土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响（共6篇）

篇1：土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

在分析总结国内外土基回弹模量影响因素研究资料的.基础上,建立稠度与土基回弹模量之间的回归方程,并提出以当量回弹模量代替不利季节土基回弹模量设计值.对路基验收弯沉值计算方法进行探讨,研究认为现行规范提出的验收弯沉值计算方法失去检测意义.

作 者：李大鹏 华峰 LI Da-peng HUA Feng  作者单位：东南大学交通学院交通设计研究院 刊 名：上海公路 英文刊名：SHANGHAI HIGHWAYS 年，卷(期)： “”(3) 分类号：U4 关键词：土基模量   沥青路面   稠度   验收  

篇2：土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

CJJ 37—1990《城市道路设计规范》规定,路槽底面土基设计回弹模量值宜≥20 MPa,特殊情况不得<15 MPa;不能满足上述要求时应采取措施提高土基强度。《公路沥青路面设计规范》对土基回弹模量提出了更高的要求,规定设计宜使路基处于干燥或中湿状态,土基回弹模量应>30 MPa,重交通、特重交通公路土基回弹模量应>40 MPa。本文针对土基对沥青路面结构设计的影响进行了一定的分析,同时提出了优化路面结构设计的一些方法。

1 路面结构的概念设计

路面结构设计的任务是以最低的寿命周期费用提供一种路面结构。它在设计使用期内能按目标可靠度,满足预定的使用性能要求。沥青路面结构层路面结构概念设计的主要任务,是根据路面承受的交通荷载大小和环境状况,提出对不同层次的技术要求,进行路面结构的组合设计,包括地下水的影响和处理、土基处理方式、垫层材料、基层材料类型和参数范围以及面层的类型和材料的大致组成等。

沥青路面结构层可以简化为面层和基层两部分。对于特重交通、重交通的道路,垫层可以与土基一起理解为路面的基础,划入到土基的范畴;而对于中等交通和轻交通的道路,垫层可以作为底基层材料考虑,起到次承重层的作用。

基层主要承受由面层传递下来的车辆垂直荷载,并把它扩散到垫层或土基中,具有足够强度和刚度的基层是路面良好使用性能的必要保证。结构强度足够的路面可以有效地抵抗多种因素的不良影响,进而延缓路面使用性能的衰变过程。弯沉近似反映土基和基层厚度等因素对使用性能的影响,是路面结构计算的理论依据。不少研究成果表明,面层质量是保证路面初期使用性能的关键,而弯沉是保证中后期路面使用性能的关键。

2 土基对路面结构受力的影响分析

2.1 路面结构计算参数选取

本文采用SHELL设计法(解析法)的Bisar程序进行路面结构应力分析。SHELL设计法以多层弹性层状体系理论为基础。分析对象选取普遍采用的典型的半刚性基层沥青路面[1]。对于面层沥青混合料,可以参考《公路沥青路面设计规范》取值;为便于力学分析,基层回弹模量取规范中值1 500 MPa。路面结构的计算参数见表1。

2.2 计算模型

当利用多层弹性体系计算理论弯沉时(包括以后的计算),均按圆形均布荷载进行加载。计算时按层间完全连续考虑,荷载采用重型货车走向花纹轮胎在标准胎压额定载荷工况下的实测值[2],圆形均布荷载当量圆半径R由有效接地面积推算,R=(有效接地面积/π)1/2,均布荷载P按相应工况的平均接地压力取值,胎压、有效接地面积及算得的面积折减率和平均接地压力见表2。

对重型货车,双轮(圆心)间距S=346 mm。荷载净间距2r根据不同的工况,由计算式2r=S-2R计算得出。

2.3 土基回弹模量变化对路面结构受力的影响分析

为了对比研究土基回弹模量变化对路面结构受力的影响,土基回弹模量E0选用40、48、60、80 MPa4种情况,形成相应的4种结构组合A、B、C、D,进行路面结构力学对比分析。不同路面结构组合的路表弯沉值见表3。

对半刚性基层沥青路面结构,沥青层顶部的剪应力是导致路面车辙和开裂的主要原因;《沥青路面设计规范》以弯拉应力作为控制结构层疲劳开裂的设计指标;对半刚性基层沥青路面结构,弯拉应变是路面疲劳开裂的主要肇因。

