提高路面基层压实度对回弹模量及结构层厚度的影响分析

提高路面基层压实度对回弹模量及结构层厚度的　影响分析　Ｔｈｅ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅ　Ｐａｖｅｍｅｎｔ　Ｂａｓｅ　Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　Ｌａｙｅｒ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍｏｄｕｌｕｓ　ｏｆ　Ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　陈俊仟　（固安县交通运输局公路管理站，河北固安０６５５００）　ＣＨＥＮＪｕｎ－ｑｉａｎ　（Ｔｈｅ　Ｒｏａｄ　ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｇｕａｎ　Ｃｏｕｎｔｙ，Ｇｕａｎ　０６５５００，Ｃｈｉｎａ）　【摘　要】通过工程实践与设计原理，总结分析路面基层的受力特点，阐述通过技术手段提高基层压实度，有利于提高路面结构　层的回弹模量和降低允许弯沉值，很大程度上可抵抗车轮荷载的抗弯拉能力，同时可延长新建公路的动态稳定性及使用耐久性。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｎｄ　ａｓｕｍｍａｒｉｅｓ　ｈｔｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆｐａｖｅｍｅｎｔ　ｂａｓｅ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｈｔｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅａｎｄｄｅｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏｍｐａｃｔｉｏｎａｔｔｈｅｇｒａｓｓ－ｒｏｏｔｓｌｅｖｅｌａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅａｌｌｏｗｅｄ　ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｖａｌｕｅ，ｔｈｅｗｈｅｅｌｌｏａｄｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｆｌｅｘｕｒａｌｔｅｎｓｉｌｅａｂｉｌｉｔｙｔｏａｌｒｇｅｄｅｇａｒｅｅ，ａｎｄＡｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｉｔｃａｎｐｒｏｌｏｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆｔｈｅｎｅｗｒｏａｄｓａｎｄｕｓｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ　【关键词】基层压实度；回弹模量；结构层厚度；影响分析　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｐｒｉｍａｒｙｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ；ｄｅｇｒｅｅｏｆｒｅｂｏｕｎｄ；ｍｏｄｕｌｕｓｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｌａｙｅｒｈｔｉｃｋｎｅｓｓ；ｉｍｐａｃｔｎａａｌｙｓｉｓ　【中图分类号］Ｕ４１６　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１００７．９４６７（２０１６）０５．００９６。０３　【Ｄ０Ｉ】１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１６．０５．０２５　１序言　在路面结构层设计中采用水泥稳定碎石、（石灰＋粉煤　９．５～４．７５ｍｍ）及４．７５ｍｍ以下的石屑组配而成。　２）当级配碎石用做二级和二级以下公路的基层时，最大　粒径可控制在３７．５ｍｍ以内，用做高速公路和一级公路基层及　半刚性路面的中间层时，最大粒径宜控制在３１．５ｍｍ以下。　３）基层混合料最大干密度的确定采用《公路工程无机结　合料试验规程》￣１（ＪＴＧＥ５１－－２００９）之规定，使用径高１５０ｃｍｘ　１５０ｃｍ的击实桶即容积２　１７７ｃｍ３，击实锤重４．