彭 燃，韓 冰

中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230

導(dǎo)語(yǔ)：

路基強(qiáng)度是路面強(qiáng)度的基礎(chǔ)，為借鑒其他地區(qū)規(guī)范的優(yōu)缺點(diǎn)，本文對(duì)中美歐三地區(qū)規(guī)范從設(shè)計(jì)原理，強(qiáng)度控制指標(biāo)，實(shí)際施工驗(yàn)收指標(biāo)等方面進(jìn)行比較，筆者認(rèn)為只有法國(guó)規(guī)范能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)理念與實(shí)際施工指標(biāo)相統(tǒng)一，建議中國(guó)規(guī)范將回彈模量納入驗(yàn)收指標(biāo)。

01

我國(guó)道路設(shè)計(jì)方法在發(fā)展早期中借鑒了美國(guó)，日本，殼牌多個(gè)國(guó)家或企業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[1-2]，但仍與美國(guó)或歐洲的設(shè)計(jì)方法存在差別。路面鋪筑于路基之上，路基的強(qiáng)度從基礎(chǔ)上影響路面使用性能的發(fā)揮。如果路基強(qiáng)度不夠，路面顯然無(wú)法滿足道路使用者的性能要求。目前的各種中國(guó)與其他國(guó)家規(guī)范的比較多集中于路面設(shè)計(jì)原理的比較[3-4]，而較少關(guān)注不同路面規(guī)范對(duì)路基強(qiáng)度的要求。中國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)四國(guó)規(guī)范對(duì)路面設(shè)計(jì)時(shí)要求的路基強(qiáng)度有著不同的理念，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，本文將就此展開(kāi)比較。

中國(guó)規(guī)范對(duì)路基強(qiáng)度的要求

中國(guó)規(guī)范采用理論法，根據(jù)多層彈性連續(xù)體系來(lái)進(jìn)行路面計(jì)算，路面設(shè)計(jì)以彎沉及層底拉應(yīng)力作為驗(yàn)算指標(biāo)，路面材料的強(qiáng)度通過(guò)彈性模量及壓實(shí)度來(lái)控制，如果是粒料材料，則有CBR要求。

路面驗(yàn)算時(shí)需驗(yàn)算路面計(jì)算彎沉及層底拉應(yīng)力，計(jì)算方法如下

（1）路表計(jì)算彎沉值應(yīng)按下式計(jì)算。

其中：式中：ls為路表計(jì)算彎沉值（0.01 mm），F(xiàn)為彎沉綜合修正系數(shù)，p，δ為標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型的輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）和當(dāng)量圓半徑（cm），ac為理論彎沉系數(shù)，E0或En為土基抗壓回彈模量值（MPa），E1，E2，…En－1為各層材料抗壓回彈模量（MPa），h1，h2，…h(huán)n－1為各結(jié)構(gòu)層厚度（cm）。

對(duì)路基材料的強(qiáng)度則通過(guò)CBR和壓實(shí)度控制。在規(guī)范中詳細(xì)規(guī)定了不同層位的路基填料的CBR要求及壓實(shí)度要求。但從上式中，我們可以看出參與路面計(jì)算的并不是CBR及壓實(shí)度，而是路基回彈模量。而路基回彈模量可以通過(guò)3種方式確定，即室內(nèi)試驗(yàn)，原位試驗(yàn)及查表法。

（1）室內(nèi)試驗(yàn)。室內(nèi)試驗(yàn)通過(guò)采集土樣，做壓縮試驗(yàn)，直接測(cè)定不同壓實(shí)度下壓縮模量，使用時(shí)內(nèi)插得到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓實(shí)度下的壓縮模量。

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在已竣工的路基上，通過(guò)原位承載板試驗(yàn)測(cè)量土基回彈模量?；蛴脧澇羶x測(cè)定土基回彈模量值。

