承載板法在道路檢測中的應(yīng)用研究

鐘智

摘要：為了研究舊路面碎石化加鋪級配碎石和瀝青路面結(jié)構(gòu)組合的穩(wěn)定性，文章依托國道大修工程，通過彈性層狀體系理論計(jì)算出各結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)條件下的當(dāng)量回彈模量，并采用承載板法對不同結(jié)構(gòu)層的當(dāng)量回彈模量進(jìn)行測試。檢測結(jié)果表明：各結(jié)構(gòu)層的當(dāng)量回彈模量均滿足設(shè)計(jì)要求，能保證路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能要求。

關(guān)鍵詞：路面結(jié)構(gòu);承載板法;當(dāng)量回彈模量;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

In order to study the stability of structural combination of old pavement gravel overlay with graded gravel and asphalt pavement，and relying on the national highway overhaul project，this article calculates the equivalent rebound modulus under the design conditions of each structural layer through the theory of elastic layered system，and tests the equivalent rebound modulus of different structural layers by bearing plate method.The test results show that the equivalent rebound modulus of each structural layer meets the design requirements and can ensure the mechanical properties of pavement structure.

Pavement structure;Bearing plate method;Equivalent rebound modulus;Structural strength

0 引言

和瀝青路面相比，水泥路面具有造價(jià)低、水穩(wěn)定性好、溫度穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，因此水泥路面在廣西早期國省道的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著交通行業(yè)的發(fā)展，近年來廣西地區(qū)的國省道進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)期。經(jīng)過多年的探索與實(shí)踐，工程技術(shù)人員總結(jié)出一套適用于廣西地區(qū)國省道大中修的路面結(jié)構(gòu)方案：對舊水泥路面進(jìn)行碎石化處理，鋪筑15～22 cm厚的大粒徑級配碎石基層，灑布雙層同步碎石進(jìn)行界面處理，鋪筑5～9 cm厚瀝青面層。采用這種結(jié)構(gòu)方案，能充分利用舊路面的殘留強(qiáng)度，同時(shí)和普通級配碎石相比，大粒徑級配碎石層具有強(qiáng)度及剛度方面的優(yōu)勢，能充分保證路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能要求。然而，這種路面結(jié)構(gòu)屬于柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)有著較大的不同，技術(shù)性要求更高。雖然目前該種路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用情況良好，但是對于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度僅以路面彎沉值為控制依據(jù)，無針對性的檢測方法評價(jià)，不利于該種路面結(jié)構(gòu)的推廣使用。

本文依托G325合浦段大修工程，采用承載板法測量路面結(jié)構(gòu)層頂當(dāng)量回彈模量，可更好地評價(jià)該種路面結(jié)構(gòu)積累有效的原始數(shù)據(jù)，有利于施工的監(jiān)控，更有利于該種路面結(jié)構(gòu)的推廣。

1 承載板法檢測當(dāng)量回彈模量分析

1.1 各結(jié)構(gòu)層當(dāng)量回彈模量設(shè)計(jì)值計(jì)算

路面結(jié)構(gòu)的厚度設(shè)計(jì)是以彈性層狀體系為理論基礎(chǔ)的，各結(jié)構(gòu)層為彈性層，路基為彈性半空間體。以承載板法檢測路基以及各結(jié)構(gòu)層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量，即將各層頂以下看作彈性半空間體。參照承載板法檢測路面結(jié)構(gòu)的當(dāng)量回彈模量，利用BISAR軟件，建立彈性層狀模型，層間為完全連續(xù)，荷載大小為0.7 MPa，荷載作用的直徑為30 cm，如圖1所示。利用彈性層狀理論將設(shè)計(jì)值（彈性模量及厚度）轉(zhuǎn)化為各結(jié)構(gòu)層頂當(dāng)量回彈模量，然后將實(shí)測值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，由此對比設(shè)計(jì)與施工的一致性。

檢測路段的路面結(jié)構(gòu)形式為：舊路面碎石化后加鋪22 cm厚大粒徑級配碎石，灑布雙層同步碎石封層后加鋪9 cm厚瀝青面層。結(jié)合設(shè)計(jì)文件及《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50-2017）相關(guān)內(nèi)容，路面結(jié)構(gòu)層的模量及厚度的取值如表1所示。

由彈性層狀體系的理論可知，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)確定后，各結(jié)構(gòu)層的響應(yīng)僅與荷載的大小有關(guān)。因此，為了方便后續(xù)計(jì)算分析，將荷載固定為0.7 MPa，直徑為30 cm。依據(jù)表1的路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立彈性層狀模型，計(jì)算在設(shè)計(jì)值的條件時(shí)，各結(jié)構(gòu)層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