５ｋｇ，每层击实　灰）稳定碎石等半刚性材料较为普遍，基层的厚度及材料选择　是设计工作中的关键，关系到抵抗轴载、抗冻及水文等技术原　理，设计验算过程中采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹　性理论，根据各层的回弹模量计算结构层厚度，因此，提出在　施工环节通过改进试验方法提高路面基层的密度，可对路面　结构层在车辆荷载作用下的受力状态产生积极的影响。　９８次，分３层重型击实成为试件，通过７ｄ标准养生（室内温度　２Ｏ℃、湿度９０％以上）；７ｄ的无侧限强度技术指标规定见表１　所列。　表１无侧限强度技术指标　２我国《公路路面基层施工技术规范》［１】（ＪＴＪ　０３４－－２０００）行业标准　１）用于二级和二级以上公路基层和底基层的级配碎石应用　预先筛分成几组不同颗粒的碎石（３７．５～１９ｒａｍ、１９～９．５ｍｍ、　【作者简介】陈俊仟（１９７８一），男，河北固安人，工程师，从事道路与　桥梁研究，（电子信箱）９４０１　６８３９１＠ｑｑ．ＣＯｒｎ。　９６　４）施工时使用１２ｔ以上的三轮压路机碾压，每层的压实　厚度不超过１５～１８ｃｍ；用重型振动压路机和轮胎压路机碾压　＿ｌ二二＿二二二＝—二＿＿＝＿二二　二二　：　＿Ｊ　胁眦　‘７埘　删　Ｒ啪…‘脚　Ｉ　时，每层的压实厚度可达２０ｃｍ，压实度要求根据层位及稳定　土粒径规定如表２所列。　表２层位及稳定土粒径规定　层位　水泥稳定土粒径　压实度标准／％　过早发生疲劳破坏，因此，必须通过提高压实度标准来增大基　层回弹模量和板体强度，以保证路面结构层的使用耐久性。　４提高压实度的技术研究与应用分析　据目前技术惯例，在进行半刚性基层（最大密度与无侧限　抗压强度）试验过程中结合《公路工程无机结合料试验规程》　及《公路土工试验规程》技术原理，试验成型时改用ＧＴＭ试验　使混合料密度与强度进一步提高，　３《公路路面基层施工技术规范》和《公路工程　方法取代标准击实试验法，无机结合料试验规程》及公路存在的技术缺　相对提高了压实度。该试验方法有以下技术特点与先进性：　陷分析　１）水泥稳定碎石作为半刚性路面基层材料，使用的是无　侧限抗压强度，采用多粒径的连续级配与增大粗集料粒径可　提高板体强度，由于高速机一级公路设计标准较高，故半刚性　基层设计较厚，加上机械化水平（大吨位、高频率大振幅）及性　能非常优越，可以满足压实要求，所以，应增加１个粒径档次。　２）二级公路由于交通渠化及混合运行的复杂性，车辆的　起步、刹车、掉头几率较大，基层及面层更容易产生弯拉应力，　因此；基于保证半刚性基层的强度、耐久性与经济性，更不能　够减小组成级配设计的最大骨料粒径及其强度指标。　３）结合《公路工程无机结合料试验规程）（ＪＴＧＥ４Ｏ一　２００７）ｔ３１及《公路土工试验规程》ｐ】之规定，目前，我国大部分技　术行业，半刚性基层材料的最大密度及强度试验依然执行标　准击实方法，该方法的最大弊病是不能够模拟路面基层抵抗　车轮荷载的实际受力状态，具有一定的理论局限性及失真性，　因此，值得研究与改进。　４）《施工技术规范》要求的干刚性材料强度范围太宽，尤　其是高速及一级公路的基层强度规定３～５ＭＰａ，该规定应根　据轴载的作用次数予以具体的更具有技术严肃性。　按照《公路路面基层施工技术规范》要求的中粒土和巨粒　土控制水泥剂量为３％、４％、５％、６％、７％规定，在水泥质量与　骨料级配合理的情况下，实际使用强度３２．５ＭＰａ的水泥与４％　～６％的水泥剂量完全可以达到５．０ＭＰａ甚至更高，关键是保　证粗骨料的粒径与级配范围得到充分利用。　５）压实度标准问题：《公路路面基层施工技术规范》要求　的二级和二级以下的压实度规定偏低，因为二级和二级以下　的公路承受汽车轴载的作用更为显著，工程实践证明，二级和　二级以下的公路更容易产生车辙、拥包、开裂、弯沉值过大及　１）利用应力、应变原理设计混合料的各项力学指标，使之　剪切强度大于其所受的剪切应力并控制在满足要求的范围　内，在重载交通条件下出现车辙、拥包、推移等质量通病，能够　最大限度的模拟汽车荷载作用在路面上的力学状态。　２）通过设定平衡状态、转数、试件高度、试件密度等４种　形式控制试验过程，平衡状态指ＧＴＭ试验机每旋转ｌＯＯｒ时　混合料的应变很小，抗剪切强度高，该试验得出的混合料最大　密度比较科学与准确。　３）控制剪切安全系数Ｇ。　即沥青混合料的剪切强度ｓ　与最大剪应力ｒ　的比值，Ｇ。．　应大于１．Ｏ，在混合料压实试　验过程中；ＧＴＭ法可以测出混合料的剪切强度，即混合料内　部对所加荷载的抵抗力，是由混合料的特性决定的。　