沥青混凝土路面回弹弯沉计算与检测验收

童景盛

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

沥青混凝土路面质量控制主要采用回弹弯沉、弯拉应力和剪应力三项指标。回弹弯沉的分析计算与检测，是道路建设中质量控制非常重要的环节，是表征沥青路面各结构层整体刚度的设计指标，是现行规范关于沥青路面设计方法中进行路面结构层厚度计算的主要指标。

但在目前常用的规范《公路沥青路面设计规范》（JTG D60-2006）、《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)、《公路路面基层施工技术规范》(JTJ034-2000)中，分别提出检测的内容和要求各不相同。对设计及施工人员来说，若对这些规范的内容模糊并未充分熟悉掌握，很容易对回弹弯沉认识错误。因此，就如何对沥青混凝土路面回弹弯沉进行分析计算与检测进行总结是非常必要的。

1 路面回弹弯沉的分类、作用及变化规律

1.1 回弹弯沉分类

回弹弯沉分为容许弯沉、设计弯沉和计算弯沉。

（1）容许弯沉

容许弯沉是合格路面在正常使用期末不利季节，路面处于临界破坏壮态时出现的最大回弹弯沉，是从设计弯沉经过路面强度不断衰减的一个变化值，理论上是一个最低值。计算公式：lR=720NACAS。但最新规范《公路沥青路面设计规范》（JTG D60-2006）中，对容许弯沉值控制指标并未明确要求。

通过工程实践认为，现行的路表容许弯沉设计公式是根据大量统计资料归纳、经验总结出来的，不是理论推导并有事实为依据。因此，设计容许弯沉和施工检验弯沉的计算方法（包括参数）不能互相混淆：设计采用的计算公式或取用的参数对于设计而言是安全的，而对于施工检验弯沉来说反而是不可靠的。路面设计公式中的回弹模量与弯沉互成反比关系足以证明。

（2）设计弯沉

设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、道路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值，是路面厚度计算的主要依据。路面设计弯沉值可以作为路面竣工后第一年不利季节、路面温度为20℃时在标准轴载100 kN作用下，竣工验收的最大回弹弯沉值，理论上是路面使用周期中的最小弯沉值，是路面验收检测控制的指标之一。

（3）计算弯沉值

计算弯沉值分检测计算弯沉值和理论计算弯沉值。

a.检测计算弯沉值

通过对路基、路面和旧路进行弯沉检测，并通过分析、计算所得到的代表值。主要作为评定路基路面状况和补强设计。

b.理论计算弯沉值

路面基层、底基层、路基基层等在设计时均要求计算出其弯沉设计值，在竣工检测时也要检测其值，检验其强度是否满足设计要求。

1.2 弯沉值的作用

弯沉值是用来表征路基、路面各结构层抵抗竖直变形能力的大小的参数。弯沉值越大，说明结构层强度越低。弯沉值的作用概括如下：

（1）评价路基、路面各结构层均匀性的重要指标

道路建设范围较大，即使同一路段，纵坡、土基填料、填挖方高度等均不同，引起路床强度相差较大，会导致在强度薄弱处首先出现早期破损。因此，设计中非常重视路基、路面各结构层次强度的均匀性。均匀性的控制一方面在施工中通过材料的进场、摊铺、平整、碾压等工艺流程进行控制；另一方面采取压实度、厚度、平整度等指标作为评价均匀性的辅助检验评价指标。但由于检验这些指标的频率低，很难综合评价结构层的均匀性。因此，应加大弯沉检测频率，才更客观的评价路面弯沉情况。尽管目前验收评定标准取消弯沉作为验收检查项目，但本人认为，弯沉值有必要作为设计、施工指标控制的基本要求的一个项目，或者说将弯沉检验作为施工质量控制的必检项目更为合理。

（2）综合评价路基或路面结构强度的指标

车辆荷载在路基、路面结构中产生的有效作用区通常在1.5～2.0 m范围内，路面各结构层顶面检测的弯沉值包含有一定厚度土基及其相应下承层的强度。因此，弯沉是一个综合反映路基路面整体强度的指标。

