浅析土基模量对路面结构的影响

浅析土基模量对路面结构的影响

发表时间：2019-07-18T10:02:37.447Z 来源：《科技尚品》2019年第1期作者：刘春艳[导读] 本文介绍道路土基回弹模量确定方法及路基回弹模量的评价方法，对道路土基模量在沥青路面结构中的作用及其影响因素，提出了强基薄面的一些设计理念，以供大家借鉴。

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路基是线形道路的主体，贯穿道路全线，与沿线桥隧连接而共同构成道路的整体。它的好坏关系到整个道路的服务质量。以往的道路设计和施工中，对于路基重视不足，塌方、水毁等频繁出现，严重影响道路的服务能力。

近年来，交通量日益增大，部分地区车辆超载严重，车辙破坏逐渐成为困扰道路工作者的主要病害。一般将车辙破坏分为结构型车辙、失稳型车辙和磨耗型车辙。结构型车辙主要是由于路面结构自身变形造成的，作用于路面的车辆荷载经面层传递扩散，使面层以下包括基层在内的各结构层发生永久性变形，故又称为压密型车辙。表现为车辙宽度较大，横断面呈V字型。路基顶面大应变曾经是结构型车辙的主要诱因。广泛使用的半刚性基层刚度很大，承担车辆荷载的能力很强。车辆荷载经过半刚性基层，扩散至路基时已经不大，所以当前高等级道路由于路基顶面应变太大而导致的车辙已不常见。对于低等级道路，由于结构层厚度小，重载反复作用下路基应变仍可能过大。

路基的强度和刚度在大气和水等因素作用下会发生很大的变动，尤其是在季冻地区，由于水温的变化，路基发生周期性的冻融作用，使路基的强度急剧下降，导致基层开裂等一系列的路面破坏。因此，路基不仅要有足够的强度和刚度，而且应当能够长久地维持在某一水平之上。

一、路基刚度评价方法

（一）室内试验

1. R值

R值为用稳定仪确定的土的阻抗值。稳定仪试验由美国加州公路局提出，主要用来量测有内阻力的材料。该仪器是封闭式的三轴试验仪。在直径102mm、高约114mm的试件上施加1.1MPa的竖向压力，然后测定橡胶膜中液体产生的水平压力。如果试件是没有抗剪切能力的液体，R=0；如果试件是不可压缩的刚体，R=100。为了使试件饱和，需要施加一定的渗流压力。

2. CBR

加州承载比试验（California Bearing Ratio，简称CBR）是一种贯入试验，用一定直径的柱体贯入材料一定深度得到的抗力和贯入标准碎石得到的抗力的比值。一般地，CBR随着贯入度的增加而减小，一般取贯入度2.5mm时的比值作为CBR值，如果5.0mm时的比值大于

2.5mm时的比值，应采用5.0mm时的比值。

3. 德州三轴试验分级

用德州三轴试验根据摩尔包络线的位置对土进行分级。根据破坏时的主应力，作出若干侧限压力下试验的莫尔圆。将莫尔破坏包络线绘于分级图中。

4. 分组指数

在AASHTO土的分类方法中，分组指数变化范围0~20。

关于R值、CBR、德州三轴试验分级和分组指数与路基回弹模量的关系，Van Til等给出过关系图，但是汉克隆和哥伦布得到的关系式MR=1500*CBR，尤其适用于细粒土和细砂，与Van Til关系图有很大不同。地沥青协会（1982）推荐对于MR和R值采用如下关系式：MR=1155+555R。

（二）现场测试

道路工程在路基施工中，用来评价路基刚度的方法有承载板法、贝克曼梁、落锤式弯沉仪等。

（三）设计取值

现行路面设计规范中规定确定土基回弹模量的方法有三种，即查表法、室内实验法和野外承载板法。旧规范查表法是在上世纪70年代从轻型压实标准的土基上，在不利季节调查，考虑不利年份测定整理出来的。相对于重型压实标准，公路路基回弹模量的取值误差较大。现规范中表列值也不能真实反映全国各地的实际情况，如有的地区只有粉性土的土基回弹模量推荐值，而无粘性土的土基回弹摸量推荐值。路面设计者往往根据《公路沥青路面设计规范》中材料回弹模量的建议值进行取值，并以此作为路面设计依据，但实际工程中的回弹模量实测值与现行设计规范的基层回弹模量建议值往往不符，由于规范的推荐模量取值出于覆盖全国的适应来考虑，偏于保守，而现场实测具有真实性，一般来说要偏大一些，而设计单位大多以查表法来确定路基回弹模量，这样一来，势必会造成设计的偏差，使当地的路基的材料性能无法发挥。

