城市道路路面半刚性基层试验研究

王守君，邵玉振，任瑞波

（1.济南市市政工程设计研究院有限责任公司，山东济南 230041；2.山东建筑大学，山东济南250101）

0 引言

在半刚性沥青路面设计时，对设计参数（如抗压回弹模量等）的选取，往往设计单位大都根据《公路沥青路面设计规范》规定的范围来选取，不通过试验结合各地工地现场材料配比等来确定，因此路面结构的设计结果与路面结构的实际状况有较大的差异，这可能导致两个不利的结果：一是设计的路面结构层太厚，不经济；二是设计的路面结构层厚度太薄，不安全。

目前,许多单位和高等院校对半刚性基层试验研究进行了大量的研究，但研究往往局限于室内研究，没有结合道路现场的实际情况开展研究，而且大都集中在半刚性基层材料抗裂性能和防治措施方面，对半刚性基层材料设计参数的室内外对比试验研究很少。本文通过采用室内试验和施工过程中的现场试验结合的方式，对半刚性基层设计参数、材料设计和性能进行了深入研究分析。

1 半刚性基层设计参数拟定差异造成路表弯沉和半刚性基层层底拉应力变化分析

1.1 计算图式

计算采用三层层状体系，路面结构垫层和土基作为一层，模量取值80 MPa，半刚性基层通常两层合为一层，沥青层作为一层。拟定路面结构厚度：沥青层18 cm，半刚性基层40 cm。计算图式如图1所示。

1.2 结果分析

采用BISAR程序进行计算，计算时沥青层抗压模量1000 MPa保持不变，半刚性基层抗压模量从 500 MPa、1000 MPa、1500 MPa、2000 MPa、2500 MPa、3000 MPa变化计算路表弯沉和半刚性基层层底最大拉应力变化情况。计算时沥青层和半刚性基层的泊松比取0.25,其他层泊松比取0.35，荷载强度取0.7MPa。

弯沉计算结果见图2，半刚性基层层底拉应力计算结果见图3。

由图2、图3可以看出，半刚性基层模量变化，路表弯沉和半刚性层底拉应力均产生变化，当半刚性基层模量大于2500 MPa时，变化都处于平稳。当半刚性基层模量小于2500 MPa时，路表弯沉和半刚性层底拉应力变化幅度都很大。目前，我们在拟定设计参数时，往往半刚性基层模量小于2500 MPa，所以模量拟定时，微小的差别都能导致计算结果差别很大。

2 常用半刚性基层(底基层)材料室内试验模量和劈裂强度试验结果汇总分析

选取济南市某工程现场使用的建材，按照现行的有关试验规程，对常用半刚性基层(底基层)材料进行室内实验研究。

各种无机结合料稳定材料28 d的抗压回弹模量见表1,水泥稳定类90 d,二灰稳定类180 d劈裂强度见表2。

表1 各种无机结合料稳定材料28d的抗压回弹模量汇总（单位：MPa）

表2 各种无机结合料稳定材料劈裂强度汇总（单位：MPa）

通过表1、表2和现行规范材料设计参数参考资料对比分析可以看出，水稳碎石的抗压回弹模量比规范偏高，二灰稳定碎石和二灰土抗压回弹模量在规范范围内；各种无机结合料稳定材料劈裂强度比规范偏高。

3 现场FWD测试及半刚性基层模量的反算

3.1 现场FWD测试布置

选取济南市某现场施工的道路工程，基层从下往上采用两层二灰碎石和一层水泥稳定碎石。每一层铺筑并进行养护之后，现场进行FWD测试，测量方位和基层层位如图4和图5所示。

3.2 现场FWD中心点的测试弯沉值

在每点所测的弯沉数据中，选用其中FWD中心点的弯沉值，并现场测定每层的厚度如表3所示。

3.3 利用FWD实测数据反算半刚性材料层模量结果

表3 各层顶部中心点弯沉值及各层厚度

利用本研究过程中编制的FWD现场试验单层反算模量的传递矩阵法程序对二灰碎石结构层和水泥稳定碎石结构层抗压模量进行反算。

根据第二层和第三层的弯沉和厚度，以及计算的半无限体模量值，反算第二层二灰稳定碎石和第三层水泥稳定碎石的模量如表4所示。

表4 第二层二灰稳定碎石和第三层水泥稳定碎石模量反算结果

4 现场试验与室内试验结果对比分析

根据室内测定结果（见表1）与现场测定的结果（见表4）进行对比可见，对于平均值来说现场试验与室内试验相差不多，但可以发现现场测试结果离散性较大，说明现场施工很不均匀。

5 结语

本研究结合当地地材，通过室内试验和现场测试开展城市道路半刚性基层试验研究，对当地半刚性基层设计参数选取、材料设计具有指导意义，也可为路面设计提供参考。因各地原材料的差异，在进行路面结构设计时，不能生搬硬套规范规定的设计指标值，应针对项目所使用的原材料进行配合比设计，通过试验确定设计指标值，这样设计的路面结构才合理，避免过于保守，或者不安全。此外，应进一步研究总结设计指标值与龄期的相互关系，为快速确定设计指标值提供依据，节约试验工作量。

[1]任瑞波.沥青路面结构计算方法与FWD应用技术的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2000.

[2]田文玉.道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3]沙爱民.半刚性路面材料结构与性能[M].北京：人民交通出版社，1998.

[4]沈金安.国外沥青路面设计方法总汇[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]吴赣昌.半刚性路面温度应力分析[M].北京：科学出版社，1995.