（3）弯沉值的检测，可控制土基或基层下承层的施工质量

弯沉值的检测结果能够综合反映基层、下承层甚至土基的强度和均匀性。土基、底基层、基层竣工后可能要相隔一段时间才能进行下一道工序。期间由于气候水分等因素变化，会引起基层自身强度和稳定性变化。若因土基或底基层施工质量问题引起基层弯沉值过大，在施工期间可通过弯沉值的检测，及时发现并处理这些薄弱部位，达到控制基层施工质量的目的。

1.3 路面弯沉的变化规律

路面各结构层的材料组成、结构类型、压实程度、温湿度环境、检测时的仪器设备等因素均会对弯沉的大小产生影响。因此，路表弯沉的变化，是一个多方面因素综合的复杂过程。总的来说，沥青路面的表面弯沉变化过程分为三个阶段：

（1）第一阶段：路面竣工后的前1～2 a。这一阶段，因车辆荷载的重复碾压，各结构层渐趋压实，加之半刚性基层材料随着龄期强度增长，导致路表弯沉将逐渐减小，约在路面竣工后的第2年达到最小值。

（2）第二阶段：路面竣工后的第2 a到第3 a。这一阶段，路表弯沉不断增长。原因是，一方面，半刚性基层的强度增长已十分缓慢，并逐渐趋于相对稳定状态；另一方面，车辆荷载的重复作用以及水、温度状况的变化等因素，导致路面结构强度产生不均匀性，结构内部产生的微观缺陷因局部范围的应力集中而扩展，并会产生小范围的局部破坏，导致路面结构整体刚度下降，使路表弯沉急剧增大。若设计中未严格控制工程质量，则实施中有可能在这一阶段出现局部路面的早期破坏。

（3）第三阶段：弯沉变化—路面竣工3～4 a后直至达到极限破坏状态。这一阶段，路面由于各种因素产生局部强度不足等问题已充分暴露，内部缺陷积蓄的高密度能量也扩展转移，自动实现系统的能量平衡，从而使结构内部损伤发展得到抑制。路面结构的整体刚度重新达到一种新的较低水平的相对稳定，路表弯沉进入了一个相对稳定的缓慢变化阶段—结构疲劳破坏的稳定发展阶段，并会一直延续到路面结构出现疲劳破坏。

工程实践证明，路面竣工后的1～2 a间，路表弯沉值最小。此期间路面整体结构处于最大刚度状态。在测定材料参数时，养生最长的基层材料的设计龄期也只有6个月，正好接近于路面竣工后第一年的不利季节。大量统计结果表明，沥青路面弯沉变化及竣工后第一年不利季节的弯沉值与最大刚度状态所对应的弯沉值较接近。因此，规范将路面竣工后第一年不利季节近似地假定为路面整体结构的最大刚度状态，作为沥青路面的设计状态，也是路面弯沉代表值的状态。

2 路面设计弯沉值的计算

2.1 路面顶面设计弯沉值计算

路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。计算公式：ld=600N-0.2eACASAb，见《公路沥青路面设计规范》（JTG D60-2006）。分为设计值和实测值计算。

（1）沥青路面面层回弹弯沉的设计值计算

路面设计时使用累计当量轴次，当以回弹弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25 kN的各级轴载Pi（包括车辆的前、后轴）的作用次数ni换算成标准轴载P的当量次数N。

（2）沥青路面面层回弹弯沉的实测值计算

路面回弹弯沉设计值是根据双圆垂直均布荷载下的弹性半空间体理论计算得出的，而理论假设与实际状态之间存在一定的差异，为了检验路面强度是否达到设计要求，需对弯沉设计值进行修正。根据大量的实测资料，得到弯沉实测值与设计值的关系式：

