路基回弹模量对沥青路面结构设计的影响分析

总410期
2016年第32期（11月 中）
道路工程
0 引言
随着社会的发展进步和国内经济水平的不断提升，我国的道路交通量随之快速增长，这对公路的路面性能及其整体质量也提出了更高要求。

路基作为公路结构的重要组成部分和基础，对公路路面结构的整体强度、刚度和稳定性起着决定性作用。

如果路基出现质量问题，相关的公路病害就会随之发生，从而严重影响公路的使用寿命和车辆的行车安全。

路基的主要功能是承载由公路面层传递下来的交通载荷，并尽力避免因应力应变过大所造成的路面车辙和疲劳损坏，其强度、刚度和稳定性对路面弯沉、结构层厚度以及路面内部应力状态等路面设计参数均有较大影响。

回弹模量作为路基的重要力学参数，主要用来表示所施加的轴差应力与回弹应变之间的关系，它可以反映路基的强度、刚度和稳定性等状态特征，在我国沥青路面的设计、施工质量评估以及后期使用评定中均得到了广泛应用[1]。

因此，分析路基回弹模量的影响因素并研究其在路面结构设计中的应用，对于优化沥青路面设计，提升沥青路面的整体质量及其投资效益等均具有重要意义。

1 路基回弹模量的影响因素
1.1 填土特性
根据土的颗粒组成、塑性指数以及有机物含量等因素，可以将土的类型归结为四大类：巨粒土（包括漂石、卵石）、粗粒土（包括砾类土、砂类土）、细粒土（包括粉质土、黏质土和有机质土）和特殊土（包括黄土、膨胀土、冻土等）。

作为路基填土材料，通常认为砂类土最优，黏质土次之，粉质土则属不良材料。

路基的回弹模量与填土颗粒的角性及粗糙度有关。

试验研究表明，回弹模量随颗粒的角性及粗糙度增加而增大，比如粉性土中若云母含量增多则其回弹模量会相应增大；砾石比石灰石、碎石有更高的回弹模量；具有棱角形及次棱角形的轧制碎集料比圆形及接近圆形的未破碎砾石
具有更好的荷载传递能力和较高的回弹模量，前者在低平均正应力条件下的回弹模量比后者高约50%，在高平均正应力条件下前者的回弹模量则比后者高约25%。

另外，不同的级配方式也会影响回弹模量的大小[2]。

在相同压实功作用下，开级配粒料的回弹模量通常要低于密级配粒料，这主要是由于前者不易压实从而使得其密实度要小于后者，而密实度高的粒料通常会具有较高的回弹模量。

同时，在粒料荷载通过颗粒序列进行传递过程中，颗粒的接触数目会随着颗粒粒径的增大而减小，从而在相同的粒料荷载下产生较少的总变形和较高的回弹模量，即当粒料具有相同细料含量和类似粒径分布时，粒径的增大也会相应提高粒料的回弹模量。

1.2 压实度
压实是提高路基强度和稳定性最经济有效的措施之一，其主要作用就是通过压实机具的短时荷载或振动荷载，使路基的填土颗粒之间紧密接触，排除填土内的空气和水，从而达到降低孔隙率、增加单位土体密度的目的。

因此，压实度是影响路基回弹模量的重要因素。

比如在高等级道路修筑中，明确要求80cm 以内的路基压实度要达到96%以上，而80～150cm 区间的压实度要达到94%以上。

试验研究表明，路基回弹模量会随压实度的增加而提高，即压实度越大，路基回弹模量也就越大，且其与土质颗粒的组成也有一定关系，通常粗粒料含量越多，回弹模量随压实度增加而增大得越快。

但随着压实度的增加，回弹模量的增加幅度往往会逐渐降低。

这主要是由于在填土颗粒稳定之前，压实度的增加会促使颗粒重新排列和紧密接触，从而增大回弹模量；但随着压实度的进一步增加，颗粒之间的围压随之增大，颗粒状态逐渐趋于相对稳定，压实度增加所导致的颗粒状态变化范围随之变小，从而使得回弹模量的增加幅度有所降低。

1.3 含水量
根据非饱和土理论[3]，土体含水量的变化对其基质吸力变化会产生影响，进而影响土体的整体强度。

因
收稿日期：2015-03-05
作者简介：李会勋（1987—），男，助理工程师，主要研究方向为公路工程。

路基回弹模量对沥青路面结构设计的影响分析
李会勋
（河北冀通路桥建设有限公司，河北 石家庄 050000）
摘要：路基回弹模量是沥青路面结构设计的重要参数，其受填土特性、压实度以及含水量等诸多因素影响。