（3）查表法。根據(jù)路基土二級(jí)自然區(qū)劃等參數(shù)指標(biāo)查規(guī)范附表中的參考值。

在實(shí)際施工時(shí)，路基回彈模量并非驗(yàn)收指標(biāo)之一。CBR，壓實(shí)度，及路基頂彎沉是3大驗(yàn)收指標(biāo)。

（4）通過(guò)與CBR的關(guān)系估計(jì)

式中的RCB為加州承載比CBR。

美國(guó)規(guī)范對(duì)路基強(qiáng)度的要求

美國(guó)規(guī)范采用經(jīng)驗(yàn)法，路面結(jié)構(gòu)通過(guò)服務(wù)性能公式計(jì)算得出。路面材料的強(qiáng)度通過(guò)壓實(shí)度，彈性模量以及CBR來(lái)控制。同時(shí)，對(duì)路基材料的強(qiáng)度通過(guò)壓實(shí)度控制。在美標(biāo)中，沒(méi)有明確要求路基材料的CBR。實(shí)際施工時(shí)會(huì)對(duì)路基材料通過(guò)排除淤泥，腐殖土等不良土方法來(lái)控制質(zhì)量。

性能方程中各參數(shù)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。此方程是一個(gè)迭代方程，需要不斷試算SN，和以滿足要求。

其中，Wt18運(yùn)期交通量，ZR為給定可靠性的正態(tài)偏移，R為可靠性，So全局標(biāo)

02

中國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)四國(guó)規(guī)范對(duì)路面設(shè)計(jì)時(shí)要求的路基強(qiáng)度有著不同的理念，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，本文將就此展開(kāi)比較。準(zhǔn)差，MR為有效的路床頂材料回彈模量，PSI為路面服務(wù)能力指數(shù)，SN為路面的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)數(shù)。

從上式中可以看出，參與路面計(jì)算的是回彈模量，而不是壓實(shí)度。而美標(biāo)中推薦的回彈模量獲得的方法有兩種。

（1）通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定。通過(guò)AASHTO TEST METHOD T274室內(nèi)試驗(yàn)確定。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)的情況。

（2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)承載板試驗(yàn)可直接測(cè)出路基回彈模量，但此方法在規(guī)范中并未提及。

（3）通過(guò)CBR，R-值等參數(shù)來(lái)確定?；貜椖Ａ颗cCBR，R-值等參數(shù)存在正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)采用CBR值較高的材料作為路基填料時(shí)，路基回彈模量顯然也高。因此可以通過(guò)路基回彈模量與CBR的擬合關(guān)系來(lái)估計(jì)路基回彈模量。常見(jiàn)的關(guān)系如下。

Heukelom 和Klomp報(bào)道的動(dòng)態(tài)壓實(shí)狀態(tài)下現(xiàn)場(chǎng)回彈模量與陸軍工程師團(tuán)CBR值之間的關(guān)系[2]。

MR(psi)=1 500×RCB（9）或者是瀝青研究所研究得出 的R-值與路基回彈模量之間的關(guān)系。

MR(psi)=A＋B×(R－值) （10）其中，A=772~1 155；B=369~555。

但在美國(guó)規(guī)范中同時(shí)又規(guī)定，路基回彈模量會(huì)因季節(jié)，凍土情況不同而變化，因此試驗(yàn)或估計(jì)出來(lái)的路基回彈模量需要根據(jù)季節(jié)及凍土情況進(jìn)行修正。

03

法國(guó)規(guī)范對(duì)路基強(qiáng)度的要求

法國(guó)規(guī)范中路面結(jié)構(gòu)計(jì)算采用的理論與中國(guó)規(guī)范類(lèi)似，即雙圓荷載下的彈性層狀體系理論。具體的設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)于柔性材料為容許應(yīng)變, 對(duì)于半剛性或剛性材料是以容許應(yīng)力控制。

（1）瀝青面層容許應(yīng)變計(jì)算公式[3]