因此,针对以上4种结构组合,从沥青面层最大剪应力、路面结构层层底最大弯拉应力、路面结构层层底最大弯拉应变3个方面进行分析。计算结果分别如表4~表6所示。

从表4可知,对于半刚性基层沥青路面结构,半刚性基层、底基层的弯拉应力起主要控制作用,沥青层的弯拉应力不起控制作用;随着土基回弹模量的增加,结构D与结构A比较,基层和底基层层底弯拉应力减小20%左右。

可见提高土基回弹模量对减小基层底面拉应力效果明显。

从表5可知,在路面结构相同的情况下,土基回弹模量增大,剪应力最大值变化不大,剪应力变化趋势相同,沥青面层剪应力最大值出现在中面层。

从表6可知,整个沥青面层的应力均为压应力(负值),而在沥青中面层已出现弯拉应变。结构D与结构A比较,基层和上面层层底弯拉(压)应变减小20%左右。

可见提高土基回弹模量可以减小基层和面层的变形,提高路面结构的疲劳寿命。

各结构层的材料回弹模量应自上而下递减,以符合轮载作用下应力和应变随深度逐渐减小的规律。为此《公路沥青路面设计规范》对半刚性基层沥青路面的结构层组合设计,提出适当控制层间回弹模量比的要求,基层与沥青面层之间的回弹模量比宜在1.5~3.0之间;基层与底基层的抗压回弹模量比不宜>3.0;底基层与土基的回弹模量比宜在2.5~12.5之间,简单推算要求土基回弹模量≥48 MPa。

3 提高土基回弹模量的措施

《城市道路设计规范》对路基回弹模量提出了明确的要求。从理论分析可以看出,相同的路面结构,随着土基回弹模量的增加,路面结构层各方面的力学性能得到明显改善,路面的理论寿命也大为提高。

在土基与路面结构层间增设垫层,是一种提高土基回弹模量的措施。此时垫层材料可以充分利用当地材料,如粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料,厚度可以为30~80 cm,对材料粒径和级配等不需要有太严格的要求。

结构层为传统意义上的路面结构层和土基之间的过渡层,将上面的汽车荷载传递到土基,同时减小土基回弹变形。

经验算,土基回弹模量为48 MPa与土基回弹模量为30 MPa、加铺一层28 cm风化砂的土基顶面竣工验收弯沉值相当。

另外一种提高土基回弹模量的措施就是对天然土基进行处理。规范规定,潮湿、过湿状态的路基,应采取换填砂、砂砾、碎石渗水性材料处理地基,或采取掺入消石灰,固化材料处理,设置土工合成材料,加强路基排水等,进行综合处治。石灰土处理路基以提高模量,在工程中得到广泛应用。

4 结语

1)垫层和土基的回弹模量对面层内的剪应力没有显著的影响,但对面层内的弯拉应力和弯拉应变具有一定的影响。所以,采用模量较小的基层、模量较大的土基和垫层是一个较为理想的结构组合。

2)在相同的路面结构中,随着土基回弹模量的增加,路面结构层各方面的力学性能得到明显改善,路面的理论寿命也大为提高。因此在可能的情况下,应采取各种措施提高土基的强度。

3)在路面结构层下铺设粒料垫层作为路基填料,可以充分利用当地材料,不会过多增加工程造价,但可以大为改善路面结构的使用性能。

同样对于含水量很高,处于潮湿、过湿状态的土基,采取一定深度的碎石换填或掺灰处理,简便而易于操作,效果良好,在武汉地区得到了比较广泛的应用。

4)武汉市政工程设计研究院结合武汉市地区实践经验提出,快速路和主干路土基顶面竣工验收弯沉值≤250(1/100 mm),次干路和支路土基顶面竣工验收弯沉值≤300(1/100 mm);对应土基回弹模量分别为48 MPa和39 MPa,实践效果良好。

摘要：从路面结构概念设计的角度分析土基对沥青路面结构设计的影响。通过典型的沥青路面结构,选用合适的路面结构参数,采用Bisar计算程序对路面结构进行力学分析。计算分析结果表明,随着土基回弹模量的增加,路面结构层的力学性能得到明显改善,路面的理论寿命也大为提高。还从提高土基回弹模量的角度,提出了优化沥青路面结构设计的一些方法。

关键词：路面结构,土基,回弹模量,沥青路面,应力,应变

参考文献

[1]莫介臻,李峰.沥青混凝土路面结构组合力学分析[J].公路,2005(8):5-9.

