道路土基回彈模量及其在路面結(jié)構(gòu)中及影響

1、道路土基回彈模量及其在路面結(jié)構(gòu)中的影響吳祖德（常州市建設(shè)工程施工圖設(shè)計(jì)審查中心， 江蘇213003）摘 要 本文介紹道路土基回彈模量確定方法及其自身的影響因素，并經(jīng)綜合分析，對(duì)道路土基模量在瀝青路面和水泥路面結(jié)構(gòu)中的作用、地位及其影響因素，特別是借鑒對(duì)常州地區(qū)的瀝青路面的綜合分析，有助于設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)、合理地搞好道路的路面設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞 土基回彈模量 土質(zhì) 含水量 壓實(shí)度 季節(jié)變化 常州情況1 前言我國(guó)水泥混凝土路及瀝青混凝土路路面的設(shè)計(jì)方法中，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中路基力學(xué)性能參數(shù)都是采用的土基回彈模量，它是我國(guó)路面設(shè)計(jì)的重要力學(xué)參數(shù)，它的確定直接影響到其它參數(shù)的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果。由于土基的

2、受力特性是由構(gòu)成土基的物理性質(zhì)與土受力時(shí)的非線性決定的，所以土基的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈非線性，它的彈性模量是一個(gè)條件變量，是隨應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系改變而變化的。為了使設(shè)計(jì)方法不復(fù)雜化，必須根據(jù)土基在路面結(jié)構(gòu)中的實(shí)際工作狀態(tài)對(duì)其非線性的性質(zhì)作相應(yīng)的修正或簡(jiǎn)化處理，再加上受土基物理性質(zhì)的影響，環(huán)境因素的影響，土基回彈模量是一個(gè)關(guān)于土的類型、含水量、壓實(shí)度以及荷載類型、作用時(shí)間等的復(fù)雜函數(shù)，使其數(shù)值的確定比較困難，盡管多年來(lái)不少研究者致力于此方面的研究，但目前仍存在不少問(wèn)題。本文主要敘述對(duì)土基回彈模量的確定，及其變化對(duì)瀝青路面與水泥混凝土路面的影響分析。2 土基回彈模量的確定2.1 承載板現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法 是在已建成路

3、基上，在不利季節(jié)用大型承載板測(cè)定土基00.5mm（路基軟弱時(shí)測(cè)至1mm）的變形壓力曲線，通過(guò)30cm的承載板，對(duì)土基逐級(jí)加載、卸載的方法，測(cè)出每級(jí)荷載下的相應(yīng)的土基回彈變形值，排除顯著偏離的回彈變形異常點(diǎn)，繪出荷載P與回彈變形值L的P-L曲線，如曲線起始部分出現(xiàn)反彎應(yīng)按圖1修正原點(diǎn)O，O則是修正后的原點(diǎn)。圖1 修正原點(diǎn)示意圖最后取結(jié)束試驗(yàn)前的各回彈變形值按線性回歸方法由式（1）計(jì)算求得土基回彈模量E0值。 （1）式中：E0相當(dāng)于各級(jí)荷載下的土基回彈模量值（MPa）；0土的泊松比，土基一般取為0.35; D 承載板直徑（30cm）； Pi、Li承載板各級(jí)壓強(qiáng)（MPa）及其對(duì)應(yīng)的回彈變形值（cm）

4、。E0值大多數(shù)呈微凸形，少數(shù)（土較干而密實(shí)時(shí)）具有近似線性關(guān)系。因而，回彈模量值仍是隨著荷載壓力而減小的變量，應(yīng)按路基實(shí)際受到的壓力（或回彈彎沉）大小來(lái)取值。但承載板試驗(yàn)至什么情況結(jié)束，現(xiàn)在沒(méi)有統(tǒng)一的做法。對(duì)與干燥、中濕狀態(tài)路基的應(yīng)力、應(yīng)變PL曲線基本為線性關(guān)系，E0值的變化不大，基本是穩(wěn)定的。對(duì)高速、一級(jí)、二級(jí)公路半剛性基層瀝青路面，由于路面較厚，模量較高，交通荷載傳遞到路基的受力往往小于0.1MPa，變形小于0.30.5mm。雖然可采用0.1MPa前的應(yīng)力應(yīng)變曲線計(jì)算E0值，但因其應(yīng)力小變形小，計(jì)算的E0值分散性大，甚至失真，因此建議采用0.51mm前的曲線計(jì)算E0值比較合理；而當(dāng)路面較薄