式中：ls—路面弯沉实测值；p—标准车型的轮胎接地压强；δ—标准车型的当量半径；F—弯沉综合修正系数；αC—理论弯沉系数；E0为土基回弹模量值。

2.2 路基、路面基层设计弯沉值计算

（1）路基顶面设计弯沉值

根据《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000），土基回弹弯沉的计算，首先应确定土基回弹模量E0，查附录或通过实测可得相应区域不利季E0，然后按下式计算路基顶面设计弯沉值l0=9 308×E0-0.938(0.01 mm)。

（2）路面底基层顶面设计弯沉值

根据《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000），底基层顶面回弹弯沉计算步骤：

a.根据土基和底基层材料的回弹模量计算值E0和 E1以及底基层的厚度 h1，计算模量比K1E0/K2E1及比值h1/δ；K2为底基层材料季节影响系数；

b.查附图底基层表面弯沉系数aL；

c.计算弯沉综合修正系数F=3.643×aL1.8519；

d.计算底基层顶面回弹弯沉l1=2PδaLF/E0K1(P—后轴重100 kN卡车轮胎的单位压力；K1—季节影响系数)。

（3）路面基层顶面设计弯沉值

路面基层回弹弯沉设计值的计算与底基层类似，不同之处在于将底基层换算为与基层材料相当的当量厚度。

a.根据底基层顶面的弯沉系数aL，对底基层进行当量换算。

b.由 h2/δ 与 h2/δ 之和及 K1E0/K3E2的值，查附图可得基层相应的aL；

c.求 F2=3.643×aL1.8519；

d.根据l2=2PδaLF/E0K1计算基层顶面回弹弯沉。

2.3 规范对弯沉值的要求

《公路沥青路面设计规范》（JTG D60-2006）规定了路面顶层的设计弯沉计算公式和方法，但未提出路基、路面基层的弯沉计算方法；《公路工程质量检验评定标准》（JTG-G802-2004）仅提出要求检测路面顶层和土质路基回弹弯沉，未提出检测路面基层弯沉的检测项；《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000中则补充规定了路基、路面基层的相应回弹弯沉的计算检测标准。

路面弯沉不仅能够反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的内在联系，同时弯沉值的测定也比较方便。所以我国现行的沥青路面设计方法采用设计弯沉作为路面整体刚度的设计指标。

现行柔性路面设计规范是以设计容许弯沉作为控制指标，但在施工规范中，采用压实度作为验收控制指标，将弯沉检验作为参考值。实际操作中，压实度表示某一有限厚度的路面结构层经碾压后的相对密实程度，弯沉表示被测路面结构层以下各层（包括路基）在汽车标准轴载下产生的总位移。两者均可反映路基、路面的碾压质量，但在理论上却没有关联。因此，路面结构体系的复杂性，不能使设计与施工统一标准，显然带来很多不便。

城市道路沥青路面按弯沉设计路面结构之外，还须对沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层进行层底拉应力的验算。但是当弯沉值满足规范要求时，沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层的层底拉应力和能够满足设计要求。

2.4 采用公式计算弯沉值注意事项

设计时须注意，不能照搬路面设计公式计算施工检验弯沉，原因如下：

首先，柔性路面结构体系比较复杂，它是以层状结构支撑在无限深的路基上，各层材料性质具有各向异性，而且会受到周围环境气候、水文地质等因素影响。

其次，路面上汽车荷载分布的不均匀性，想要建立一个精确的、通用的路面结构设计数学模型几乎是做不到的。所以，规范采用的路面设计理论是经过某些假定、简化过程的半理论、半经验的设计方法。

此外，路面计算公式中没有明确安全系数，但在推导公式过程中，假定、简化以及经验资料的分析取值都是偏安全考虑的。也就是说：通常情况下规范采用的路面设计方法是偏保守的。