篇3：土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

【关键词】路基回弹模量衰减；概况；公路沥青路面；厚度设计；影响；设计指标确定；计算结果

自上个世纪50—90年代，我国对公路路基回弹模量相关问题进行了大量分析，在各个版本的设计规范内，都以路表弯沉作为路面设计的主要指标。路表弯沉是指荷载作用下路面整体结构的竖向位移量，其对路面整体结构抗弯形能力直接反映，也就是路面整体结构的总刚度。路基回弹模量是对路基强度的反映，是路面结构设计的重要参数，其直接影响着路表弯沉，因此必须对路基随时间改变导致路面结构设计不合理等问题进行充分考虑。沥青路面作为公路工程的主要构成部分，路基回弹模量衰减直接影响着路面厚度设计的合理性。为此，公路路面设计中，必须重视路基回弹模量衰减的重要性，并结合计算结果，全面提升设计合理性、规范性。

一、回弹模量的概况

回弹模量是指荷载作用下路基、路面与筑路材料发生的应力和其相关的回弹应变比值，土基回弹模量是指弹性变形阶段内土基在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力，当垂直荷载为定值，土基回弹模量值增加将出现垂直位移变小的情况。当竖向位移为定值，增加回弹模量值，土基承受荷载作用的能力就会增大。基于此，可选取回弹模量作为路面设计土基抗压强度指标。路基作为公路工程施工主要构成部分，其质量将对公路整体质量造成严重影响，回弹模量作为公路路面结构设计的重要参数，因土质、含水量、压实度等因素的制约，将导致路基回弹模量衰减，甚至超出设计允许范围，进而对公路沥青路面厚度设计造成影响，并减短公路使用年限，增加行车安全风险。为此，必须对路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响进行探究，本文选取理论与实际相结合的方式，对路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计应用进行分析，以此为公里沥青路面厚度合理设计提供可靠依据。

二、设计指标确定与沥青路面厚度计算

1、设计指标确定

在公路路面结构计算中设计指标往往选取路面设计弯沉值与沥青层、半刚性基层容许拉应力，其设计指标计算公式如下：

设计弯沉值计算公式：

其中，设计弯沉值由ld表示；

公路等级系数由Ac表示；

路面结构类型系数由Ab表示；

面层类型系数由As表示。

沥青混凝土层、半刚性材料层容许层底拉应力计算公式：

其中，路面结构层材料的容许拉应力由σR表示；

沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度由σS表示；

抗拉强度结构系数由Ks表示（沥青混凝土层Ks算式为；无机结合料稳定集料类的Ks算式为；无机结合料稳定细粒土类的Ks算式为）。

2、计算沥青路面厚度

按照多层弹性理论，假设层间接触条件为完全连续体系，在双圆均布荷载影响下，公路沥青路面厚度计算时，则由ls代表的轮隙中心位置路表计算弯沉值必须对设计弯沉值ld小或相同，其公式如下：

公式内，路表计算弯沉值由ls表示；

标准车型轮胎接地压强由P表示；

当量圆半径由δ表示；

理论弯沉系统由ac表示；

弯沉综合修正系数由F表示；

路面各结构层厚度由h1，h2，h3…，hn-1表示；

路面各层材料抗压回弹模量由E1，E2，E3…，En-1表示；

路基回弹模量由E0表示。

三、路基回弹模量衰减对沥青路面厚度设计的影响

现阶段，我国普遍选取预估方式对路基回弹模量进行确定，并确保沥青路面厚度设计的正确性、合理性。假设设计公路投入使用一定时间后，由E'0表示实际路基回弹模量衰减值，公式如下：

其中，E'0相对应的弯沉综合修正系数由F′表示，将其向弯沉值计算公式内带入，获得在此基础上可得出路基回弹模量衰减率因Ex小于E0，因此，如路基回弹模量衰减率符合相应条件后，即可得出路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响程度。

四、实际案例分析

1、案例分析

某公路工程为双向二级公路，选取沥青路面作为公路路面形式，预测在投入使用后该公路第一年均当量轴次为每天1200次，8%为设计交通年增长率。工程具体情况如下：黏性土质为该公路主要土质，3.17米为其地下水与路槽间的距离，中湿类为路基的类型，185厘米为本公路最大冻深。