合理增大路基回弹模量将有助于降低沥青路面弯沉值及其面层厚度，改善沥青路面的抗车辙及抗疲劳性能，对提升沥青路面的整体质量及其投资效益具有重要意义。

关键词：路基；沥青路面；回弹模量；压实度；含水量；弯沉；车辙中图分类号：U416.217
文献标识码：B
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此，路基回弹模量受含水量的影响比较大。

在压实度一定时，随着路基含水量的增加，路基回弹模量随之有降低趋势，但降低幅度与路基含水量有关：当路基含水量处于较低水平时，路基回弹模量随含水量增加而降低的幅度逐渐减小；当路基含水量处于较高水平时，路基回弹模量随含水量增加而降低的幅度逐渐增大。

由此可见，存在一个最佳含水量，此时路基对水最不敏感，处于比较稳定的状态。

试验研究表明，不同类型的土质具有不同的最佳含水量，其回弹模量与含水量的关系也有差异。

随着压实度的增加，路基含水量对路基回弹模量的影响将逐渐降低。

某路基试件的试验结果显示，当路基压实度为85%，路基含水量由12.9%增加至18.2%时，路基回弹模量降低34.5MPa，降低幅度为48.7%；当路基压实度为95%，路基含水量由12.9%增加至18.2%时，路基回弹模量降低22.4MPa，降低幅度为21.3%。

此外，路基作为自然环境中的结构物，其含水量与当地的季节性降雨等气候和自然因素也密切相关。

因此，路基回弹模量通常会呈现出季节性变化规律[4]。

1.4 其他因素
试件的制作方法、覆土应力以及所施加的应力级位等也会对路基回弹模量产生不同程度的影响。

比如，覆土应力给路面提供了一个初始的轴差应力值，其对路面疲劳破坏的影响较小，但对最大垂直压应变的影响差异可达10%以上；而处于相同物理状态下的路基，在不同应力级位下的回弹模量差异可达2.5倍以上。

2 路基回弹模量对沥青路面弯沉与结构层厚度的影响2.1 路面弯沉
结合三种不同的沥青路面结构分析路基回弹模量对路面弯沉的影响，结果见表1。

从表1中可以看出，对于不同类型的沥青路面结构，随着路基回弹模量的增加，沥青路面弯沉值均呈现下降趋势，但这一关系并非线性的反比例关系，其下降速率与路基的回弹模量有关。

比如对于第一种路面结构，路基回弹模量以20MPa步长从40MPa增加至120MPa时，所产生的路面弯沉分别降低了22.09%、15.94%、12.39%、10.05%，即在路基回弹模量较低时，路面弯沉对回弹模量的变化比较敏感，但其下降随回弹模量的增加会逐渐减小；当路基回弹模量增加到一定值后，路面弯沉值随回弹模量增加而降低的速率会逐渐趋于平缓。

2.2 结构层厚度
结合某沥青公路路面结构，将路面弯沉值设定为30（0.0lmm），在标准轴载作用下通过改变路基回弹模量的大小，分析其对基层设计厚度的影响，计算结果见表2。

从表2中可以看出，在一定的弯沉值下，随着路基回弹模量的增加，所需要设计的结构层厚度呈递减趋势。

当路基回弹模量以20MPa步长从40MPa增加至120MPa 时，所需要设计的结构层厚度分别降低了25m m、17mm、14mm、11mm。

由此可见，通过合理控制路基回弹模量，可以有效实现结构层设计厚度的降低，特别是在路基回弹模量处于较低水平时，较小的回弹模量变化就会对路面结构厚度产生较大影响。

因此，路基回弹模量在提升沥青路面结构设计的安全性和经济性等方面具有重要作用。

3 路基回弹模量对沥青路面抗车辙与抗疲劳性能的影响
在车辆荷载的反复作用下，沥青路面所产生的破坏类型主要有两类：一是车辙破坏，即轮胎轨迹处产生的永久变形；二是疲劳破坏，即沥青面层产生较多裂纹，形成疲劳断裂破坏。

这两种破坏模式也是用来评估路面性能的常用指标[5]。

当路基承受车辆反复荷载时，其产生的变形通常可分为两部分：弹性变形和塑性变形。

若路基顶端压应变过大，则容易产生较大的塑性变形，且所产生的塑性变形将使沥青路面出现严重的车辙现象。

试验研究表明，增大路基回弹模量能显著降低路基顶端的压应变，从而可以有效降低塑性变形、减少车辙现象的发生。

沥青路面的疲劳破坏则与其面层底部所承受的最大弯拉应力有关，即最大弯拉应力过大就容易产生疲劳破坏。

试验研究表明，增大路基回弹模量有助于减小沥青面层底部的最大弯拉应力，进而延长沥青路面的疲劳寿命。

但当回弹模量增大到一定值后，其对沥青路面疲劳性能的影响已经不再明显。

此外，由于增大回弹模量的同时会提高自身层的最大弯拉应力，因此回弹模量也不宜设置得过高。

4 结语
路基回弹模量是沥青路面结构设计的主要参数之一，受填土特性、压实度及含水量等多种因素的影响，与沥青路面弯沉值、结构层厚度及其抗车辙、抗疲劳性能等密切相关。