但从设计角度来说，无论是计算公式、方法还是采用的设计参数，若照搬来计算施工检验弯沉却是不可靠。例如确定筑路材料回弹模量的大小：对于设计而言取小一些计算出的路面结构偏厚，偏安全。但较小的回弹模量计算出的弯沉值偏大，若以此弯沉作为施工检验指标，无疑是人为降低了路基、路面的强度指标，与真实情况不符。但如果适当加大路基、路面的回弹模量值再重新计算检验弯沉，显然当计算至路表顶面弯沉时必然与原设计容许弯沉值不符，产生矛盾。因此，采用规范公式来计算路基、路面各层次的施工检验弯沉显然是不妥。

3 路面弯沉检测与验收

弯沉检测虽在施工验收规范中未列入主要验收项目，但由于它简便易行仍在施工现场被普遍运用。目前工程上广泛使用贝克曼梁弯沉仪，其使用方法主要要点有：

（1）弯沉测试频率:测定代表弯沉值时，应以每公里每一双车道为一评定路段。每路段检查80～100个点。对多车道道路必须按车道数与双车道之比，相应增加测点数。

（2）温度修正：对于沥青路面来说，弯沉强度测定是在沥青路面上进行的，而表层区域受天气影响变化较大，夏天沥青路面发软，冬天又变硬发脆。因此，需要定出一个温度为测定弯沉的标准状态。路面弯沉值是以20°C为测定沥青路面弯沉值的标准状态，根据沥青面层厚度，进行温度修正。

3.1 影响回弹弯沉测定的因素

路面回弹弯沉值是施工质量的检测和评定项目指标，必须保证检测数据的真实性，正确反映路面的整体强度。影响路面面层回弹弯沉测定因素主要如下：

（1）季节、温度：通常，沥青路面在一年中随着季节变化，各时期具有不同的承载力，也就是说弯沉值不同。研究表明，在春融时弯沉值最大、路面承载力最低；温度对弯沉的影响较明显，温度升高，弯沉值增大。

（2）轴载：路面弯沉值大小与测定轴载（轮重、轮压、轮迹圆直径）有关，轴载大弯沉值也大。

（3）路面结构：路面结构类型、厚度、路基土类型和状态不同，弯沉值不同。

3.2 弯沉值验收指标

路基路面工程竣工验收，通常采用压实度和弯沉值两种指标来检验路基、路面的碾压质量，即所谓的“双控（即控制压实度和弯沉）指标。但是，弯沉检验在实施过程中比压实度检验更为方便、快捷，因此设计中必须提供路基和路面的弯沉值指标。

但是，施工实践可知：碾压后的路基、路面，当压实度满足要求后，实测弯沉值已比设计容许弯沉值小了许多。因此，名为“双控”，实际上满足压实度验收指标就可以了。

3.3 弯沉值检测存在的问题

《市政道路工程质量检验评定标准》对沥青混凝土面层作了验收实测弯沉值小于设计规定值的检验标准。但是，在实际应用中弯沉值指标存在着不合理性，直接影响路面的质量和使用年限：在沥青路面验收时，一般采用设计容许弯沉值作为检验标准，即实测弯沉值不大于设计容许弯沉值，就认为符合标准。但是，容许弯沉值计算与交通量预测的准确程度有关，该值考虑了路面各结构层的材料参数、不同的基层类型和路面弯沉竣工后的各个不同阶段弯沉变化与路面使用关系。因此，将设计文件中的设计弯沉作为质量鉴定、竣工验收的评判指标，其值显然偏低，以此控制质量鉴定的指标，会导致路面产生早期损坏。

4 结语

回弹弯沉的分析计算与检测，在道路建设和设计中是非常重要的一项内容，是施工中常用的一项方便、快捷的检测指标的手段。但是，很多设计人员对目前常用的各种设计、施工及验收规范并未充分熟悉掌握，因而对弯沉值的理解产生片面不完整的认识。本人通过工程实践，根据理论分析总结了路面设计容许弯沉和施工检验弯沉之间的特点和差异，并通过对弯沉值概念的认识、分析计算与推导，以及检测验收等注意事项等的阐述，希望大家对弯沉值这一指标有更进一步的掌握，了解其变化规律，才能做到在工程中对质量控制心中有数。