8）。

圖1為FWD動態(tài)彎沉與貝克曼梁靜態(tài)彎沉相關(guān)關(guān)系圖，可以看出動靜彎沉成良好的指數(shù)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)大于0.8。

圖1 隰吉高速動態(tài)彎沉與靜態(tài)彎沉的關(guān)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(jù)式（7）計算得到的動態(tài)彎沉為216.6（0.01 mm），從而驗(yàn)證了計算方法是準(zhǔn)確的。隰吉高速路基動態(tài)驗(yàn)收彎沉值取216.6（0.01 mm），進(jìn)行路基質(zhì)量驗(yàn)收，很好地控制了路基壓實(shí)質(zhì)量。

4 結(jié)語

a）推導(dǎo)了高速公路路基動態(tài)彎沉驗(yàn)收計算公式，見式（7）。實(shí)際計算時，還需根據(jù)道路沿線實(shí)際情況，確定K1、Kη兩個修正系數(shù)。以隰吉高速為例，E0-design為60 MPa時，路基動態(tài)驗(yàn)收彎沉為216.6（0.01 mm）。部分路段若由于場地限制，動彎沉設(shè)備無法進(jìn)入，也可采用貝克曼梁進(jìn)行驗(yàn)收，靜態(tài)驗(yàn)收彎沉值取179.1（0.01 mm）為控制標(biāo)準(zhǔn)。

b）目前，山西省對于動態(tài)彎沉控制路基驗(yàn)收質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)較少，建議相關(guān)單位在應(yīng)用過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，確保合理評價路基承載能力，有效控制路基長期使用性能。