高速公路路基動態(tài)驗收彎沉參數(shù)取值及計算方法確定

孔繁盛，王瑞林

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

路基作為路面結構的承重層，其抗變形能力對道路的使用壽命影響非常大。原《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2006）[1]中路基設計參數(shù)為靜態(tài)模量，現(xiàn)行《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2017）[2]、《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015）[3]中路基設計參數(shù)均為動態(tài)模量。由于JTG D50—2017對路基驗收時動態(tài)模量取值規(guī)定不明確，導致應用單位在路基驗收時，計算出的動態(tài)驗收彎沉值差異較大，如山西某高速公路路基驗收彎沉為298.8（0.01 mm），明顯偏大，不符合實際。因此，有必要結合相關規(guī)范、設計文件、省內土質類型及氣候環(huán)境特征，提出符合實際、并能有效控制路基質量的動態(tài)驗收彎沉參數(shù)取值及計算方法。

國內部分學者對路基動態(tài)彎沉與靜態(tài)彎沉開展了相關研究，并得出了部分結論。鄭飛軍[4]等采用FWD與貝克曼梁測試了待驗收路基，建立了相關關系，認為一般路基的相關性最好，其次是低填方路基，最后是半填半挖路基。曾勝[5]等人通過對不同路段和不同土質的高速公路路基開展了FWD和貝克曼梁對比試驗，分析了兩者的相關性，認為不同土質的動彎沉和靜彎沉之間有良好的相關性，可用于路基動態(tài)模量的反算。彭義軍[6]等在粉土路基上開展了FWD與貝克曼梁的比對，并建立了相關關系，結果表明FWD與貝克曼梁之間線性相關性良好，用于路基彎沉計算時，相關性也較好。以上研究人員均從不同類型路基建立了動靜彎沉之間的關系，但并未研究JTG D30—2015和JTG D50—2017中兩種動態(tài)模量的關系，導致路基驗收時缺乏明確的計算方法及參考依據(jù)。鑒于此，本文建立了JTG D30—2015和JTG D50—2017兩規(guī)范中動態(tài)模量的關系，計算了山西某高速公路的動態(tài)驗收彎沉，并采用建立的動靜彎沉轉換關系，驗證了山西省路基動態(tài)彎沉計算結果的準確性。最后，提出了山西省常用高速公路路基動態(tài)驗收彎沉取值，該計算方法可有效指導山西省高速公路路基彎沉驗收。

1 動態(tài)回彈模量的規(guī)范差異

濕度是影響路基頂面回彈模量的直接外因，路基頂面回彈模量的準確確定以及路基驗收彎沉值與路基濕度息息相關，因此無論設計規(guī)范及驗收規(guī)范均考慮了路基濕度。

1.1 JTG D30—2015動態(tài)回彈模量

我國路基設計規(guī)范對路基頂面回彈模量設計值（E0-design）綜合考慮了未來運營期間路基濕度平衡狀態(tài)、干濕凍融循環(huán)作用兩者的影響，計算公式見式（1）：

式中：Ks為路基回彈模量濕度調整系數(shù)；Kη為干濕凍融循環(huán)條件下路基土模量的折減系數(shù)；MR為標準狀態(tài)下路基動態(tài)回彈模量值，MPa。

1.2 JTG D50—2017動態(tài)回彈模量

依據(jù)JTG D50—2017條款“B.7.1”，路基頂面驗收彎沉值lg計算見式（2）：

式中：p為落錘式彎沉儀承載板施加荷載，MPa；r為落錘式彎沉儀承載板半徑，mm；E0-check為平衡濕度狀態(tài)下路基頂面回彈模量，MPa。

式（2）中路基頂面當量回彈模量E0-check僅考慮濕度平衡狀態(tài)，不考慮干濕凍融循環(huán)作用，可用式（3）表述：

比較式（1）與式（3），可以看出：路基設計所采用的E0-design與路基驗收時所采用的E0-check不同。因此，在設計文件給出E0-design前提下，可計算E0-check，見式（4）。

高速公路路基驗收時路基濕度一般在最佳含水率附近，還未經過冬春季干濕凍融循環(huán)作用，因此采用式（4）確定的路基動態(tài)彎沉并進行路基驗收是合理的。

2 路基頂面動態(tài)驗收彎沉值計算方法確定

2.1 路基驗收判定標準

《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2017）指出，當路基頂面實測代表彎沉值l0滿足式（5）時，路基彎沉驗收合格；否則為不合格。

式中：l0為路基頂面彎沉代表值，0.01 mm，應依據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG 3450—2019）[4]測定，并采用路基頂面彎沉濕度影響系數(shù)修正；lg為路基頂面驗收彎沉值，0.01 mm。