2、计算结果

表1 路面结构厚度

按照以上公式对路面结构层厚度进行准确计算，按照由上到下的顺序分析，本公路路面结构层依次为中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土等，具体如表1所示。

3、路基回弹模量衰减产生的影响

假如使用过程中，公路路基回弹模量衰减在20%左右，23.2Mpa为路基回弹模量具体值，此时通过计算可获取弯沉值与路面结构层材料允许拉应力，进而对路基回弹影响公路沥青路面厚度的程度进行准确判定。

（1）路表弯沉理论探究。计算结果表明，路基回弹模量衰减在20%以上，其弯沉值计算则会增多22.7%，这就表明路基回弹模量衰减将严重影响到计算弯沉，甚至会对其实际值大于设计值产生影响。为对路基回弹模量衰减影响路表弯沉值进一步研究，设想路面结构层条件不改变，路基回弹模量为以下几种情况：10、20、30Mpa等，其计算结果如表2所示。由此得出，在不断增加路基回弹模量衰减时，计算弯沉值也会加大，为此，必须尽可能降低路基回弹模量衰减。

（2）基层底面拉应力理论分析。根据计算结果分析，假设路基回弹模量衰减在20%以上，对沥青混凝土层层底拉应力的影响较小，但碎石基层底面弯拉应力则会增多7.41%，其增加度与路面结构层材料允许拉应力需求相符。针对公路沥青路面结构层常常出现开裂现象，其原因与层底拉应力息息相关。在长期使用过程中，因车辆荷载影响，沥青路面将始终处于应力应变状态，这样不仅会减小路面结构强度，在沥青路面荷载符合一定条件的情况下，层底拉应力将导致路面开裂问题。

五、结束语

综上所述，伴随社会经济发展速度的不断提升及科学技术的不断进步，我国公路工程建设规模不断扩大。但在长期使用过程中，公路往往会产生路基回弹模量衰减等现象，这种情况的长期存在，将严重影响到公路沥青路面厚度。据以上分析，路基回弹模量衰减在20%以上，设计公路沥青路面厚度与实际应用需求不符，基于此，分析路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响尤为重要。

参考文献

[1]张健，王劲卓，张鑫.寒冷地区公路沥青路面厚度计算方法及算例[J].北华大学学报（自然科学版），2012（01）

[2]黄芳，吴国雄，王燕，张大可.半柔性路面复合材料抗压回弹模量研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2008（01）

[3]张健，王劲卓，张鑫，高金贵，王永成，姜兆芳.路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响[J]. 北华大学学报（自然科学版）. 2012（03）

[4]弋晓明，李术才，王松根，刘振清.非饱和粉土回弹模量的应力依赖性与水敏感性耦合分析[J].山东大学学报（工学版），2013（02）

[5]张健，郭淑清，张鑫，王劲卓，高金贵，刘瑞军，王永成，于胜武.沥青材料抗压回弹模量衰减对路表回弹弯沉值的影响[J].北华大学学报（自然科学版），2012（04）

[6]周文，罗品杰，李跃军.路基回弹模量变化规律及对沥青路面结构的影响研究[J].湖南交通科技，2011（04）

篇4：土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》中说道根据全寿命周期成本的指导思想对路面设计, 从全寿命成本研究的方向出发, 对技术经济进行相关对比, 明确路面设计方案。还需调查掌握沿线路基优劣, 清楚确定土质、路基干湿种类, 对很差地质路段给出相应措施的基础上, 综合设计路基路面。

CJJ 37—1990《城市道路设计规范》上有相关条例, 路槽底面土基设计回弹模量值最好≥20MPa, 不到万不得已情况下不能<15MPa;无法符合上述要求时当应用一定措施增强土基强度。《公路沥青路面设计规范》对土基回弹模量要求非常高, 条例显示设计最好使路基在干燥或中湿的环境中, 土基回弹模量当>30MPa, 重交通和特重交通公路土基回弹模量当>40MPa。在此对于土基对沥青路面结构设计的作用进行相关分析, 还总结了优化路面结构设计的部分措施。