5、，公路等級(jí)較低時(shí)，路基受力較大，變形就可能達(dá)到0.51mm。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。公路部門(mén)多年使用變形到1mm結(jié)束。2.2 采用彎沉儀測(cè)定土基回彎沉值（1）“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范”（JTG D50-2006）中的公式如下： （2）式中：路基設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）; P，測(cè)定車輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）為0.7 MPa與當(dāng)量圓半徑（mm）為106.5mm;土基的泊松比。一般為0.350均勻體彎沉系數(shù)，取0.712; EOD路基設(shè)計(jì)回彈模量（MPa）; K1不利季節(jié)影響系數(shù)，可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。在實(shí)測(cè)某路段土基回彈模量后，可通過(guò)下式確定某路段土基回彈模量設(shè)計(jì)值： （3）式中：某路段土基回彈模量

6、設(shè)計(jì)值；、S某路段實(shí)測(cè)土基回彈模量平均值與標(biāo)準(zhǔn)差保證率系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為2.0；二、三級(jí)公路為1.648;四級(jí)公路為1.5;不利季節(jié)影響系數(shù)，若在非不利季節(jié)測(cè)定應(yīng)考慮季節(jié)影響系數(shù)，并根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)選用。（2）按公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 034-2000）附錄A 中，先將土基回彈模量計(jì)算值（E0）按式（4）調(diào)整到相當(dāng)于非不利季節(jié)的值（E0）：E0=K1·E0 （4）式中：K1季節(jié)影響系數(shù)，不同地區(qū)取值范圍為1.21.4，各地可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。 土基頂面的回彈彎沉值，按回歸 式（5）計(jì)算： L0=9308 （5） 式中：E0土基回彈模量（MPa） L0土基頂面的回彈彎沉計(jì)算值

7、（0.01mm）根據(jù)常州地區(qū)，土基回彈模量與彎沉值的計(jì)算結(jié)果如下： 表1 土基回彈模量與彎沉值的計(jì)算結(jié)果序號(hào)E0（MPa）L0（mm）K11155.351.42204.091.43223.741.44263.201.45302.791.46322.631.47342.481.48402.131.49601.461.410801.111.42.3 查表法 如江蘇省地區(qū)根據(jù)江蘇省所處自然區(qū)劃圖為1、1a，摘錄列于表2： 表2 自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值區(qū)劃稠度土組0.800.901.001.051.101.151.201粘性土21.525.530.032.535.037.540.51a粉質(zhì)土

8、22.026.532.035.037.540.5注：根據(jù)表2預(yù)測(cè)土基回彈模量值，當(dāng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，土基回彈模量值可較表列數(shù)值提高15%30%。由表例數(shù)據(jù)，按土基的不同稠度江蘇省土基回彈模量在20MPa40MPa之間。我市的土基回彈模量，根據(jù)公路自然區(qū)劃劃分，位于1和1a，根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D50-2006）P69頁(yè)，經(jīng)整理后詳見(jiàn)下表：常州市不同干濕狀態(tài)下的土基回彈模量值（MPa）表序號(hào)干濕狀態(tài)黏質(zhì)土粉質(zhì)土WcE0（MPa）WcE0（MPa）1干燥Wc1.1035.040.5Wc1.0535.040.52中濕1.10Wc0.9530.032.51.05Wc0.9026.532

9、.03潮濕0.95Wc0.8021.525.50.90Wc0.7522.04過(guò)濕Wc0.80（15）Wc0.75（15）注：1） Wc為土的平均稠度值；2）過(guò)濕狀態(tài)的回彈膜量是推算值。2.4 室內(nèi)試驗(yàn)法 取代表性土樣在室內(nèi)根據(jù)最佳含水量下求得承載板的回彈模量E0值試驗(yàn)結(jié)果，并考慮不利季節(jié)和不利年份的影響，乘以折減系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)路段的路基臨界高度及相應(yīng)的路基干濕類型及土基含水量，確定代表不利季節(jié)土基的稠度值，當(dāng)調(diào)查資料不足時(shí)，按路基的干濕類型，根據(jù)土基稠度參數(shù)表3選定值： 表3 折減系數(shù)土基稠度值折減系數(shù)0.90.60.72.5 換算法 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大型承載板試驗(yàn)測(cè)定土基回彈模量E0后，并同時(shí)測(cè)定土

10、基的壓實(shí)度K、土基稠度Wc以及室內(nèi)CBR值，建立E0與CBR之間可靠的換算關(guān)系，從而可以利用K、Wc和CBR值等推算現(xiàn)場(chǎng)土基回彈模量。各地的關(guān)系式均有所差異，這反映了地區(qū)性與土性的差異。2.6歷次規(guī)范對(duì)土基回彈模量的計(jì)算公式不同規(guī)范中彎沉值L0回彈模量E0值表，見(jiàn)表4。表4 不同規(guī)范中彎沉值L0回彈模量E0值表2.6.2各類規(guī)范及各地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的E0值MPa及其對(duì)比值%表，見(jiàn)表5。表5 各類規(guī)范及各地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的E0值MPa及其對(duì)比值%表2.6.310種公式的E0L0曲線圖,見(jiàn)圖2.圖2 10種公式的E0L0曲線圖3 影響土基回彈模量的因素在路面結(jié)構(gòu)中，土基回彈模量的合理取值至關(guān)重要，

