路基均匀性影响及评价方法研究

2020-01-15李清旺东营市公路管理局公路养护中心山东东营257000

建材发展导向 2019年24期

李清旺（东营市公路管理局公路养护中心山东东营 257000）

0 引言

道路结构基层的均匀性对路面结构的力学性能具有较大的影响。当基层的均匀性较低时，路面结构的受力状态较差，且应力分布不均匀，很容易产生开裂等病害，降低路面结构的耐久性，大大降低了其使用寿命。有鉴于此，国内外学者针对路基均匀性进行了大量的研究。张锋[1]针对路基材料的力学指标的不均匀性对沥青路面的力学性能进行了深入研究，结果表明路基材料弹性模量是路面结构的动力性能的主要影响因素。王翔[2]则采用采用统计学理论，针对铁路路基的压实度进行了参数拟合研究。黄平[3]建立了道路结构的有限元模型，通过数值分析的方法对路基均匀性进行了研究。

1 路基均匀性的意义

路面性能受路基均匀性影响较大。随着路基均匀性降低，在路基与路面的交界面处易产生应力集中导致的开裂，极大的缩短路面的使用寿命。根据美国联邦高速公路管理局（Federal Highway Administration，FHA）的研究结果，若每层覆盖层的平均刚度的不均匀性只减少25%，可以使路面的使用寿命延长1 倍。可见，路基的施工质量已成为除基层和面层性能之外导致公路早期破坏的又一重要因素。因此，研究路基材料的变形均匀性，减少不均匀沉降导致的早期开裂，对于确保路面结构的整体强度，提高道路的耐久性和使用寿命具有重要意义。

目前的路基质量评价方法通常采用弯沉或承载板法，通过路基质量的单点强度评价结果，虽能较好的反映出路基结构的强度均值，但无法表明路基结构整体的空间强度均匀性。故此方法无法评价路基的整体施工质量，代表性不足。而若施工过程中离析较少，施工完成后路基强度均匀一致，则认为其施工质量良好。评价路基强度的一个重要指标是路基的回弹模量，不同位置的回弹模量的均匀性能够直接反应路基强度的均匀性，可通过路基强度的均匀性来表征路基施工质量的好坏。

为尽量避免路基均匀性差的情况，分析研究其异常值引起的原因进行，具体可分为如下情况：

（1）路基及填料的参数选曲：压实层过软使得压实层异常，路基的结构差异导致压实作业时压路机与路面的相互作业差异显著；

（2）填料的粒径、级配分布：严格控制细粒填料的含水量，含水量的差异使得压实异常值频频出现；填料级配不均匀也会对压实值有显著的影响；

（3）压路机滚轮的不同工作状态：实际施工应避免压路机跳振、滚轮脱离等状况，避免异常压实值的产生；

（4）压路机的参数设置：压路机振幅应调整至适当大小，过大或者过小都会使得压实值出现异常。若振幅过大，则路面极易产生松动，使得测量深度增大。而若振幅设置过小，压路机与路面相互作用力太小，使得传感器在信号采集时出现偏差。压实过程中，若频率发生改变，则传感器接受的信号会产生偏差，最终导致信号处理出现误差，影响压实值的计算，因此，压实作业时要严格控制压路机的压实频率。同时，压路机的行进速度和行进方向也应严格控制，防止压实值出现异常。

（5）压实路段的地形状况：当压实区域的坡度变化较大时，压路机很难保持一致的碾压状态，上下坡测得的压实值会产生较大差异，部分过压区域可能产生异常值。同时，在曲线路段或者压实区域过窄路段也会对压实值有显著的影响。

（6）测量深度：若压实过程中采用不同的碾压设备，也会影响测量深度，造成压实值出现异常。

2 路基均匀性的影响

中国公路工程的病害除了面层的影响因素之外，基层的施工质量也逐渐成为了其主要因素之一。当路基施工质量较差时，即使面层拥有较好的施工质量也难以阻止病害的产生。同时当路基施工质量较差时，对其进行翻修、管养的成本也大大增加。因此道路基层的施工质量对道路工程的综合施工质量影响重大，且道路面层的其他结构的施工质量也会受到来自基层施工质量的影响。可以采用贝克曼梁弯沉法或者承载板法等方法对路基施工强度进行局部评价。但路基的施工作业面积较大，采用这些方法很难对路基的整体力学性能进行评价，即不能给出路基的均匀性。当路基施工质量较好时，混合料的各组分能够均匀分布，离析现象也较少；当施工质量较差时，混合料往往出现离析现象，此时路基的均匀性也较差。因此路基的均匀性可以较好的反映出路基的施工质量。路基施工质量可通过路基的回弹模量这个参数反应出来，因此其是路基施工质量的重要指标。可以通过对道路基层不同位置处对回弹模量进行检测，进而得到路面基层的施工质量以及路基强度的均匀性。