公路路基及基層設計參數的確定

汕尾市交通規(guī)劃勘察設計室 陳世忠

公路路基及基層設計參數的確定

汕尾市交通規(guī)劃勘察設計室 陳世忠

公路路基及基層的參數設定受到氣候、施工條件、施工材料等多因素影響。全文首先介紹了影響公路路基及基層設計參數的主要因素，即公路自然區(qū)劃。然后分別探討了公路路基參數設計的三種方法，以及基層設計參數獲取的注意事項。

公路路基 基層 參數設計

公路路基及基層設計參數的選取直接關系到公路工程的質量，而影響這些參數設定的因素眾多，如氣候、降雨、溫度、車流量、載重量、地貌地基，以及公路等級等，還有公路路基的建設材料、厚度、模量、劈裂強度等?？傊仿坊盎鶎釉O計參數的確定是一個系統(tǒng)工程，它對提高路面施工質量、延長公路使用壽命意義重大。

一、影響公路路基及基層設計參數的主要因素——公路自然區(qū)劃

對公路工程而言，設計是施工建設的前提，而路基路面材料的回彈模量、強度等是路面結構設計的核心參數，這些參數的取舍直接關系到公路工程的質量和經濟性。影響公路路基及基層設計參數的主要因素是公路自然區(qū)劃，它是在查明自然環(huán)境條件的基礎上，綜合考慮自然、經濟、技術等因素，揭示公路工程的地域建設可行性以及技術要求[1]。我國地大物博，各地自然環(huán)境差別較大，公路自然區(qū)劃為三個區(qū)域：一級區(qū)劃為多年凍土、季節(jié)凍土和全年不凍三大地帶，然后根據水熱平衡和地理位置，劃分為凍土、濕潤、干濕過渡、濕熱、潮濕、干旱和高寒七個大區(qū)，二級區(qū)劃則以潮濕系數為參數進行進一步劃分，三級區(qū)劃是在二級區(qū)劃內劃分更低一級的區(qū)域或類型單元。進行公路路基及基層設計時，首先需要考慮公路所在的區(qū)劃，即區(qū)分不同地理區(qū)域自然條件對公路工程影響的差異性，并在路基及基層的設計、施工和養(yǎng)護中，根據不同區(qū)劃分別采取適當的技術措施和采用合適的設計參數。

二、路基設計參數研究

路基作為路面結構的基礎，其抵抗車輪荷載能力的大小，主要取決于路基頂面在一定應力級位下抵抗變形的能力，也即路基回彈模量。該模量隨著土質、含水量和密實度的變化而變化，如含水量，在干密度不變時，含水量增加1%，回彈模量降低8%~18%，平均降低11%。路基回彈模量參數可以采取以下方法獲?。?/p>

1. 現(xiàn)場實測法。方法如下：在不利季節(jié)（如雨季）路基較松軟時，對已經建成的路基表面，按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTJ059-95），采用直徑30cm的剛性承載板，通過承載板對土基逐級加載、卸載的方法，測出土基0-1mm的變形壓力曲線，并按照以下公式測算出路基回彈模量：E0=2πD（1-μ）2∑pi/∑Li，其中μ為泊松比，一般取值0.35，D為承載板直徑，pi和Li分別為各級壓強與其相對應的回彈模量變形值[2]。現(xiàn)場實測往往是最實際的方法，但是測取回彈模量值的工作量大，雖然是在利季節(jié)，但是卻無法把握最不利季節(jié)以及地基的最不利狀態(tài)。

2. 查表法。這是最省事的一種參數設定方法。路基參數推薦表是在原來路基輕型擊實標準的基礎上根據經驗提出的。因此，當路基壓實度由輕型轉為重型時，查表所得到的路基回彈模量值夜應當提高。查表法獲取路基回彈模量的方法如下：（1）確定臨界高度。臨界高度是指在不利季節(jié)路基分別處于干燥、中濕或潮濕狀態(tài)時，路床表面距地下水或地表積水水位的最小高度。該值可以根據氣候條件及其他路面工程的經驗獲取。（2）擬定土的平均稠度。首先根據當地經驗或路基臨界高度判斷各路段路基的干濕類型，然后根據路基干濕類型表和干濕狀態(tài)的稠度建議值論證各路段土的平均稠度值。（3）預測路基回彈模量。在確定了公路的自然區(qū)劃后，根據擬定的路基土的平均稠度，參考“二級自然區(qū)劃各土組路基回彈模量參考值”表中所列的路基回彈模量參考值，可以預測路基回彈模量值。

