路基回弹模量衰减对公路沥青路面厚度设计的影响

吉世鹏

【摘要】伴随社会经济发展速度的不断提升，交通量也迅速增長，为满足车辆荷载日益增大的发展趋势，必须重视公路路面建设。沥青路面作为公路建设的主要构成部分，沥青路面厚度设计指标主要包括路表回弹弯沉值、沥青混凝土层与半刚性材料层的层底拉应力等，本文在给出一定计算公式的前提下，针对主要参数路基回弹模量E0等因素对路面厚度设计的可靠性进行了分析与探究。

【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。

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