式中：ε6（10 ℃；25 Hz）為材料進(jìn)行疲勞試驗(yàn)（10 ℃；25 Hz）100萬(wàn)次的應(yīng)變；Ne累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載；E（10 ℃）為10 ℃時(shí)的彈性模量；E（θeq）為計(jì)算溫度（一般為15 ℃）下的彈性模量；kc瀝青層材料的修正系數(shù)；kr容許應(yīng)變修正系數(shù)；ks為極少系數(shù)，根據(jù)路基承臺(tái)的承載能力確定，ks的取值見(jiàn)表3。

kr=10ubδ （12）

式中：u為風(fēng)險(xiǎn)修正系數(shù)；b為材料的疲勞參數(shù)；δ為差異參數(shù)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)采用軟件ALIZE-LCPC計(jì)算，軟件中可根據(jù)輸入的模量來(lái)取值。由于通常不會(huì)使用PF1材料，且通常極難達(dá)到PF4的材料，所以上表1只提供了50~120 MPa區(qū)間的材料。

（2）未處理粒料的層頂垂直向變形

式12和式13分別適用于交通量大和交通量小的情況。

（3）基層的水平向容許拉應(yīng)變。

εz，ad為在等效溫度θeq及應(yīng)力特征頻率f條件下，試驗(yàn)樣品在Ne次累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，出現(xiàn)疲勞斷裂的極限應(yīng)變。

（3）路基強(qiáng)度的分級(jí)。路基承臺(tái)的等級(jí)先分為整平層等級(jí)AR，AR等級(jí)是PST（無(wú)PST時(shí)為墊層頂面）頂面能夠給上部結(jié)構(gòu)層提供的長(zhǎng)期承載力水平。

變形模量可以通過(guò)EV2試驗(yàn)來(lái)確定 。實(shí)際施工時(shí)，EV2會(huì)作為驗(yàn)收指標(biāo)來(lái)確定。在設(shè)計(jì)時(shí)先確定一個(gè) PF等級(jí)，然后根據(jù)PF等級(jí)選擇相應(yīng)的極少系數(shù)ks取值進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工時(shí)根據(jù)EV2試驗(yàn)確定是否達(dá)到設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的PF等級(jí)。同時(shí)CBR及壓實(shí)度也作為驗(yàn)收指標(biāo)。

三國(guó)規(guī)范中路基強(qiáng)度要求比較

04

通過(guò)對(duì)上文的歸納總結(jié)，下表中列舉了各國(guó)規(guī)范中在設(shè)計(jì)時(shí)即理論中對(duì)路基強(qiáng)度的要求，以及實(shí)際施工中對(duì)路基強(qiáng)度指標(biāo)的要求。

中國(guó)路面設(shè)計(jì)規(guī)范中將路基回彈模量納入計(jì)算，并提供了回彈模量的試驗(yàn)測(cè)定方法，但在實(shí)際工程中一般通過(guò)查表法確定路基回彈模量。查表法確定路基回彈模量主要與工程位置有關(guān)，即不同地區(qū)有著相對(duì)固定的回彈模量值。而施工時(shí)并不驗(yàn)收回彈模量，因此存在理論與實(shí)際脫節(jié)的情況，即規(guī)范理論中采用路基回彈模量參與計(jì)算，而實(shí)際施工時(shí)并不驗(yàn)收此重要參數(shù)。路基頂彎沉代表著路基頂層的剛度，在某種程度上對(duì)路基實(shí)際的回彈模量起到了一定的約束作用。但路基頂彎沉決不能代表回彈模量來(lái)驗(yàn)證施工時(shí)能否達(dá)到設(shè)計(jì)中回彈模量取值。換句話說(shuō)，驗(yàn)收彎沉的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)不能等同或代替現(xiàn)場(chǎng)回彈模量的驗(yàn)收試驗(yàn)，畢竟彎沉試驗(yàn)和回彈模量的試驗(yàn)原理不一樣，差別較大。