４）混合料的密度：指ＧＴＭ法在平衡状态条件下试验完　成的混合料密度，此时可视为混合料不在发生塑性变形的密　度。该密度是用以控制施工压实度的质量依据。　５路面基层压实度对回弹模量及路面结构层　厚度的影响分析　根据《公路沥青路面设计规）ｔ４１（ＪＴＧ　Ｄ５０－－２００６）之规定，　由设计年限累计交通量、确定路面设计弯沉值为依据进行路　面结构层厚度计算，计算原理采用双圆垂直均布荷载作用下　的多层弹性层状体系为理论依据，同时，要求轮间隙中心路表　的实际弯沉不大于路面的设计弯沉，即Ｌ。≤　实际弯沉值计　算见图１所示。　１）路面结构层的设计厚度取决于半刚性基层材料的板　体回弹模量，在沥青面层厚度及路基回弹模量一定的情况下，　基层材料的回弹模量越高则相对设计厚度可减小，即节省了　工程造价，或不减小厚度的情况下可提高路面结构层的整体　强度，设计参考值如表３所列。　９７　｝　｛　Ｉ　一ｉ　ｌ　知；当　提高了回弹模量的条件下，待求得的路面厚度日　相对减小，最大限度地降低了路面结构层的设计厚度而经　济。　ｈ１　Ｅｌ　ｈ＝ｈｌ　Ｅ　ｎ－Ｉ　扣』—　—ｋ　－　ｔ～一　广丁１　～ｊ　Ａ　ｒ　ｒ下～１～１　ｐ　Ｅ】　ｈ２　ｎ￡ｃ　Ｅ２　岛　ｈ　１　Ｅｎ－－Ｅｏ　１　Ｅ　ｉ　Ｅ：！虽：！　Ｅｏ＝晟　图１路表弯沉计算图示　表３提高路面结构层的整体强度设计参考值　图２多层体系的路面结构层计算模式　６结语　通过采用ＧＴＭ法进行路面基层材料的密度试验，相对提　高了路面基层的压实度标准，同时未改变质量检验评定标准　所规定的技术指标，由于基层材料的回弹模量也相对提高可　减少设计厚度，同时，对保证路面结构层在汽车轴载的作用下，　２）半刚性材料的无侧限抗压强度与回弹模量的换算关系　根据大量的室内试验数据表明，半刚性材料的无侧限抗　减少路面车辙、裂缝、疲劳破坏及发挥耐久性具有技术意义与　经济意义。幽　【参考文献】　【１】ＪＴＪ０３４－－２０００公路路面基层施工技术规范【ｓ］．　【２】ＪＴＧＥ５１－２００９公路工程无机结合料试验规程［ｓ】．　【３】ＪＴＧＥ４０－－＇２００７公路土工试验规程［ｓ】．　压强度与回弹模量存在正比例线『生函数换算关系，在保证率　８５％的条件下，回弹模量Ｅ＝２３６Ｐ＋１０００，　式中，Ｅ为半刚性材料的回弹模量，ＭＰａ；Ｐ为半刚性材料的室　内无侧限强度，ＭＰａ。　３）路面基层回弹模量对路面结构层计算厚度的影响分析　通过半刚性材料的回弹模量对比根据当量元等效半径原理，　可演变成为以下（见图２）的３层计算体系。根据计算公式可　·—【４］ＪＴＧＤ５０－－２００６公路沥青路面设计规范［ｓ】．　【５】ＪＴＪＦ８０／１－２００４公路工程质量检验评定标准【ｓ］．　【收稿Ｅ］￣Ｊ１２Ｏ１　５—１卜Ｏ４　【参考文献】　【１】杨帆，赵剑，刘子明，邹兴欣．自动化实时监测在地铁隧道中　的应用　＋－”——卜”＋一＋＊—·卜“——卜”＋一＋　＋一—－卜一＋”＋”＋ｎ＋一＋－＋一＋－＋”＋”＋一＋＊＋一十一＋－＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋－＋－＋一＋一＋一＋＊＋－＋－＋一＋－＋　＜１－接第９５页）　及分析［Ｊ］．岩土工程学报，２０１２（１１）：１６２—１６６．　【２】李明．自动化监测技术在天津地铁３号线金狮桥站一天津　－，１１，－６５ｌ　－４－－６Ｓ】４　～６Ｓ１　—－　６５ｌ８　＂　６５２０　站站盾　构穿越高速铁路工程中的应用【Ｊ】．隧道建设，２０１４（４）：３６８—３７３．　图５沉降变化趋势图　【３】谢春光，王磊，刘洋．地铁盾构施工影响下摩天轮实时监测技术研　５结语　本文介绍了基测量机器入的自动化监测技术在地铁盾构　下穿高架桥中的应用，通过现场测试，实现了对高架桥桥墩三　维变形的全天候的监测，降低了人力成本和消除了人为误差。　作为一个开放的监管平台，通过手机短信、　机客户端信息推送，实时数据共享，方便管理。根据自动化监　测反馈的数据，对施工参数进行实时调整，确保了盾构穿越春　究［Ｊ］坝０绘通报，２０１３（１）：７０—７２．　【４】陈荣彬，林泽耿，李刚－坝’４量机器人在地铁隧道监测中的研究与应用　［Ｊ］．测绘通报，２０１２（６）：６１—６３．　【５】李鹏，徐顺明．ＡＤＭＳ测量机器人系统在深圳地铁监测设计与实践　［Ｊ】．工程建设与设计，２０１２（３）：１１２—１１６．　【６】范本，郑继强，朱坤奠．测量机器人隧道施工自动变形监测的实现　［Ｊ］．隧道建设，２０１４（１）：１９—２３．　风高架桥的安全。ｄｂ　９８　【收稿日期１２０１５一ｌ１—２４