道路土基回弹模量和其在路面结构中的影响.doc

道路土基回弹模量及其在路面结构中的影响 吴祖德 （常州市建设工程施工图设计审查中心， 江苏213003） 摘 要 本文介绍道路土基回弹模量确定方法及其自身的影响因素，并经综合分析，对道路土基模量在沥青路面和水泥路面结构中的作用、地位及其影响因素，特别是借鉴对常州地区的沥青路面的综合分析，有助于设计人员进一步经济、合理地搞好道路的路面设计。 关键词 土基回弹模量 土质 含水量 压实度 季节变化 常州情况 1 前言 我国水泥混凝土路及沥青混凝土路路面的设计方法中，在路面结构设计中路基力学性能参数都是采用的土基回弹模量，它是我国路面设计的重要力学参数，它的确定直接影响到其它参数的选择与结构设计的结果。由于土基的受力特性是由构成土基的物理性质与土受力时的非线性决定的，所以土基的应力—应变关系呈非线性，它的弹性模量是一个条件变量，是随应力—应变关系改变而变化的。为了使设计方法不复杂化，必须根据土基在路面结构中的实际工作状态对其非线性的性质作相应的修正或简化处理，再加上受土基物理性质的影响，环境因素的影响，土基回弹模量是一个关于土的类型、含水量、压实度以及荷载类型、作用时间等的复杂函数，使其数值的确定比较困难，尽管多年来不少研究者致力于此方面的研究，但目前仍存在不少问题。 本文主要叙述对土基回弹模量的确定，及其变化对沥青路面与水泥混凝土路面的影响分析。 2 土基回弹模量的确定 2.1 承载板现场实测法 是在已建成路基上，在不利季节用大型承载板测定土基0～0.5mm（路基软弱时测至1mm）的变形压力曲线，通过φ30cm的承载板，对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下的相应的土基回弹变形值，排除显著偏离的回弹变形异常点，绘出荷载P与回弹变形值L的P-L曲线，如曲线起始部分出现反弯应按图1修正原点O，O’则是修正后的原点。 图1 修正原点示意图 最后取结束试验前的各回弹变形值按线性回归方法由式（1）计算求得土基回弹模量E0值。 （1） 式中：E0—相当于各级荷载下的土基回弹模量值（MPa）； μ0—土的泊松比，土基一般取为0.35; D —承载板直径（30cm）； Pi、Li—承载板各级压强（MPa）及其对应的回弹变形值（cm）。 E0值大多数呈微凸形，少数（土较干而密实时）具有近似线性关系。因而，回弹模量值仍是随着荷载压力而减小的变量，应按路基实际受到的压力（或回弹弯沉）大小来取值。但承载板试验至什么情况结束，现在没有统一的做法。对与干燥、中湿状态路基的应力、应变P～L曲线基本为线性关系，E0值的变化不大，基本是稳定的。对高速、一级、二级公路半刚性基层沥青路面，由于路面较厚，模量较高，交通荷载传递到路基的受力往往小于0.1MPa，变形小于0.3～0.5mm。虽然可采用0.1MPa前的应力—应变曲线计算E0值，但因其应力小变形小，计算的E0值分散性大，甚至失真，因此建议采用0.5～1mm前的曲线计算E0值比较合理；而当路面较薄，公路等级较低时，路基受力较大，变形就可能达到0.5～1mm。因此，应根据实际情况而定。公路部门多年使用变形到1mm结束。 2.2 采用弯沉仪测定土基回弯沉值 （1）“公路沥青路面设计规范”（JTG D50-2006）5.1.8中的公式如下： （2） 式中： —路基设计弯沉值（0.01mm）; P，δ—测定车轮胎接地压强（MPa）为0.7 MPa与当量圆半径（mm）为106.5mm; μ—土基的泊松比。一般为0.35 α0—均匀体弯沉系数，取0.712; EOD—路基设计回弹模量（MPa）; K1—不利季节影响系数，可根据当地经验确定。 在实测某路段土基回弹模量后，可通过下式确定某路段土基回弹模量设计值： （3） 式中：—某路段土基回弹模量设计值； 、S—某路段实测土基回弹模量平均值与标准差 —保证率系数，高速公路、一级公路为2.0；二、三级公路为1.648;四级公路为1.5; —不利季节影响系数，若在非不利季节测定应考虑季节影响系数，并根据当地经验选用。 （2）按《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000）附录A 中，先将土基回弹模量计算值（E0）按式（4）调整到相当于非不利季节的值（E0’）： E0’= K1·E0 （4） 式中：K1—季节影响系数，不同地区取值范围为1.2～1.4，各地可根据经验确定。 土基顶面的回弹弯沉值，按回归 式（5）计算： L0=9308 （5） 式中：E0—土基回弹模量（MPa） L0—土基顶面的回弹弯沉