11、若土基回彈模量值取得過(guò)低，計(jì)算的路面厚度將會(huì)過(guò)厚，而實(shí)際土基回彈模量在要求的壓實(shí)條件下往往超過(guò)設(shè)計(jì)值，自然會(huì)造成資金的浪費(fèi)；若土基參數(shù)取值過(guò)大，施工中土基回彈模量往往達(dá)不到要求，又會(huì)引起路面的過(guò)早損壞。所以在工程實(shí)踐中，應(yīng)該綜合考慮各方面的因素，正確處理其內(nèi)在的聯(lián)系，推薦能正確反映土基強(qiáng)度的模量值。土基回彈模量與土的強(qiáng)度還沒(méi)有找出關(guān)聯(lián)的公式，故是兩個(gè)不同的力學(xué)參數(shù)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)中注意！3.1 不同性質(zhì)土類對(duì)土基回彈模量的影響不同的土類會(huì)有不同粒徑的土顆粒，砂粒成分多的土，強(qiáng)度構(gòu)成以內(nèi)摩擦力為主，強(qiáng)度高，受水的影響小，但施工時(shí)不易壓實(shí)。較細(xì)的砂，在滲流情況下，容易流動(dòng)，形成流砂。粘粒成分多的土，強(qiáng)度形

12、成以粘聚力為主，其強(qiáng)度隨密度程度的不同，變化較大，并隨濕度的增大而降低。粉土類毛細(xì)現(xiàn)象強(qiáng)烈，路基路面的強(qiáng)度和承載力隨著毛細(xì)水上升、濕度增大而下降，在負(fù)溫度坡差作用下，水分通過(guò)毛細(xì)作用移動(dòng)并積聚，使局部土層濕度大幅度增加，造成路基凍脹，最后導(dǎo)致路基翻漿，路面結(jié)構(gòu)層斷裂等各種破壞。歸納為：土作為路基建筑材料，砂性土最優(yōu)，粘性土次之，粉性土層不良材料，最容易引起路基病害。3.2 含水量對(duì)土基回彈模量的影響經(jīng)試驗(yàn)（1）：對(duì)粉質(zhì)中液限粘土，試件含水量適度變化，對(duì)回彈模量的影響不大。對(duì)中液限粘土，含水量的變化對(duì)回彈模量有明顯的影響，而且，錘擊次數(shù)越多，土的壓實(shí)度越大，相應(yīng)的回彈模量也越大；對(duì)于同一壓實(shí)度而

13、言，最佳含水量狀態(tài)下的土的回彈模量最大；當(dāng)含水量大于最佳含水量時(shí)，不同土質(zhì)的壓實(shí)度與錘擊次數(shù)的關(guān)系是不同的。通常開(kāi)始階段隨錘擊次數(shù)的增加壓實(shí)度增大，當(dāng)擊實(shí)到一定程度時(shí)，錘擊次數(shù)增加，壓實(shí)度不但不增加反而減小，說(shuō)明土先逐漸壓實(shí)，后被擾動(dòng)。經(jīng)試驗(yàn)（2）：由于含水量較高時(shí)，壓實(shí)度并不隨擊實(shí)次數(shù)的增加而有規(guī)律地增加，可以采用靜壓成型的方法代替擊實(shí)方法來(lái)試驗(yàn)不同含水量狀態(tài)下土的回彈模量變化：對(duì)于不同路基，飽水前后E0的變化幅度差別是相當(dāng)大的，飽水后的E0值下降幅度可達(dá)90%;飽水后的E0值與土的塑性指數(shù)有一定關(guān)系，一般塑性指數(shù)大的土，下降幅度就大；含水量每增加1個(gè)百分點(diǎn)，E0值平均降低11.3%，試驗(yàn)說(shuō)

14、明含水量對(duì)黃土E0有顯著影響，故搞清路基所能達(dá)到的最高含水量對(duì)于確定土基模量非常重要。3.3 壓實(shí)度對(duì)土基回彈模量的影響壓實(shí)度是影響土基回彈模量的重要因素。對(duì)于城市快速路、主干路的填土路基，路床頂面下080cm要求壓實(shí)度達(dá)到96%、95%，路床頂面下80150cm要求壓實(shí)度達(dá)到94%、93%。充分壓實(shí)的土基可以發(fā)揮土基的承載強(qiáng)度，減小土基和路面在車輪荷載作用下產(chǎn)生的形變，增強(qiáng)土基的水穩(wěn)定性和強(qiáng)度穩(wěn)定性，有效地延長(zhǎng)路面的使用壽命。壓實(shí)土的特性（各種土都有這種相似的擊實(shí)曲線）見(jiàn)圖3 粘土的E與和的關(guān)系，從圖可以看出：圖3 粘土的E與和的關(guān)系壓實(shí)土樣在浸水飽和后會(huì)有明顯的軟化現(xiàn)象，強(qiáng)度會(huì)顯著地降低，