1 路面结构的概念设计

路面结构设计的作用是以最少的寿命周期费用得到一种路面结构。它在设计使用期间可以依目标可靠度, 符合预定的使用功能要求。沥青路面结构层路面结构设计的一般任务, 是参考路面承受的交通荷载状况和环境情况, 得到各种层次的技术要求, 对路面结构的组合作出相关设计, 其中有地下水的影响及处理、土基处理模式、垫层材料、基层材料类型与参数大小以及面层的种类和材料的一般组成等。

沥青路面结构层能够简化为面层和基层。至于特重交通和重交通的道路, 垫层能够与土基一块作为路面的基础, 归属到土基的范畴;对中等交通和轻交通的道路来说, 垫层却能够当做底基层材料考虑, 具有次承重层的功能。

基层一般承受由面层传下来的车辆竖直荷载, 还把它传入到垫层和土基中, 拥有一定强度和刚度的基层是路面较好使用特性的必要条件。有一定结构强度的路面能够有效地抵抗不同因素的不良干扰, 从而使路面使用性能的衰变过程得到变长。弯沉基本上反映土基和基层厚度等对使用性能的作用, 是路面结构计算的理论依据。很多研究成果显示, 面层质量是确保路面初期使用性能的重中之重, 但弯沉是确保中后期路面使用性能的重要因素。

2 土基对路面结构受力的影响分析

2.1 路面结构计算参数选取

在此采用SHELL设计法的Bisar程序对路面结构应力作出相关研究。SHELL设计法把多层弹性层状体系理论当作基础。研究对象选取通常应用的经典的半刚性基层沥青路面。至于面层沥青混合料, 能够根据《公路沥青路面设计规范》取值;为方便力学研究, 基层回弹模量取规范中1500MPa。

2.2 计算模型

在应用多层弹性体系得出理论弯沉时, 全依圆形均布荷载来加载。计算时依层间完全连续思考, 荷载应用重型货车走向花纹轮胎在标准胎压额定载荷工况下的获得值, 圆形均布荷载当量圆半经有效接地面积推导, R为 (有效接地面积/π) 1/2, 均布荷载P根据对应工况的平均接地压力获得值, 胎压、有效接地面积和算得的面积折减率以及平均接地压力。

2.3 土基回弹模量变化对路面结构受力的影响分析

为得到对比研究土基回弹模量变化对路面结构受力的干扰, 土基回弹模量应用40、48、60、80MPa 4种状况, 产生相应的4种结构组合A、B、C、D, 对路面结构力学作出相关分析。

对半刚性基层沥青路面结构, 沥青层顶部的剪应力是造成路面车辙和开裂的关键原因;《沥青路面设计规范》以弯拉应力当做控制结构层疲劳开裂的指标;而半刚性基层沥青路面结构, 弯拉应变是路面疲劳开裂的关键原因。

所以, 对于以上几种结构组合, 从沥青面层最大剪应力、路面结构层层底最大弯拉应力、路面结构层层底最大弯拉应变3个方面来研究。

至于半刚性基层沥青路面结构, 半刚性基层、底基层的弯拉应力起关键控制的效果, 沥青层的弯拉应力没有控制性能;如果土基回弹模量的变大, 基层和底基层层底弯拉应力降低20%左右。从而得出提高土基回弹模量对降低基层底面拉应力具有显著的效果。

在路面结构大体一致的状况下, 土基回弹模量增大, 剪应力变化不是不多, 剪应力变化趋势基本一样, 沥青面层剪应力最大值一般在中面层。整个沥青面层的应力都为压应力, 而在沥青中面层已产生弯拉应变。基层与上面层层底弯拉应变降低约20%。从而得出提高土基回弹模量能够降低基层及面层的变形, 进而路面结构的疲劳寿命得到延长。

各结构层的材料回弹模量应自上而下递减, 以符合轮载作用下应力和应变随深度逐渐减小的规律。为此《公路沥青路面设计规范》对半刚性基层沥青路面的结构层组合设计, 提出恰当控制层间回弹模量比的要求, 基层与沥青面层之间的回弹模量比最好在1.5~3.0之间;基层与底基层的抗压回弹模量比最好不要>3.0;底基层与土基的回弹模量比最好在2.5~12.5之间, 简单推算要求土基回弹模量≥48MPa。