3. 室內實驗及換算法。室內實驗法，顧名思義，是取代表性土樣在最佳含水量條件下，利用承載板測定出的室內回彈模量E，而且該結果應考慮不利季節(jié)的影響，即乘以折減系數。首先根據設計路段的路基臨界高度及相應的路基干濕類型，以及土基穩(wěn)定含水量確定代表不利季節(jié)土基的稠度值。然后讓土基在重型擊實標準下進行壓實，并設計壓實度K，由于稠度值ω0已經確定，因此可以利用換算關系確定彈模量E?！豆窞r青路面設計規(guī)范》中經過大量試驗總結出了一些地區(qū)土基壓實度K、稠度值ω0和彈模量E的關系。需要注意的是，無論是前述的查表法，還是室內試驗及換算法，通過實踐表明，通過這種方式獲取的基回彈模量有很大的變異性，其變異系數平均為30%，大者可達40%。這主要是因為不同地區(qū)的土質和土的含水量差異很大，因此，土基回彈模量的差異也很大，另外就是經濟因素人為的造成，因為土基回彈模量過低，任何土質的路基強度都能達到要求，路況質量得不到保證。相反如果定的過高，則某些地區(qū)路基強度都不夠，就需要進行換土或處理，浪費成本。因此在進行實驗時，必須考慮到同一條路它可能經過不同的自然區(qū)劃，或不同的地址條件，這就要求對不同條件的路段進行分段實驗，確定多個回彈模量。

三、基層設計參數研究

基層是置于路基之上的，其使用材料大致有三類：顆粒性材料、瀝青類材料和水硬性結合料。這些材料按不同的方式，如密實型、嵌擠型和穩(wěn)定型等組成各種路面結構層?；鶎釉O計參數中，最重要的是表征材料剛度特性的指標的模量值，該值主要反應的是路基的抗壓強度[3]。對于典型的基層材料，如二灰穩(wěn)定碎石、二灰穩(wěn)定砂礫、水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定砂礫等，《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGDSO-2006）給予了設計參數的取值推薦，如配合比或規(guī)格要求求、抗壓回彈模量E（Mpa）、劈裂強度δ（Mpa）等。但是在實際應用中，必須考慮兩個因素：（1）基層材料設計參數隨齡期變化?；鶎硬牧系幕瘜W反應要持續(xù)很長時間，而且還受到環(huán)境、溫度、氣候的影響。一般而言這些剛性材料的強度和剛性（回彈模量或彈性模量）都隨著齡期而不斷增長，而且存在著較好的對數關系或冪函數關系。為此，基層的設計參數一般要求的試驗齡期比較長。①抗壓回彈模量與齡期之間的關系，水泥穩(wěn)定類基層材料早期的抗壓回彈模量的反展較快，但是隨著齡期的增長，在中后期開始其發(fā)展速度開始變緩慢。相反，二灰穩(wěn)定類材料中后期抗壓回彈模量的增長較快。②抗壓強度與齡期之間的關系。水泥穩(wěn)定砂礫的早期抗壓強度最高，但隨著齡期的反展其強度增長的最緩慢，二灰穩(wěn)定碎石的抗壓強度增長的速度最快，后期強度則高于其他基層材料的抗壓強度。③劈裂強度與齡期之間的關系。水泥穩(wěn)定砂礫材料的早期強度和模量最高，二灰穩(wěn)定砂礫的早期強度和模量最低。但是隨著齡期的增長，后期的強度和模量二灰穩(wěn)定類基層都比較快，其中二灰穩(wěn)定碎石的強度與模量值后期值最大。（2）強度、模量折減系數。從《規(guī)范》中獲取的設計參數取值與現(xiàn)場制件得到的數值并不相同。因為無論是抗壓強度、抗壓回彈模量，還是劈裂強度，都受到氣候、溫度、施工條件等因素影響。因此在設定基層參數時，必須考慮折減系數。