陳俊仟

（固安縣交通運輸局公路管理站,河北固安 065500）

提高路面基層壓實度對回彈模量及結(jié)構(gòu)層厚度的影響分析

陳俊仟

（固安縣交通運輸局公路管理站,河北固安 065500）

通過工程實踐與設(shè)計原理，總結(jié)分析路面基層的受力特點，闡述通過技術(shù)手段提高基層壓實度，有利于提高路面結(jié)構(gòu)層的回彈模量和降低允許彎沉值，很大程度上可抵抗車輪荷載的抗彎拉能力，同時可延長新建公路的動態(tài)穩(wěn)定性及使用耐久性。

基層壓實度;回彈模量;結(jié)構(gòu)層厚度;影響分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.025

1　序言

在路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計中采用水泥穩(wěn)定碎石、（石灰+粉煤灰）穩(wěn)定碎石等半剛性材料較為普遍，基層的厚度及材料選擇是設(shè)計工作中的關(guān)鍵，關(guān)系到抵抗軸載、抗凍及水文等技術(shù)原理，設(shè)計驗算過程中采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性理論，根據(jù)各層的回彈模量計算結(jié)構(gòu)層厚度，因此，提出在施工環(huán)節(jié)通過改進(jìn)試驗方法提高路面基層的密度，可對路面結(jié)構(gòu)層在車輛荷載作用下的受力狀態(tài)產(chǎn)生積極的影響。

2　我國《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》[1](JTJ 034—2000)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

2)當(dāng)級配碎石用做二級和二級以下公路的基層時，最大粒徑可控制在37.5mm以內(nèi)，用做高速公路和一級公路基層及半剛性路面的中間層時，最大粒徑宜控制在31.5mm以下。

3)基層混合料最大干密度的確定采用《公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗規(guī)程》[2](JTGE51—2009)之規(guī)定，使用徑高150cm150cm的擊實桶即容積2177cm3，擊實錘重4.5kg,每層擊實98次，分3層重型擊實成為試件，通過7d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生（室內(nèi)溫度20℃、濕度90%以上）；7d的無側(cè)限強度技術(shù)指標(biāo)規(guī)定見表1所列。

表1　無側(cè)限強度技術(shù)指標(biāo)

4）施工時使用12t以上的三輪壓路機(jī)碾壓，每層的壓實厚度不超過15～18cm；用重型振動壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)碾壓時，每層的壓實厚度可達(dá)20cm，壓實度要求根據(jù)層位及穩(wěn)定土粒徑規(guī)定如表2所列。

表2　層位及穩(wěn)定土粒徑規(guī)定

3　《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》和《公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗規(guī)程》及公路存在的技術(shù)缺陷分析

1）水泥穩(wěn)定碎石作為半剛性路面基層材料，使用的是無側(cè)限抗壓強度，采用多粒徑的連續(xù)級配與增大粗集料粒徑可提高板體強度，由于高速機(jī)一級公路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較高，故半剛性基層設(shè)計較厚，加上機(jī)械化水平（大噸位、高頻率大振幅）及性能非常優(yōu)越，可以滿足壓實要求，所以，應(yīng)增加1個粒徑檔次。

2）二級公路由于交通渠化及混合運行的復(fù)雜性，車輛的起步、剎車、掉頭幾率較大，基層及面層更容易產(chǎn)生彎拉應(yīng)力，因此；基于保證半剛性基層的強度、耐久性與經(jīng)濟(jì)性，更不能夠減小組成級配設(shè)計的最大骨料粒徑及其強度指標(biāo)。

3）結(jié)合《公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗規(guī)程》（JTG E40—2007）[3]及《公路土工試驗規(guī)程》[3]之規(guī)定，目前,我國大部分技術(shù)行業(yè)，半剛性基層材料的最大密度及強度試驗依然執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)擊實方法，該方法的最大弊病是不能夠模擬路面基層抵抗車輪荷載的實際受力狀態(tài)，具有一定的理論局限性及失真性，因此，值得研究與改進(jìn)。

4）《施工技術(shù)規(guī)范》要求的干剛性材料強度范圍太寬，尤其是高速及一級公路的基層強度規(guī)定3～5MPa，該規(guī)定應(yīng)根據(jù)軸載的作用次數(shù)予以具體的更具有技術(shù)嚴(yán)肅性。

醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)要與國家執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試接軌已成為醫(yī)學(xué)教育工作者的共識[1]，為了更好地培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生，服務(wù)于我國的醫(yī)療事業(yè)，我們國家近幾年進(jìn)行了執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試改革。執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試改革前，醫(yī)學(xué)生在本科畢業(yè)至少滿一年后才能報考，自從近幾年進(jìn)行執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試改革后，執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試分為兩個階段，第一階段是在校生實習(xí)之前，另一階段是畢業(yè)工作一年后。這兩個階段均包括技能和理論考試。理論考試采用計算機(jī)答題，考試難度有所增加，主要體現(xiàn)在出題思路的轉(zhuǎn)變上，以前主要考查學(xué)生的記憶能力，改革后則更注重考查知識點的應(yīng)用能力，尤其是與臨床密切相關(guān)的基礎(chǔ)知識，是第一階段考查的重點[2-3]。

按照《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》要求的中粒土和巨粒土控制水泥劑量為3%、4%、5%、6%、7%規(guī)定，在水泥質(zhì)量與骨料級配合理的情況下，實際使用強度32.5MPa的水泥與4%～6%的水泥劑量完全可以達(dá)到5.0MPa甚至更高，關(guān)鍵是保證粗骨料的粒徑與級配范圍得到充分利用。