3 提高土基回弹模量的措施

《城市道路设计规范》对路基回弹模量给出了明确的规定。从理论分析能够得出, 一样的路面结构, 如果土基回弹模量的增加, 路面结构层各方面的力学性能得到显著提高, 路面的理论寿命也得到很大程度提高。在土基和路面结构层间铺垫层, 是一种增强土基回弹模量的方法。此时垫层材料能够完全应用当地材料, 像粗砂、碎石、煤渣、矿渣等粒料, 厚度能够为30~80cm, 对材料大小和级配等无需要求过于严格。

结构层为一般是指路面结构层与土基之间的过渡层, 把上面的汽车荷载传达到土基, 再降低土基回弹变形。通过验算, 土基回弹模量为48MPa与土基回弹模量为30MPa、加铺一层28cm风化砂的土基顶面竣工验收弯沉值相当。

别的一种增强土基回弹模量的方法就是对天然土基做出相关处理。规范提到, 潮湿、过湿的路基, 对地基最好采取换填砂、碎石渗水性材料等措施, 还能添加消石灰, 对材料进行固化处理, 安设土工合成材料, 进一步提高路基排水功能等, 进行综合治理。石灰土处理路基需提高模量, 在工程中得到大量运用。

4 结语

1) 垫层和土基的回弹模量对面层内的剪应力尚无明显的干扰, 然而对面层内的弯拉应力以及弯拉应变影响较大。因此, 应用相对小一些模量的基层、相对大一些模量的土基和垫层是一个非常合适的结构组合。

2) 在同一种路面结构中, 若果土基回弹模量的变大, 路面结构层各方面的力学特性获得显著改善, 路面的理论寿命也得到一定程度的提高。所以在一定的状况下, 当使用多种措施增强土基的强度。

3) 在路面结构层下设置粒料垫层当做路基填料, 能够尽可能地应用当地材料, 工程造价不可能增加太多, 却能够很好地改善路面结构的使用特性。

然而对于含水量较大, 处于潮湿、非常潮湿情况的土基, 应用特定深度的碎石换填或掺灰处理, 简单而容易操作, 效果显著, 在一些地方得到了大范围的应用。

4) 地方市政工程设计研究院参考地方市地区实践经验得出, 快速路以及主干路土基顶面竣工一般情况下弯沉值≤250, 次干路和支路土基顶面竣工通常情况下弯沉值≤300;对应土基回弹模量依次是48MPa和39MPa, 具有很好的实践效果。

参考文献

[1]胡小弟, 孙立军.重型货车轮胎接地压力分布实测[J].同济大学学报, 2005 (11) :1443-1448.

篇5：土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

下面, 本人以2010年国内南方某新建高速公路沥青路面施工为例, 详细阐述了沥青路面如何确定一个适宜空隙率的应用过程。该路段沥青面层结构设计为5cm AC-16C+6cm AC-20C+8cm AC-25C。项目所在地降雨量大, 交通量繁重、且重载交通突出。因此, 要求该路段沥青面层具有良好的抗水损坏能力和抗车辙能力, 亦即要求混合料有良好的级配和适宜的空隙率。设计图纸规定:本项目沥青混合料采用马歇尔方法设计, 上面层设空隙率为3-5%, 中下面层设计空隙率为2.5-4.5%。结合以往工程经验, 考虑本项目实际情况, 认为中下面层混合料采用马歇尔设计空隙率2.5-4.5%存在一定风险, 建议调整为3.5-5.5%, 理由如下:

1 关于沥青路面最佳空隙率

实践经验及相关研究成果均表明, 对于常规沥青路面而言, 当施工空隙率大于8%时, 路面极容易发生水损坏, 如:松散、坑洞等;当施工空隙率小于3%时, 路面易出现泛油和车辙病害。而根据SHARP研究成果, 建议骨架密实型沥青混合料设计空隙率为4%。关于沥青路面最佳空隙率问题, 国内外均有研究。德国夏天最高气温很少超过30℃, 但路面还是出现泛油现象, 对应沥青混合料设计空隙率为2%~4%。研究发现设计空隙率对沥青路面泛油现象有直接的影响, 1998年德国增大了重交通道路的设计空隙率, 修改为3%~4%, 以防止泛油发生。