因此，路基回弹模量的合理选择将直接关系到路面结构设计的安全性和经济性，对提升沥青路面的整体质量及其投资效益等具有重要意义。

表1：不同路基回弹模量下路面弯沉的试验结果
路面弯沉（0.01mm）
路基回弹模量（MPa）406080100120
路面结构143.0033.5028.1624.6722.19路面结构237.9929.7925.2022.1920.04路面结构350.2740.1134.4530.7928.20
表2：不同路基回弹模量对结构层设计厚度的影响
路基回弹模量（MPa）
406080100120
基层厚度（mm）190165148134123
（下转第61页）
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3 无损检测技术类型及其在道桥检测中的应用
无损检测技术在道路桥梁检测过程中有多种类型，具体如下所述。

3.1 传感检测技术
传感检测技术主要以光纤为媒介，光纤在实际使用的过程中针对特定物体量可产生相对应的反应，该反应特性被实际运用在传感检测技术中，并有效通过转换器外界物理量的方式，保证仪器处在有效接收信号的状态中完成检测目标[4]。

工作人员在实际进行道路桥梁检测的过程中，传感检测技术可明显提升其自动化检测能力，并有效保证其实现持续性测量，实时监督混凝土材料内部具有的应力变化及特征等。

但是，由于该技术需要花费大量资金并具有一定适用性，其在国内推广和运用不够顺利，需要继续进行研究和实践。

国内某大学直接将有关专业人士对于光纤传感技术的研究结果运用在某地槽坊立交桥的长期性在线动态远程监控项目中，充分利用光纤为主要媒介，实时监控桥梁的健康状况，为桥梁建设和研究提供精确性数据。

3.2 超声波技术
道桥检测中运用超声波技术的主要原理为瞬间应力波，运用其中的空隙部位和较为短暂的机械装机，使用小钢锤对混凝土表面进行敲击，进而产生低频性应力波，并传输到有关结构内部，由断裂面等反射返回，工作人员需以反射波的有关形式完成科学判断[5]。

从冲击面和断裂面等产生的不同波可有效产生瞬间性共振，并以此作为判定结构本身完整性以及出现裂隙的确切位置，对其中产生的信号进行记录和分析，可取得空隙位置相关的数据等信息。

超声波检测技术可实际运用在桥梁项目的宏观性维修以及检测过程中，全程监控该项目是否出现空隙等问题，并及时进行反馈，以便工作人员进行及时修缮。

但是，经过长期实践和研究发现，该技术进行实际运用的过程中如果出现管道相交或相邻等情况，管道内存在蜂窝体以及部分空气等，可能对检测结果产生一定影响。

除此之外，超声波检测技术在道路路基密实性等的检测上需要进行进一步研究。

3.3 探地雷达检测技术
探地雷达实际上指的是运用高频电磁脉冲波并以宽频带短脉冲的有效形式，凭借发射天线将其送至地下部分。

雷达脉冲在地下范围内进行传播的时候，如果遭遇不同典型介质交界面，其中部分雷达波的相关能量被直接反射回到地面上，进而被接收天线所接收[6]。

探地雷达检测主要来自于地下介质的交界面部分反射波，在浅层或者是超浅层范围内发挥有效的探测作用。

探地雷达检测技术能够具体运用在道路面厚度以及道路基层的密实性等检测项目中。

该技术在实际运用的过程中根据道路材质以及裂缝等信息进行分析，进而得出相关信息，表明被检测工程的实际运行状态，以便有关工作人员及时采取针对性处理措施，改善工程质量和运行效率。

4 结语
道路桥梁工程建设是关系到我国综合国力建设和人们生活水平发展的重要项目，为经济发展和人们日常生活、工作提供便利条件，其重要性不言而喻。

道路桥梁检测在项目发展过程中占据较为重要的地位，关系到整个项目的后续使用状况。

无损检测技术在道桥检测当中具有较大的适用性，运用三维、超声波等技术完成对道桥各项信息的收集和监控，为工程设计等提供基础信息。

笔者主要阐述无损检测技术相关类型，并分析该技术的实际运用对象，以期为促进城市化建设提供帮助。

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（编辑：赵艳）
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（编辑：赵艳）
（上接第35页）。