15、這就是所謂的強(qiáng)度穩(wěn)定性問(wèn)題；制備含水量低于最佳含水量的壓實(shí)土樣在浸水飽和前的強(qiáng)度很高，但浸水飽和后的強(qiáng)度卻大大降低，愈干的土樣，強(qiáng)度降低的幅度愈大，即強(qiáng)度穩(wěn)定性愈差；在最佳含水量時(shí)被壓實(shí)的土樣，浸水飽和后的強(qiáng)度最高，其浸水前后的強(qiáng)度差異不大，強(qiáng)度穩(wěn)定性最好。由此可見(jiàn)，要提高路基的強(qiáng)度就要控制土基的壓實(shí)度，而碾壓時(shí)的含水量是影響壓實(shí)度和浸水后路基強(qiáng)度的重要因素，即土基強(qiáng)度和壓實(shí)度及含水量有密切的相關(guān)性（詳見(jiàn)5）。實(shí)際中，對(duì)于路堤和堤壩等填土構(gòu)筑物在無(wú)法避免浸水飽和時(shí)，控制其強(qiáng)度穩(wěn)定性尤為重要，這也是工程中總是要求在最佳含水量狀態(tài)下，把土壓實(shí)至最大干容重的原因，也是施工中，要求雙控（壓實(shí)度、彎沉值

16、）的原因。4 土基回彈模量變化對(duì)瀝青路面的影響我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中，瀝青路面設(shè)計(jì)采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性連續(xù)體系理論，以路面設(shè)計(jì)彎沉值為路面結(jié)構(gòu)整體剛度的指標(biāo)，也是路面厚度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。土基回彈模量是表征土基強(qiáng)度的，是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，它對(duì)路表彎沉和瀝青路面設(shè)計(jì)層厚度的確定影響是很明顯的。根據(jù)城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范（CJJ169-2012）規(guī)定：“1.在不利季節(jié)，路基頂面設(shè)計(jì)回彈模量值，對(duì)快速路和主干路不應(yīng)小于30Mpa，對(duì)次干路和支路不應(yīng)小于20Mpa。當(dāng)不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)采取措施提高路基的回彈模量；2.路床應(yīng)處于干燥或中濕狀態(tài)?！保ㄔ斠?jiàn)本文7.1常州市各級(jí)瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同

17、的土基回彈模量時(shí)的計(jì)算數(shù)據(jù)（2010年計(jì)算） 4.1 路表彎沉的影響經(jīng)試驗(yàn)資料表明，土基回彈模量及基層厚度的變化組合對(duì)路表彎沉的影響比土基回彈模量與面層厚度、底基層厚度變化組合影響大些。即在不利條件下，土基強(qiáng)度與基層厚度的風(fēng)險(xiǎn)組合的結(jié)果會(huì)增大路表設(shè)計(jì)彎沉值。4.2 路基頂面彎沉和路表彎沉的綜合影響經(jīng)試驗(yàn)資料表明，土基回彈模量E0、面層模量、基層模量、底基層模量、面層厚度、基層厚度、底基層厚度的每個(gè)參數(shù)的變化都可以減少土基頂面彎沉和路表彎沉，但減小土基頂面彎沉和路表彎沉最有效的方法是適當(dāng)?shù)奶岣咄粱哪Ａ?。因此，各?jí)道路應(yīng)保證土基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對(duì)土基的上層進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定處理，我市常用的是石灰土土

18、基處理。（詳見(jiàn)本文7.1常州市各級(jí)瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同的土基回彈模量時(shí)的計(jì)算數(shù)據(jù)（2010年計(jì)算）4.3 土基回彈模量變化對(duì)瀝青路面厚度的影響在其他條件不變，僅改變底基層石灰土的厚度及土基回彈模量所計(jì)算的結(jié)果見(jiàn)圖4，可見(jiàn)，提高土基的強(qiáng)度可以減少設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層的厚度，但是，當(dāng)土基強(qiáng)度提高到一定程度時(shí)，土基強(qiáng)度的增加對(duì)瀝青路面設(shè)計(jì)層厚度的減低已不明顯，以及實(shí)際土基處理的可能性，在實(shí)際中土基回彈模量常用的取值范圍為：30MPa60MPa。圖4 設(shè)計(jì)層厚度隨土基回彈模量值的變化4.4土基回彈模量變化對(duì)瀝青路面的影響小結(jié)通過(guò)對(duì)比分析各結(jié)構(gòu)層模量變化和厚度變化對(duì)路面路表彎沉、土基頂面彎沉的影響，確定影響瀝青路面