美国在SMA的推广应用时, 开始采用了和德国一样的设计空隙率标准, 在应用过程中发现设计空隙率小于3%时, 泛油和油斑成了SMA路面的主要病害。1998年6月美国AASHTO将SMA设计空隙率改为3%~4%, 随后为进一步解决SMA路面的泛油问题, 又将设计空隙率标准修改为北方寒冷地区不小于3.5%, 南方温暖地区不小于4%。这说明为了减少泛油病害, 即使在寒冷地区, SMA的设计空隙率也必须在3.5%以上。其中美国乔治亚洲SMA的空隙率就在4%~6%范围内。值得注意的是, SMA属骨架密实结构, 且添加纤维作为稳定剂, 沥青用量相对较大, 设计空隙率相对较小。此外, 研究还发现, 沥青路面的泛油往往伴随着混合料高温稳定性不足, 路面在高温和重载交通作用下, 普遍存在车辙现象。究其原因, 源于沥青混合料设计空隙率偏小, 导致沥青用量相对较多 (饱和度偏高) , 在高温时, 沥青软化, 体积膨胀, 而混合料空隙无法容纳沥青的体积增加而出现泛油。泛油削弱了沥青混合料骨架效应, 使其抗剪强度下降, 进而出现车辙。此外, 上面层的泛油还会使得沥青层表面变得光滑, 丧失原有的构造深度, 大大降低了路面抗滑性能, 使得路面安全性降低。

2 马歇尔设计最佳空隙率

马歇尔设计法是我国沥青混合料配合比设计的标准方法, 然而, 随着交通建设的不断发展, 交通量迅猛增长, 重载、渠化交通日益突出, 马歇尔设计法的不足之处日益凸显, 如:

2.1 马歇尔击实方法不能模拟压路机和

行车的搓揉压实作用, 马歇尔稳定度和流值指标与实际路面的使用性能相关性较差。

2.2 相对于如今大吨位的路面压实机械

而言, 马歇尔击实功偏小, 设计出的混合料抗剪强度不足, 无法适应重载交通的需要;研究发现:马歇尔击实成型确定的最佳油石比大于由旋转压实成型 (成型方式更接近实际) 确定的最佳油石比, 从而在配合比设计中容易造成沥青用量过多, 即沥青的填充率过高, 在高温和重载交通作用下, 路面易出现车辙和泛油。因此, 参考Superpave提出的混合料设计空隙率4%, 建议马歇尔设计空隙率为3-

6%。

3 如何选择适宜的混合料设计空隙率

在确定混合料设计空隙率时, 应综合考虑混合料类型、所处层位、成型方法、施工水平、项目所在地气候及交通条件等因素。具体如下:

3.1 混合料类型

相对而言, 粗级配混合料宜选择较高的设计空隙率, 细级配混合料宜选择较低的设计空隙率。骨架密实型混合料相对悬浮密实型混合料而言宜选用较高的空隙率。

3.2 所处层位

相对而言, 上面层混合料宜选用较低的空隙率, 强调耐久性和抗水损坏性能;中下面层宜选用较高的空隙率, 强调承载能力, 即抗车辙性能。

3.3 成型方法

鉴于马歇尔设计方法的不足及交通发展的现状, 建议马歇尔设计法宜选用相对较高的设计空隙率, 而Superpave混合料建议采用推荐的4%为设计空隙率。

3.4 施工水平

建议施工单位配备大吨位压路机, 尤其是轮胎压路机。对于路面实际压实功较大的项目, 混合料设计宜采用相对较高的空隙率, 反之采用相对低的空隙率。

3.5 交通及气候条件

对于高温重载交通而言, 建议采用相对较高的空隙率;对于寒冷地区、多雨地区以及高原强紫外线地区, 建议采用相对较低的空隙率。

4 结束语

由述可知, 沥青混合料设计空隙率关系到混合料质量, 因此, 我们在确定混合料设计空隙率时须平衡混合料水稳定性及耐久性和泛油及抗车辙性能之间的关系, 不可简单的套用规范或以往的经验, 须考虑项目所面临的实际情况, 综合各方面因素后才能确定。