2.2 驗收動態(tài)彎沉計算方法

式中：K1為路基濕度影響系數(shù)。

2.3 山西省K1、Kη確定

2.3.1 路基土干濕凍融循環(huán)模量折減系數(shù)Kη確定

路基在干濕、凍融循環(huán)作用下，其結構的“板體性”會受到一定的影響。JTG D30—2015通過干濕凍融循環(huán)系數(shù)Kη來對路基土模量進行修正，依據(jù)JTG D30—2015中3.2.5條款以及《季節(jié)性凍土地區(qū)公路設計與施工技術規(guī)范》（JTG/T D31-06—2017）[5]要求，折減系數(shù)Kη宜根據(jù)當?shù)芈坊ぷ鳝h(huán)境進行干濕、凍融循環(huán)模量衰減試驗確定。當無試驗條件或在初步設計階段時，非冰凍地區(qū)可根據(jù)土質類型、含水率確定，季節(jié)凍土區(qū)可根據(jù)凍結溫度、含水率確定，折減系數(shù)Kη范圍一般為0.7～0.95。

鑒于山西省大部分地區(qū)為季節(jié)凍土區(qū)，依據(jù)JTG/T D31-06—2017[5]要求，Kη應按照表1進行取值。

表1 季節(jié)性凍土地區(qū)路基土回彈模量凍融循環(huán)折減系數(shù)

2.3.2 路基濕度影響系數(shù)K1的確定

依據(jù)JTG 014，山西省路基濕度影響系數(shù)K1的取值范圍見表2，其他地區(qū)高速公路路基濕度影響系數(shù)確定需根據(jù)項目所處自然區(qū)劃及干濕類型確定。

表2 濕度影響系數(shù)K1建議值

3 計算方法驗證

以山西隰吉高速路基為實體工程，來驗證路基動態(tài)驗收彎沉計算方法的準確性。

3.1 濕度修正系數(shù)確定

依據(jù)山西省各市、縣氣候及凍深狀況表[6]，隰縣標準凍深為1.03 m，大寧縣標準凍深為0.77 m，吉縣標準凍深為0.82 m，平均凍深為0.87 m，隰吉高速路基按照中凍區(qū)考慮。根據(jù)表1，路基土為細粒土，干濕循環(huán)或凍融循環(huán)條件下路基土模量折減系數(shù)選擇0.7～0.9。由于隰吉高速路基主要為細粒土，且路基設計為中濕狀態(tài)，所以，Kη取0.8。

根據(jù)山西省公路調查結果，瀝青路面鋪筑1年后，路基含水量增至塑限附近，飽和度達到90%～100%.路基驗收彎沉值應根據(jù)當?shù)氐臍夂颉⒌刭|等條件，在路基平衡濕度狀態(tài)的基礎上進行調整，以濕度影響系數(shù)K1進行修正，根據(jù)山西省的實踐經驗，隰吉高速公路路基彎沉濕度影響系數(shù)K1可按1.15取值。

3.2 動態(tài)驗收彎沉值計算

3.3 動靜彎沉關系建立

路基驗收傳統(tǒng)方法采用貝克曼梁法進行驗收，得到的驗收彎沉為靜彎沉，累積經驗數(shù)據(jù)較多，通過相同路段動靜彎沉檢測，建立動靜彎沉相關關系，可推導動態(tài)彎沉驗收值。本文以隰吉高速路基作為實體工程進行動靜彎沉檢測，建立動靜彎沉關系，從而驗證動態(tài)驗收彎沉計算方法的準確性。

在隰吉高速選取待驗收路基進行FWD動態(tài)彎沉及貝克曼梁靜態(tài)彎沉點對點檢測，建立lFWD與lB之間的關系，見式（8）。

圖1為FWD動態(tài)彎沉與貝克曼梁靜態(tài)彎沉相關關系圖，可以看出動靜彎沉成良好的指數(shù)關系，相關系數(shù)大于0.8。

圖1 隰吉高速動態(tài)彎沉與靜態(tài)彎沉的關系

將 lB檢測代表彎沉 179.1（0.01 mm）代入式（8），得到 lFWD為 217.0（0.01 mm），依據(jù)式（7）計算得到的動態(tài)彎沉為216.6（0.01 mm），從而驗證了計算方法是準確的。隰吉高速路基動態(tài)驗收彎沉值取216.6（0.01 mm），進行路基質量驗收，很好地控制了路基壓實質量。

4 結語

a）推導了高速公路路基動態(tài)彎沉驗收計算公式，見式（7）。實際計算時，還需根據(jù)道路沿線實際情況，確定K1、Kη兩個修正系數(shù)。以隰吉高速為例，E0-design為60 MPa時，路基動態(tài)驗收彎沉為216.6（0.01 mm）。部分路段若由于場地限制，動彎沉設備無法進入，也可采用貝克曼梁進行驗收，靜態(tài)驗收彎沉值取179.1（0.01 mm）為控制標準。

b）目前，山西省對于動態(tài)彎沉控制路基驗收質量的經驗較少，建議相關單位在應用過程中不斷積累經驗，確保合理評價路基承載能力，有效控制路基長期使用性能。