1.2 檢測方案設(shè)計(jì)

由于大粒徑級配碎石層易離析，分布不均勻，且原水泥板碎石化亦難保證均勻性，測試結(jié)果必然存在一定的變異性。為了減小這種變異性，使得測試結(jié)果更加可信，檢測路段及點(diǎn)位的選擇就顯得相當(dāng)重要。本次檢測的重點(diǎn)在于探索承載板法測得的當(dāng)量回彈模量是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

參考《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60-2008）中對于承載板法測試回彈模量的要求，選擇一般性路段，以1 km為單元，檢測的層面分別為碎石化層頂、大粒徑級配碎石層層頂以及瀝青層層頂。為保證參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性，各結(jié)構(gòu)層的檢測位置需大致重合。檢測方法步驟依據(jù)規(guī)程的要求進(jìn)行。需要注意的是，由于瀝青層的模量對溫度敏感性較大，在檢測瀝青層的過程中，必須嚴(yán)格記錄測點(diǎn)氣溫，并根據(jù)規(guī)范要求處理檢測結(jié)果，如表3所示。

1.3 檢測結(jié)果分析

根據(jù)上節(jié)設(shè)計(jì)的檢測方案，對1 km檢測路段內(nèi)的碎石化層頂、大粒徑級配碎石層頂、瀝青層頂?shù)漠?dāng)量回彈模量進(jìn)行檢測。根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60-2008）中的計(jì)算方法，計(jì)算各檢測點(diǎn)的當(dāng)量回彈模量，如表4～6所示。

從檢測結(jié)果來看，數(shù)據(jù)具有一定的偏移，這是由于測量誤差的存在以及施工質(zhì)量控制的不均性，導(dǎo)致測點(diǎn)數(shù)據(jù)存在一定的差異性，例如數(shù)值的突然偏大或者偏小。為了利用上述數(shù)據(jù)對路段的質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，就必須剔除離群數(shù)據(jù)，評價(jià)正常施工工藝下，路面結(jié)構(gòu)的當(dāng)量回彈模量數(shù)值。

拉依達(dá)準(zhǔn)則（3σ準(zhǔn)則）是一種有效的檢測數(shù)據(jù)處理手段，能夠剔除粗大誤差產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)。對上述檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用拉依達(dá)準(zhǔn)則進(jìn)行取舍，去除離散比較大的測值，可最終得到各層測試的平均值及變異系數(shù)，如表7所示。

（2）大粒徑級配碎石層頂當(dāng)量回彈模量為431 MPa，實(shí)際檢測的均值為459 MPa，20個點(diǎn)中有8個點(diǎn)小于設(shè)計(jì)要求，變異系數(shù)達(dá)到19%;（3）ATB層層頂當(dāng)量回彈模量實(shí)測平均值為529 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求（485 MPa），變異系數(shù)達(dá)到13%。

舊水泥路面在碎石化以后，其表面強(qiáng)度相對均勻，采用碎石化技術(shù)基本能夠消除舊水泥路面斷板、脫空等造成的強(qiáng)度不均勻問題，因此檢測的當(dāng)量回彈模量值變異性較小。

大粒徑級配碎石是松散材料，一般而言，其強(qiáng)度隨著圍壓的增加逐漸增加，當(dāng)大粒徑級配碎石層下承層的強(qiáng)度增加，大粒徑級配碎石層的強(qiáng)度隨之增加。另外，大粒徑級配碎石層施工質(zhì)量不易控制，離析程度較大，這會直接導(dǎo)致大粒徑級配碎石層回彈模量變異性很大。

對于瀝青層而言，其路面結(jié)構(gòu)相對均勻穩(wěn)定，但是由于瀝青層的強(qiáng)度對溫度較敏感，隨著溫度的增加，強(qiáng)度降低，回彈模量同樣降低，因此導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)一定的離散。

2 結(jié)語

本文依托國道G325合浦段大修工程，采用承載板法檢測了路面各結(jié)構(gòu)層的當(dāng)量回彈模量，并通過與反算的設(shè)計(jì)當(dāng)量回彈模量進(jìn)行對比可知，各結(jié)構(gòu)層的當(dāng)量回彈模量均滿足設(shè)計(jì)要求，能保證路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能要求。采用承載板法檢測此種柔性基層的強(qiáng)度，為設(shè)計(jì)及檢測提供了一種評價(jià)手段，有利于施工的監(jiān)控，更有利于大粒徑級配碎石瀝青路面結(jié)構(gòu)的推廣。

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