二、路面结构应力分析

沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以路面设计弯沉设计值表征路面结构的整体刚度。土基回弹模量代表土体刚度，是路面结构设计的主要参数，对路表弯沉和土基顶面弯沉有着重要影响。同时，土基回弹模量的大小直接反映了土基以上路面结构层能够获得支撑的强弱，而支撑对于其上结构层底面拉应力的影响是众所周知的。为此，本文应用BISAR程序分析标准轴载作用下土基模量的变化对于路面结构表面弯沉、土基顶面压应变和各结构层层底拉应力的影响，基于影响分析结果，提出"强基"的适当范围。

三、土基模量对路表弯沉的影响

土基回弹模量变化对各路面结构的路表弯沉的影响可以看出，某一特定路面结构，随着土基模量的增大，路表弯沉逐渐减小，但减小速率随着土基模量的增加在逐渐变缓。不同路面结构路表弯沉随着土基模量变化的趋势相似，即土基模量在25~55之间弯沉随着土基模量的增加初始迅速下降但速度逐渐变小，到达55MPa，在55~70MPa之间弯沉下降速度几乎不变。土基模量从25MPa增加到55MPa，路表弯沉的下降幅度为38%，平均每兆帕弯沉下降1.0（0.01mm），下降的幅度为1.3%。说明通过增加土基模量是减少路表弯沉的有效手段。

通过提高土基模量，总厚度较小的路面结构的弯沉可以显著减校由于经济水平的原因，传统的国内沥青路面一直按照"强基薄面"的理念设计的。直到现在，国内的沥青路面沥青层厚度和结构层总厚度依然不大。因此，提高土基模量对于现阶段的路面工程依然重要。它的提高，对减小沥青路面路表弯沉、提高路面服务质量和寿命是可行的。

提高土基模量可以降低路表弯沉，在一定程度上可以减薄路面结构，但提高土基模量对于路表弯沉的改善作用随着模量的增大在逐渐减弱，而土基模量的提高需要增加土基的压实度或采用优质的路基填料，但是压实度的提高要求大的压实功，路基填料质量的提高会降低就地取材的难度，这无疑会提高路面工程成本。所以，考虑到土基模量改善路表弯成的趋势和经济性，不宜在工程中为获得不必要的高土基模量而过度强调压实度，同时还应结合当地的筑路材料特点进行。如果材料与工艺条件允许，从弯沉的角度来讲，"强基"后土基的模量宜在45-65MPa之间。

三、土基模量对土基顶面压应变的影响

土基顶面压应变与土基模量的关系可知土基模量增加，其顶面压应变减小，且减小速率逐渐变校众所周知，土基顶面压应变对结构行车辙与半刚性基层的疲劳破坏有相当部分的贡献，因此为减弱结构性车辙的贡献率和减少半刚性基层的疲劳破坏，控制土基压应变就变得很必要。土基模量在25~55MPa之间增大时，土基顶面压应变减小且减小速率逐渐变小，在55~70MPa之间，土基顶面压应变减小速率几乎不变。由此，用增加土基模量来减小其顶面压应变也时可行的，从土基压应变的角度讲，土基回弹模量宜控制在45-60MPa之间，但也涉及的工程技术与经济性的相协调。

四、小结

土作为路基建筑材料，砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料，最容易引起路基病害；土基回弹模量是影响路表弯沉的重要因素，随着土基回弹模量不断增加，路表弯沉值会不断减少。应加强路基压实效果，减少路面层厚度。参考文献：

［1］武红娟.土基回弹模量变化对路面设计的影响分析.长安大学学位论文,2005. ［2］柳爱群.对公路土基回弹模量与弯沉值换算公式的探讨.路基工程,2005年第4期? ［3］鲍远骥.公路土基回弹模量分析与研究.?长安大学学位论文,2003.