19、結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)的最不利組合形式；并考慮了土基回彈模量變化和瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層模量變化對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度的影響，為確定土基回彈模量合理取值范圍提供了一定的依據(jù)。（1） 土基回彈模量是影響路表彎沉的重要因素，隨著土基回彈模量不斷增加，路表彎沉值會(huì)不斷減小。特別是土基回彈模量較低時(shí)，路表彎沉值的變化比較明顯，當(dāng)土基回彈模量值E0從20MPa增大到80MPa時(shí)，路表彎沉值減小52.3%，而土基回彈模量值E0從80MPa增大到160MPa時(shí)，路表彎沉值僅減小25.9%；（2） 通過(guò)對(duì)路面各結(jié)構(gòu)層模量和厚度的變化對(duì)路表彎沉的影響分折表明，土基回彈模量和基層厚度變化對(duì)路表彎沉值的影響比較大，即當(dāng)土基回彈模量

20、值E0從20MPa增加到160MPa，且基層厚度從15cm增加到35cm時(shí)，路表彎沉值分別減小17.3%26.2%；（3） 在路面結(jié)構(gòu)厚度和剛度不變的請(qǐng)況下，隨著土基回彈模量的增加，路表彎沉和土基頂面彎沉都在減少，但兩者的差值L基本不變。即減去土基部分產(chǎn)生的彎沉值以后，由路面結(jié)構(gòu)本身所產(chǎn)生的彎沉基本上保持不變。說(shuō)明土基回彈模量的變化對(duì)土基頂面彎沉的影響要大于對(duì)路表彎沉的影響；（4） 路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層厚度隨土基回彈模量的增大而減小，并且隨著模量值的增大減小幅度隨著減小。當(dāng)土基回彈模量值E0由20MPa增加到30MPa時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)厚度由46.1cm減小到36.7cm，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層減小了9.4cm，而當(dāng)

21、土基回彈模量值E0由70MPa增加到80MPa時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層厚度由16.3cm減小到12.8cm，厚度僅減小3.5cm。5 土基回彈模量變化對(duì)水泥混凝土路面的影響擬定水泥混凝土板的尺寸為4m×5m，為考慮某些結(jié)構(gòu)參數(shù)的敏感性時(shí)，其它結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變來(lái)考慮，其中基層的模量變化范圍為1300MPa1700MPa，底基層的模量變化范圍為400MPa700MPa，土基回彈模量的變化范圍為20MPa100MPa，水泥混凝土板的厚度變化范圍為20cm28cm。水泥混凝土板 Ec=30000MPa hc=24cm 基層 E2=1500MPa h2=20cm 底基層 E1=500MPa h1=15c

22、m 土基 E0=50MPa 根據(jù)試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，土基回彈模量變化對(duì)水泥混凝土路面的影響結(jié)論如下：（1）在同一基層模量下，土基回彈模量的變化對(duì)基層頂面當(dāng)量回彈模量的影響和對(duì)水泥混凝土板底荷載應(yīng)力的影響比較大。（2）在同一底基層模量值下，土基回彈模量的變化對(duì)基層頂面當(dāng)量回彈模量的影響和對(duì)水泥混凝土板底荷載應(yīng)力的影響比較大。（3）隨著土基回彈模量和板厚逐漸的增加，板底荷載應(yīng)力不斷的減小。（4）隨著基層頂面回彈模量荷板厚逐漸的增加，板底荷載應(yīng)力不斷的減小。（5）在板厚較小時(shí)，地基強(qiáng)度對(duì)荷載應(yīng)力的影響還略大些，但隨著板厚的增加，其減小板內(nèi)荷載應(yīng)力的效果越來(lái)越不明顯。實(shí)際上，我國(guó)臺(tái)州試驗(yàn)路已證實(shí)：面板厚度越

23、大，加強(qiáng)基層的效果越差，當(dāng)面板厚度大于20cm時(shí)，加強(qiáng)基層的效果已不顯著。我國(guó)目前新建水泥混凝土路面以重交通道路居多，其面板厚度一般都在20cm以上，尤其對(duì)于高速公路，面板厚度一般都在24cm以上，若考慮車輪普遍超載。則設(shè)計(jì)出來(lái)的厚度還可能更大，此時(shí)地基強(qiáng)度荷載應(yīng)力的影響已經(jīng)微乎其微。雖然計(jì)算表明基層對(duì)提高路面承載能力作用有限，但是也不能忽視基層的設(shè)計(jì)。各國(guó)從水泥混凝土路面的破壞有大部分是因基層強(qiáng)度或抗沖刷性能的不足而產(chǎn)生的，唧泥是導(dǎo)致混凝土面板損壞的重要原因，同時(shí)為防止較弱的基層在接縫處產(chǎn)生塑性累積變形，規(guī)范規(guī)定了基層頂面當(dāng)量回彈模量的最小取值，以提高混凝土面板的整體性，減輕地基壓應(yīng)力的不均

