承载板法在道路检测中的应用研究

钟智

摘要：为了研究旧路面碎石化加铺级配碎石和沥青路面结构组合的稳定性，文章依托国道大修工程，通过弹性层状体系理论计算出各结构层设计条件下的当量回弹模量，并采用承载板法对不同结构层的当量回弹模量进行测试。检测结果表明：各结构层的当量回弹模量均满足设计要求，能保证路面结构的力学性能要求。

关键词：路面结构;承载板法;当量回弹模量;结构强度

In order to study the stability of structural combination of old pavement gravel overlay with graded gravel and asphalt pavement，and relying on the national highway overhaul project，this article calculates the equivalent rebound modulus under the design conditions of each structural layer through the theory of elastic layered system，and tests the equivalent rebound modulus of different structural layers by bearing plate method.The test results show that the equivalent rebound modulus of each structural layer meets the design requirements and can ensure the mechanical properties of pavement structure.

Pavement structure;Bearing plate method;Equivalent rebound modulus;Structural strength

0 引言

和瀝青路面相比，水泥路面具有造价低、水稳定性好、温度稳定性高的优点，因此水泥路面在广西早期国省道的建设中得到了广泛的应用。随着交通行业的发展，近年来广西地区的国省道进入维修养护期。经过多年的探索与实践，工程技术人员总结出一套适用于广西地区国省道大中修的路面结构方案：对旧水泥路面进行碎石化处理，铺筑15～22 cm厚的大粒径级配碎石基层，洒布双层同步碎石进行界面处理，铺筑5～9 cm厚沥青面层。采用这种结构方案，能充分利用旧路面的残留强度，同时和普通级配碎石相比，大粒径级配碎石层具有强度及刚度方面的优势，能充分保证路面结构的力学性能要求。然而，这种路面结构属于柔性基层沥青路面结构，相对于传统半刚性基层沥青路面结构有着较大的不同，技术性要求更高。虽然目前该种路面结构应用情况良好，但是对于结构强度仅以路面弯沉值为控制依据，无针对性的检测方法评价，不利于该种路面结构的推广使用。

本文依托G325合浦段大修工程，采用承载板法测量路面结构层顶当量回弹模量，可更好地评价该种路面结构积累有效的原始数据，有利于施工的监控，更有利于该种路面结构的推广。

1 承载板法检测当量回弹模量分析

1.1 各结构层当量回弹模量设计值计算

路面结构的厚度设计是以弹性层状体系为理论基础的，各结构层为弹性层，路基为弹性半空间体。以承载板法检测路基以及各结构层顶的当量回弹模量，即将各层顶以下看作弹性半空间体。参照承载板法检测路面结构的当量回弹模量，利用BISAR软件，建立弹性层状模型，层间为完全连续，荷载大小为0.7 MPa，荷载作用的直径为30 cm，如图1所示。利用弹性层状理论将设计值（弹性模量及厚度）转化为各结构层顶当量回弹模量，然后将实测值与设计值进行比较，由此对比设计与施工的一致性。

检测路段的路面结构形式为：旧路面碎石化后加铺22 cm厚大粒径级配碎石，洒布双层同步碎石封层后加铺9 cm厚沥青面层。结合设计文件及《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）相关内容，路面结构层的模量及厚度的取值如表1所示。

由弹性层状体系的理论可知，当路面结构确定后，各结构层的响应仅与荷载的大小有关。因此，为了方便后续计算分析，将荷载固定为0.7 MPa，直径为30 cm。依据表1的路面结构参数，建立弹性层状模型，计算在设计值的条件时，各结构层顶的当量回弹模量，计算结果如表2所示。

1.2 检测方案设计

由于大粒径级配碎石层易离析，分布不均匀，且原水泥板碎石化亦难保证均匀性，测试结果必然存在一定的变异性。为了减小这种变异性，使得测试结果更加可信，检测路段及点位的选择就显得相当重要。本次检测的重点在于探索承载板法测得的当量回弹模量是否能够满足设计要求。

参考《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）中对于承载板法测试回弹模量的要求，选择一般性路段，以1 km为单元，检测的层面分别为碎石化层顶、大粒径级配碎石层层顶以及沥青层层顶。为保证参数计算的准确性，各结构层的检测位置需大致重合。检测方法步骤依据规程的要求进行。需要注意的是，由于沥青层的模量对温度敏感性较大，在检测沥青层的过程中，必须严格记录测点气温，并根据规范要求处理检测结果，如表3所示。

1.3 检测结果分析

根据上节设计的检测方案，对1 km检测路段内的碎石化层顶、大粒径级配碎石层顶、沥青层顶的当量回弹模量进行检测。根据《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）中的计算方法，计算各检测点的当量回弹模量，如表4～6所示。

从检测结果来看，数据具有一定的偏移，这是由于测量误差的存在以及施工质量控制的不均性，导致测点数据存在一定的差异性，例如数值的突然偏大或者偏小。为了利用上述数据对路段的质量进行评价，就必须剔除离群数据，评价正常施工工艺下，路面结构的当量回弹模量数值。

拉依达准则（3σ准则）是一种有效的检测数据处理手段，能够剔除粗大误差产生的异常数据。对上述检测数据应用拉依达准则进行取舍，去除离散比较大的测值，可最终得到各层测试的平均值及变异系数，如表7所示。

（2）大粒径级配碎石层顶当量回弹模量为431 MPa，实际检测的均值为459 MPa，20个点中有8个点小于设计要求，变异系数达到19%;（3）ATB层层顶当量回弹模量实测平均值为529 MPa，满足设计要求（485 MPa），变异系数达到13%。

旧水泥路面在碎石化以后，其表面强度相对均匀，采用碎石化技术基本能够消除旧水泥路面斷板、脱空等造成的强度不均匀问题，因此检测的当量回弹模量值变异性较小。

大粒径级配碎石是松散材料，一般而言，其强度随着围压的增加逐渐增加，当大粒径级配碎石层下承层的强度增加，大粒径级配碎石层的强度随之增加。另外，大粒径级配碎石层施工质量不易控制，离析程度较大，这会直接导致大粒径级配碎石层回弹模量变异性很大。

对于沥青层而言，其路面结构相对均匀稳定，但是由于沥青层的强度对温度较敏感，随着温度的增加，强度降低，回弹模量同样降低，因此导致检测结果出现一定的离散。

2 结语

本文依托国道G325合浦段大修工程，采用承载板法检测了路面各结构层的当量回弹模量，并通过与反算的设计当量回弹模量进行对比可知，各结构层的当量回弹模量均满足设计要求，能保证路面结构的力学性能要求。采用承载板法检测此种柔性基层的强度，为设计及检测提供了一种评价手段，有利于施工的监控，更有利于大粒径级配碎石沥青路面结构的推广。

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