参考文献

[1]江涛.超重交通骨架密实结构沥青混合料研究[D].长安大学, 2004

篇6：土基模量随季节变化对沥青路面设计的影响

试验表明, 在不利季节路基含水量增加, 压实度降低, 路基回弹模量不同程度降低。表1是不同地区的四条试验路路基回弹模量在不同时期的变化情况。

从表1可以看出, 由于地区不同和路段潮湿类型及土质不同, 不利季节路基回弹模量比基层铺筑一个月的E0降低幅度有较大差异, 但最大降幅不超过50%, 这一结果大大低于室内土样浸水后回弹模量降低幅度。仔细观察这一表格数据可以发现基层铺筑一个月的路基回弹模量值比刚完工路基的回弹模量值要大 (只有一点例外) , 其中增幅最大者达到了158.23%, 最小增幅7.65%, 增幅平均值70.36%;不利季节的回弹模量比基层铺筑一个月的路基回弹模量降幅最大为48.6%, 最小降幅5.27%, 平均降幅28.33%。不利季节的路基回弹模量比刚完工的回弹模量分路段有增加有减少, 具体如下:黑龙江肇东地区 (非潮湿路段) 1增加2减少;北京门头沟8增加2减少;广西玉林 (挖方) 3个均减少;广东南岗 (潮湿段) 5个均减少。显而易见, 在潮湿路段不利季节的回弹模量值比刚完工的回弹模量要降低, 这是由于路基土不利季节的含水量比刚完工时路基土的含水量要大, 而含水量是影响E0值大小最敏感的因素。以上数据分析说明:基层铺筑一个月的回弹模量值比刚完工路基的回弹模量值要大很多, 这是由于刚完工路基是在最佳含水量的情况下碾压成型的, 路基刚完工的时候就做承载板试验测试回弹模量。这时土样中的含水量接近最佳含水量, 含水量对比一个月后的路基含水量是较大的, 所以路基强度下降是可以理解的, 不利季节情况下, 潮湿路段的回弹模量要比非潮湿路段的回弹模量降低很多。

工程实例:

表2为西北某高速公路某处的开挖路面结构后在旧路路基上做的回弹模量 (野外承载板) 和旧路路基顶面以下80cm路基土含水量季节性测定数据, 土质为黄土, 测定时间2004年。

根据表2的数据, 可以回归出下列关系式:

路基回弹模量与含水量的关系: (见图1)

(R=0.9759) (1) 路基回弹模量与时间关系: (见图2) (R=0.8442) (2) 含水量与时间关系: (见图3) (R=0.8650) (3)

从这些关系式可以看到:路基回弹模量是随着含水量的增大而减少的, 含水量平均每增加1%, 回弹模量平均降低11MPa。回弹模量在8月份最低, 含水量在8月份达到最高。而回弹模量与时间的关系是多项式的形式, 并且相关系数较低;同理, 含水量与时间的关系也是多项式的形式, 相关系数也不高, 但是也反映了回弹模量和含水量在一年当中的变化趋势。有了这个曲线图, 我们可以在新建公路的地区取土做含水量的测定, 然后利用回弹模量与含水量关系式反算出回弹模量值, 给设计做参考。

小结:

a.通过观察西北地区高速公路的土基回弹模量和含水量随时间的变化规律, 并且分析回归得到土基回弹模量与含水量的关系、土基回弹模量随时间变化关系和含水量随时间的变化关系。这些关系式是在特定的土质和某一段高速公路的路基情况下经过一年四季的观测得到的, 有其应用的局限性。

b.回归公式中回弹模量与时间关系, 含水量与时间关系的回归式是多项式, 反映了影响它们的因素较多, 例如地下水位高度、降雨量、蒸发量、土样的饱和度、温度及路面的排水设施等, 回归公式的相关系数均在0.7以上。

c.各地区的气候条件和水文地质条件不一样导致路基的含水量随时间而不断变化, 对不同地区不同的地质条件, 我们应该作详细的调查和试验观测后才能得到较为精确的回弹模量与时间和含水量与时间的回归公式。

摘要：进行了公路路基回弹模量、含水量和稠度随时间变化规律的探讨, 并且通过工程实例来回归路基回弹模量与含水量、路基回弹模量与时间、含水量与时间的相关关系式, 为路基回弹模量的取值提供参考。

关键词：路基回弹模量,含水量,变化规律

参考文献

[1]中华人民共和国交通部.公路路基路面现场测试规程 (JTG E60-2008) [M].北京:人民交通出版社, 2008, 8.

[2]中华人民共和国交通部.公路土工试验规程 (JTG E40-2007) [M].北京:人民交通出版社, 2007.