24、勻程度。從上述分析中可知，土基強(qiáng)度的提高對(duì)增大基層頂面當(dāng)量回彈模量的影響比基層或底基層對(duì)基層頂面當(dāng)量回彈模量的影響大。即土基強(qiáng)度比較高時(shí)，基層頂面當(dāng)量回彈模量容易達(dá)到規(guī)范中最小值的要求。但是在水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)中往往忽視土基回彈模量的取值，對(duì)土基回彈模量的分析研究也比較少，目前由于土基強(qiáng)度不足產(chǎn)生不均勻沉降而導(dǎo)致水泥混凝土面板脫空損壞現(xiàn)象已越來(lái)越引起人們的重視。6 土基模量隨季節(jié)變化規(guī)律及其數(shù)值的確定 由前述可知，土基回彈模量發(fā)生微小的變化都會(huì)引起整個(gè)路面結(jié)構(gòu)較大的變化，并且土基回彈模量的變化對(duì)土基頂面彎沉的影響要大于對(duì)路表彎沉的影響，在一般比較合理的路面結(jié)構(gòu)中，土基引起的彎沉占總彎沉的百分

25、比都將達(dá)到80%以上，而土基回彈模量的取值受到季節(jié)、含水量及壓實(shí)度等因素的影響，在路面設(shè)計(jì)中若仍采用查表法估算或按承載板法測(cè)量取最不利季節(jié)的回彈模量值作為土基強(qiáng)度的設(shè)計(jì)取值，就不能反映路基土真實(shí)的工作狀態(tài)，造成路面整體結(jié)構(gòu)過(guò)厚，因此需要考慮土基回彈模量隨季節(jié)含水量的變化規(guī)律及其數(shù)值的確定。6.1 土基模量隨季節(jié)變化規(guī)律20世紀(jì)70年代前后，中國(guó)在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)季節(jié)影響系數(shù)進(jìn)行了廣泛、全面的調(diào)查、試驗(yàn)，初步確定了各種狀態(tài)、各種土質(zhì)的季節(jié)影響敘述，其值變化范圍較大，大致為K=1.052.00，一般地K=1.11.4，與自然區(qū)劃、干濕狀態(tài)、土質(zhì)等因素有關(guān)。試驗(yàn)和理論分析表明，路基回彈模量E0對(duì)路表彎沉

26、的影響是很大的，而它又受到路基土濕度的影響，即路基土濕度增大，使路基模量E0降低，而路表彎沉值L增大。（1）由東北地區(qū)工程實(shí)例得出，不考慮冰凍期的影響，當(dāng)含水量每減1%時(shí)。土基回彈模量值平均增加值為1.7MPa。（2）由華北地區(qū)工程實(shí)例得出，不考慮冰凍期的影響，當(dāng)含水量每減1%時(shí)。土基回彈模量值平均增加值為4.1Mpa。（3）由西北黃土地區(qū)工程實(shí)例得出，當(dāng)含水量每增加1個(gè)百分點(diǎn)時(shí)，土基回彈模量值平均降低8.5MPa，從而說(shuō)明黃土強(qiáng)度受水的影響比較大。6.2 研究考慮改進(jìn)目前的設(shè)計(jì)方法（1）AASHTO法中考慮季節(jié)變化確定土基模量值 由于受到降雨量的影響，一年中路基的含水量不時(shí)的會(huì)發(fā)生變化，不同

27、月份的土基回彈模量值也會(huì)隨之發(fā)生變化?，F(xiàn)行規(guī)范中采用最不利季節(jié)測(cè)定的土基回彈模量值作為土基強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值，即在土基回彈模量取值的過(guò)程中沒(méi)有考慮一年中含水量變化對(duì)土基強(qiáng)度的影響。從以上分析中可以看出，這種影響是不能忽略不計(jì)的。雖然采用最不利季節(jié)的土基回彈模量值時(shí)從偏安全的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)的，但對(duì)于瀝青混凝土路面往往會(huì)造成路面偏厚的現(xiàn)象，而實(shí)際土基回彈模量在要求的壓實(shí)度條件下往往超過(guò)設(shè)計(jì)值，自然會(huì)造成資金浪費(fèi)；或者由于土基強(qiáng)度過(guò)低，在較大的荷載作用下產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形，對(duì)各種瀝青路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生車轍和路面不平整；對(duì)于水泥混凝土路面，土基的塑性變形將使板塊特別是板邊和板角產(chǎn)生局部脫空而引起斷裂，使得道路過(guò)早的