美國(guó)路面設(shè)計(jì)規(guī)范中將路基回彈模量納入計(jì)算，提供了路基回彈模量的室內(nèi)測(cè)定方法。實(shí)際工程中較少測(cè)定路基回彈模

表1 ks取值與變形模量的關(guān)系

表2 整平層等級(jí)

表3 路面承臺(tái)長(zhǎng)期承載力分級(jí)

表4 各國(guó)規(guī)范中設(shè)計(jì)和施工時(shí)對(duì)路基強(qiáng)度的指標(biāo)要求

無(wú)論是CBR，R-值，還是壓實(shí)度，都不是直接的路基強(qiáng)度值，而是通過(guò)控制路基材料，路基施工工藝來(lái)控制路基的強(qiáng)度。

05量，而通過(guò)CBR值等其他土性參數(shù)來(lái)估計(jì)路基回彈模量。存在的問(wèn)題即是，CBR值顯然并非決定路基回彈模量的惟一因素，壓實(shí)度等因素同樣重要。同樣CBR的材料，在不同壓實(shí)度下，顯然具有不同的回彈模量。

美國(guó)規(guī)范將季節(jié)因素和凍土因素，即氣候因素納入回彈模量的修正之中。這對(duì)于世界上大部分地區(qū)都具有參考意義，因?yàn)槭澜缟洗蟛糠值貐^(qū)都有著鮮明的季節(jié)，要么存在溫差明顯四季，要么存在降雨量差別明顯的雨季和旱季，而外部環(huán)境的水熱變化會(huì)明顯的影響到路基土內(nèi)部的水熱循環(huán)，進(jìn)而影響到路基強(qiáng)度。因此有必要像美國(guó)規(guī)范一樣納入氣候因素對(duì)路基回彈模量進(jìn)行修正。

法國(guó)規(guī)范中將路基頂變形模量納入計(jì)算，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)土質(zhì)，排水情況等提供參考值。在施工驗(yàn)收時(shí)要求驗(yàn)收變形模量及其衍生參數(shù)。

實(shí)際上，無(wú)論是CBR，R-值，還是壓實(shí)度，都不是直接的路基強(qiáng)度值，而是通過(guò)控制路基材料，路基施工工藝來(lái)控制路基的強(qiáng)度。綜合比較，法國(guó)規(guī)范對(duì)于路基強(qiáng)度的考慮最為全面并且直接有效地將理論與實(shí)際施工相結(jié)合起來(lái)。只有法國(guó)規(guī)范能夠完全保證施工驗(yàn)收時(shí)的路基強(qiáng)度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)的路基強(qiáng)度。

結(jié)論

路基是形成路面強(qiáng)度的基礎(chǔ)，如果路基強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)值，則實(shí)際上無(wú)法保證路面驗(yàn)收時(shí)能達(dá)到需要的強(qiáng)度。在國(guó)內(nèi)實(shí)際施工時(shí)，經(jīng)常有施工單位反映無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的彎沉值，要求設(shè)計(jì)單位降低彎沉要求。部分原因是因?yàn)槁坊鶎?shí)際上并沒(méi)有達(dá)到形成路面強(qiáng)度所需要的路基強(qiáng)度。

（1）美國(guó)規(guī)范由于只驗(yàn)收壓實(shí)度和CBR，且無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。因此美國(guó)規(guī)范對(duì)于路基真實(shí)強(qiáng)度處于無(wú)法控制的狀態(tài)。

（2）法國(guó)規(guī)范做到了驗(yàn)收參數(shù)即設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠保證路基強(qiáng)度達(dá)到要求，進(jìn)而保證路面強(qiáng)度強(qiáng)度達(dá)到要求。

（3）因此，建議國(guó)內(nèi)規(guī)范將路基頂回彈模量納入驗(yàn)收指標(biāo)體系以達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)與驗(yàn)收參數(shù)的統(tǒng)一。