5）壓實度標(biāo)準(zhǔn)問題：《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》要求的二級和二級以下的壓實度規(guī)定偏低，因為二級和二級以下的公路承受汽車軸載的作用更為顯著，工程實踐證明，二級和二級以下的公路更容易產(chǎn)生車轍、擁包、開裂、彎沉值過大及過早發(fā)生疲勞破壞，因此，必須通過提高壓實度標(biāo)準(zhǔn)來增大基層回彈模量和板體強度，以保證路面結(jié)構(gòu)層的使用耐久性。

4　提高壓實度的技術(shù)研究與應(yīng)用分析

據(jù)目前技術(shù)慣例，在進(jìn)行半剛性基層（最大密度與無側(cè)限抗壓強度）試驗過程中結(jié)合《公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗規(guī)程》及《公路土工試驗規(guī)程》技術(shù)原理，試驗成型時改用GTM試驗方法取代標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗法，使混合料密度與強度進(jìn)一步提高，相對提高了壓實度。該試驗方法有以下技術(shù)特點與先進(jìn)性：

1）利用應(yīng)力、應(yīng)變原理設(shè)計混合料的各項力學(xué)指標(biāo)，使之剪切強度大于其所受的剪切應(yīng)力并控制在滿足要求的范圍內(nèi)，在重載交通條件下出現(xiàn)車轍、擁包、推移等質(zhì)量通病，能夠最大限度的模擬汽車荷載作用在路面上的力學(xué)狀態(tài)。

2）通過設(shè)定平衡狀態(tài)、轉(zhuǎn)數(shù)、試件高度、試件密度等4種形式控制試驗過程，平衡狀態(tài)指GTM試驗機(jī)每旋轉(zhuǎn)100r時混合料的應(yīng)變很小，抗剪切強度高，該試驗得出的混合料最大密度比較科學(xué)與準(zhǔn)確。

3）控制剪切安全系數(shù)GS，F(xiàn)：即瀝青混合料的剪切強度Sg與最大剪應(yīng)力max的比值，GS，F(xiàn)應(yīng)大于1.0，在混合料壓實試驗過程中；GTM法可以測出混合料的剪切強度，即混合料內(nèi)部對所加荷載的抵抗力，是由混合料的特性決定的。

4）混合料的密度：指GTM法在平衡狀態(tài)條件下試驗完成的混合料密度，此時可視為混合料不在發(fā)生塑性變形的密度。該密度是用以控制施工壓實度的質(zhì)量依據(jù)。

5　路面基層壓實度對回彈模量及路面結(jié)構(gòu)層厚度的影響分析[4，5]

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)》[4](JTG D50—2006)之規(guī)定，由設(shè)計年限累計交通量、確定路面設(shè)計彎沉值為依據(jù)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層厚度計算，計算原理采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系為理論依據(jù)，同時，要求輪間隙中心路表的實際彎沉不大于路面的設(shè)計彎沉，即LsLd,實際彎沉值計算見圖1所示。

1）路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計厚度取決于半剛性基層材料的板體回彈模量，在瀝青面層厚度及路基回彈模量一定的情況下，基層材料的回彈模量越高則相對設(shè)計厚度可減小，即節(jié)省了工程造價，或不減小厚度的情況下可提高路面結(jié)構(gòu)層的整體強度，設(shè)計參考值如表3所列。

圖1　路表彎沉計算圖示

表3　提高路面結(jié)構(gòu)層的整體強度設(shè)計參考值

2)半剛性材料的無側(cè)限抗壓強度與回彈模量的換算關(guān)系

根據(jù)大量的室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)表明，半剛性材料的無側(cè)限抗壓強度與回彈模量存在正比例線性函數(shù)換算關(guān)系，在保證率85%的條件下，回彈模量E=236P+1000,

式中，E為半剛性材料的回彈模量，MPa；P為半剛性材料的室內(nèi)無側(cè)限強度，MPa。

3）路面基層回彈模量對路面結(jié)構(gòu)層計算厚度的影響分析通過半剛性材料的回彈模量對比根據(jù)當(dāng)量元等效半徑原理，可演變成為以下（見圖2）的3層計算體系。根據(jù)計算公式可知；當(dāng)E2提高了回彈模量的條件下，待求得的路面厚度H相對減小，最大限度地降低了路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計厚度而經(jīng)濟(jì)。

圖2　多層體系的路面結(jié)構(gòu)層計算模式

6　結(jié)語

通過采用GTM法進(jìn)行路面基層材料的密度試驗，相對提高了路面基層的壓實度標(biāo)準(zhǔn)，同時未改變質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，由于基層材料的回彈模量也相對提高可減少設(shè)計厚度，同時,對保證路面結(jié)構(gòu)層在汽車軸載的作用下，減少路面車轍、裂縫、疲勞破壞及發(fā)揮耐久性具有技術(shù)意義與經(jīng)濟(jì)意義。

【1】JTJ034—2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

【2】JTGE51—2009公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗規(guī)程[S].

【3】JTGE40—2007公路土工試驗規(guī)程[S].

【4】JTGD50—2006公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].

【5】JTJF80/1—2004公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)[S].

The Thickness Influence Analysis of Improving the Pavement Base Compaction Layer Thickness on the Modulus of Resilience and Structure

CHEN Jun-qian
(The Road Transportation Management of Guan County,Guan 065500,China)

The author analysis and summaries the Mechanical characteristics of pavement base in this paper through the engineering practice and design principle.through the technology It can improve the degree of compaction at the grass-roots level and reduce the allowed deflection value,the wheel load resistance of flexural tensile ability to a large degree,and At the same time it can prolong the dynamic stability of the new roads and use durability

primary compaction；degree of rebound；modulus of structure layer thickness；impact analysis

U416

A

1007-9467（2016）05-0096-03

陳俊仟（1978～），男，河北固安人，工程師，從事道路與橋梁研究，（電子信箱）940168391@qq.com。

2015-11-04