28、損壞。 目前在我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法中無(wú)論采用什么方法來(lái)確定土基回彈模量值都沒(méi)有考慮一年中含水量變化對(duì)土基強(qiáng)度的影響，即采用定值法來(lái)確定土基回彈模量值；在國(guó)外瀝青路面設(shè)計(jì)方法諸如：加州承載比法、殼牌設(shè)計(jì)法和美國(guó)的瀝青協(xié)會(huì)設(shè)計(jì)法中，雖然用不同的力學(xué)指標(biāo)來(lái)表征土基的強(qiáng)度，但其根本與我國(guó)確定土基強(qiáng)度設(shè)計(jì)值一樣采用定值法來(lái)確定土基的強(qiáng)度參數(shù)。而在國(guó)外AASHTO瀝青路面設(shè)計(jì)方法中，考慮一年中土基回彈模量變化采用路基土的有效回彈模量作為設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠真實(shí)反映路基土的工作狀態(tài)，為我們考慮土基強(qiáng)度的設(shè)計(jì)取值提供了一種新的思路。按AASHTO法考慮一年中不同模量取值對(duì)路面服務(wù)能力相對(duì)損傷的原則進(jìn)行取值，用有效回

29、彈模量作為土基強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值比最不利季節(jié)的土基回彈模量值有所提高，并且由于考慮了一年中季節(jié)變化對(duì)路面服務(wù)能力的影響，更能真實(shí)的反映路基隨季節(jié)變化的情況。（2）考慮采用等效土基回彈模量提出考慮季節(jié)變化對(duì)土基回彈模量取值的影響，引入等效土基回彈模量值作為我國(guó)路面設(shè)計(jì)新方法中土基強(qiáng)度的設(shè)計(jì)參數(shù)。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要觀察一年內(nèi)不同季節(jié)的土基回彈模量值，不利于具體操作，如果我們已知等效回彈模量同最不利季節(jié)回彈模量比值K的大小，可以根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中推薦的最不利季節(jié)回彈模量值來(lái)確定等效回彈模量值，提高系數(shù)的幅度在1.51.6倍之間。7 常州市各級(jí)瀝青路面與不同土基回彈模量的組合分析常州市考慮江蘇省所處自然區(qū)劃，根據(jù)

30、不同土質(zhì)、稠度，土基回彈模量在20MPa40MPa之間，由于城市道路路面設(shè)計(jì)標(biāo)高受條件限制，常離地下水位較近，以及季節(jié)性土基含水量的影響，常處于過(guò)濕、潮濕狀態(tài)，根據(jù)常州地區(qū)土基回彈模量對(duì)土基頂面彎沉的影響圖（圖6）、土基回彈模量對(duì)各級(jí)路面結(jié)構(gòu)的路表彎沉的影響圖（圖7）。圖6 土基回彈模量對(duì)土基頂面彎沉的影響圖7 土基回彈模量對(duì)各級(jí)路面結(jié)構(gòu)的路表彎沉的影響7.1 常州市各級(jí)瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同的土基回彈模量時(shí)的計(jì)算數(shù)據(jù)（2010年計(jì)算） 小區(qū)支路表1 小區(qū)支路瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同土基回彈模量上時(shí)的路面頂面及各層頂面設(shè)計(jì)彎沉值和設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa）（20

31、°）抗壓回彈模量（MPa）（15°）各層頂面驗(yàn)收彎沉值（mm）E0（MPa）202226303436405060701AC-20C5120016000.560.530.490.460.430.420.400.360.330.312二灰碎石（5:15:80）20130013000.660.630.580.550.510.500.470.430.290.36310%石灰土2055055020.61.951.761.611.491.441.351.171.040.944土基4.093.743.22.792.482.352.131.731.461.26累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次（×10

32、6次）0.350.460.680.941.321.481.893.164.806.767.1.2 支路 表2 支路瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同土基回彈模量上時(shí)的路面頂面及各層頂面設(shè)計(jì)彎沉值和設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa）（20°）抗壓回彈模量（MPa）（15°）各層頂面驗(yàn)收彎沉值（mm）E0（MPa）202226303436405060701AC-13C4140020000.480.460.430.400.380.370.350.320.290.272AC-20C5120016000.560.530.490.460.430.420.400.360

33、.330.313二灰碎石（5:15:80）20130013000.660.630.580.550.510.500.470.430.390.36410%石灰土205505502.061.951.761.611.491.441.351.090.970.885土基4.093.743.202.792.482.352.131.731.461.26累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次（×106次）0.760.941.321.892.442.793.686.149.2713.07.1.3 次干道 表3 次干道瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同土基回彈模量上時(shí)的路面頂面及各層頂面設(shè)計(jì)彎沉值和設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗

34、壓回彈模量（MPa）（20°）抗壓回彈模量（MPa）（15°）各層頂面驗(yàn)收彎沉值（mm）E0（MPa）202226303436405060701AC-13C4140020000.300.290.280.260.240.240.230.210.190.182AC-20C6120016000.340.320.310.280.270.260.250.230.210.203二灰碎石（5:15:80）36130013000.390.380.350.330.310.300.290.260.240.23410%石灰土205505502.061.951.761.611.491.441.35

35、1.171.040.945土基4.093.743.202.792.482.342.131.731.461.26累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次（×106次）5.156.117.2810.515.715.719.530.750.666.37.1.4 主干道表4 主干道瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同土基回彈模量上時(shí)的路面頂面及各層頂面設(shè)計(jì)彎沉值和設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa）（20°）抗壓回彈模量（MPa）（15°）各層頂面驗(yàn)收彎沉值（mm）E0（MPa）202226303436405060701SMA-13（SUP-13）4140020000.270.260.

36、240.230.220.210.210.190.180.172AC-20C5120016000.300.290.270.260.240.230.220.210.190.183AC-25C7100012000.340.330.300.280.270.260.250.230.210.204二灰碎石（5:15:80）36130013000.390.380.350.330.310.300.290.260.240.23510%石灰土205505502.061.951.761.611.491.441.351.171.040.946土基4.093.743.202.792.482.342.131.731.46

37、1.26累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次（×106次）5.426.549.7712.115.119.019.031.441.254.87.1.5 快速路 表5 快速路瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同土基回彈模量上時(shí)的路面頂面及各層頂面設(shè)計(jì)彎沉值和設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa）（20°）抗壓回彈模量（MPa）（15°）各層頂面驗(yàn)收彎沉值（mm）E0（MPa）202226303436405060701SMA-13（SUP-13）4140020000.250.240.230.210.210.200.190.180.160.162AC-20C5120016000.27

38、0.260.250.230.220.220.210.190.180.173AC-25C7100012000.310.290.270.260.240.240.230.210.190.184二灰碎石（5:15:80）40130013000.350.340.310.290.280.270.260.240.220.21510%石灰土205505502.061.951.761.611.491.441.341.171.040.946土基4.093.743.202.792.482.342.131.731.461.26累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次（×106次）7.969.7712.119.019.024.331.4

39、41.274.274.2圖8 土基回彈模量及各級(jí)路面結(jié)構(gòu)路表彎沉所適應(yīng)的交通等級(jí)經(jīng)分析應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）應(yīng)盡量提高土基的壓實(shí)度，“城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范”（CJJ37-2012）規(guī)定的各級(jí)道路壓實(shí)度。如城市快速路、主干道，路床頂面下為96%、95%。又如，次干路的標(biāo)準(zhǔn)為94%，城市支路路床頂面下為92%。（2）土基施工時(shí)，一定要進(jìn)行“雙控”，即土基壓實(shí)度及彎沉值。因?yàn)闆](méi)有達(dá)到最佳干容重的干燥路基，強(qiáng)度也會(huì)很高，即彎沉值很小，但當(dāng)環(huán)境變化，增加土基含水量后，強(qiáng)度會(huì)急劇下降，就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)達(dá)到最佳干容重的土基，其飽和含水量的變化，不會(huì)很大，如圖3，由450公斤/厘米2，變至400公斤/厘米

40、2，下降11.1%，而壓實(shí)度為87%時(shí)，浸水飽和后，強(qiáng)度由560公斤/厘米2，變至56公斤/厘米2，強(qiáng)度下降90%。（3）道路路面設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告的資料，對(duì)所處的路床頂面以下80cm的土質(zhì)所處的干濕度、土質(zhì)以及設(shè)計(jì)所需要達(dá)到的土基回彈模量，對(duì)土基的上層進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定處理，這是目前道路路面設(shè)計(jì)中，保證工程質(zhì)量最有效的方法，適當(dāng)提高土基的模量，降低了路表彎沉值，也就提高了設(shè)計(jì)的累計(jì)交通量。常州經(jīng)驗(yàn)見(jiàn)土基6%灰土處理的范圍和厚度參考表（表6）。表6 土基6%灰土處理的范圍和厚度參考表地基回彈量E0（MPa）6%灰土處理地基厚度干燥中濕潮濕過(guò)濕34（快速路，頂面彎沉2.48mm）20608030（主干路，頂面彎沉2.79mm）406026（次干路、支路，頂面彎沉3.20mm）204022（小區(qū)支路，頂面彎沉3.74mm）20注：常州土基處于過(guò)濕狀態(tài)時(shí)的土基回彈模量按E0=15Mpa計(jì)算。（4）從常州地區(qū)的圖8實(shí)例可統(tǒng)計(jì)出：1.小區(qū)支路路面結(jié)構(gòu)不變，能適應(yīng)的特輕交通量下，土基回彈模量從22Mpa提高到30Mpa，適應(yīng)累計(jì)交通量可從0.46×106/車道，提