路面铺设对挖方路基回弹模量的影响

吴明胜

(贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳 550001)



路面铺设对挖方路基回弹模量的影响

吴明胜

(贵州路桥集团有限公司，贵州 贵阳 550001)

路基回弹模量涉及了含水率、荷载类型和压实度等相关函数，要确定其数值具有很大难度。其中，回弹模量会因为土体的含水量产生很大的影响。主要针对路面铺设对挖方路基回弹模量的影响展开探讨，其中包括土体温度与含水率的关系、土体含水率与回弹模量的关系、路基温度场，以及路面铺设前、后的路基回弹模量和修正系数。

公路路面铺设；挖方路基；回弹模量

1 含水率和土体温度的相互作用

根据相关实践证明和研究资料可以确定，含水率在路基土体中并不是均匀分布的，其是具有一定变化的，含水率会因为温度的提高而产生更大的变化。比如某高速公路建设工程，本文以其中K42+780～K43+035为试验分析路段，将温度传感器和湿度传感器埋设在挖方路基内部，即深度范围3.5 m内，并每隔25 cm埋入传感器。然后，在三个时间段分别观察了现场的温度和含水率。最后整理实测数据发现深度范围土层含水率的变化值，其中，外界环境很容易对浅层土体较深层土体造成影响，而深度的不断加深会逐渐减小含水率的变化幅度。同时，当深度超过一定范围后，土体的温度将处于长期的维持状态。

2 土体含水率与回弹模量的关系

为了对土体的室内回弹模量进行介绍，需要通过便携式落锤弯沉仪来进行，其也被称之为PFWD。作为一种现代化动模量检测设备，PFWD的原理与常规拖车式落锤弯沉仪有很大相似度。相比于击实实验，其具有很大不同。充分考虑土体密度在各深度范围的非一致性是实验前必须进行的，常选土体试件的干密度包括有，第一是1.832 g/cm3、第二是1.721 g/cm3、第三是1.545 g/cm3，含水率分别为，第一是1%、第二是2%、第三是4%、第四是6%、第五是8%、第六是11%、第七是12%、第八是15%；试件为直径155 mm，高168 mm的圆柱形。在0.6 MPa压力下通过压力机将试件静压成型，其是为了有效分析土体在不同含水率和干密度情况下的质量。

而通过结果可以发现，土体的回弹模量因为土体含水率造成了相应的影响，而基于含水率在路基各处土体中的差异，土体所处的温度会对路基内部土体含水率而产生作用，并会因为不断发生的位置变化而出现相应的波动。因此，在计算回弹模量时，以总体情况来计算一个路基是很不合理的。

规范方法试件必须保证一定的基础条件，第一是一定的压实功；第二是不同含水率的情况下进行制备，基于在体积上试件的相同条件，必须严格的控制试件质量，并选择相对较小的干密度。所以，先升后降的情况并没有发生在此过程中，而是一直呈现下降的状况，当含水率超过干密度的最大设计值时，其下降速度更加明显。

3 路基温度场的分析

通常情况下，使用ANSYS能够有效分析路基温度场，模型的建立则对路基横断面进行准确选择。拟定参数是首先需要确定的，继而计算出路基的温度场；在对路基温度场数据进行实测且认真对比以后，计算并修正相关参数；将路基温度场通过修正后的各参数进行计算，并实际对比实测路基温度场和计算结果，如果出现比较大的差异，则需要将刚才的步骤进行重复，直到实测路基温度场和计算结果达到高度相似为止。最后，有效的分析并利用修正后的计算参数，以实际计算出路基铺设前后的温度场，并能因此发现铺设路面的正常规律，对路基土体变化的温度进行对比。

如果路基对太阳辐射吸收率为0.89，则空气与土体的热交换系数为16.98 W/(m2·℃)。利用ANSYS可以计算出，实测数据和土体温度的误差高达25%，必须对温度场的模型参数进行调整和修正，调整太阳辐射吸收率为0.76，调整空气和土体的热交换系统14.66 W/(m2·℃)。经过调整后发现，实测数据与温度场计算结果实现了有效吻合。

4 路面铺设前后的路基回弹模量，修正系数

水泥粉煤灰稳定级配碎石层的导热系数，以及水泥稳定级配碎石层均取0.94 W/(m·℃)，水泥粉煤灰稳定天然砂砾的导热系数为1.159/(m·℃)，沥青混合料的比热容为1.19 kJ/(kg·℃)，交换系数为4.4 W/(m2·℃)，水泥稳定级配碎石层和水泥粉煤灰稳定级配碎石层的比热容为0.81 kJ/(kg·℃)，水泥粉煤灰稳定天然砂砾层的比热容去0.889 kJ/(kg·℃)。

通过建立的路基温度场模型和参数的取值，对路面施工后的路基温度场进行了计算，结果发现，对于未施工路面而言，路基土体温度会因为路面的铺设而提高，而土体的温度变化则属于保持状态，实际说明了不同范围内，以及各深度的含水量和土体温度的实际影响。通过实际土体密度测量和室内试验分析可以确定，应当以单层角度来看待各深度的土体，并将整个多层弹性体系以弯沉等效的形式进行转换，使其形成单层体系，以获取前后路基回弹模量的实际变化。

而由于本次试验路段的位置处于我国北方，其冬天天气干燥寒冷，冻胀融沉是路基最容易发生的状况，会对路基回弹模量产生较大的波动。基于施工路面不宜在冬季进行，故选取了路面施工的最佳时间6月份来进行研究分析，对路面施工前后的路基模量变化进行对比分析。

在路面施工结束以后，路基回弹模量的降低相对比较明显，其主要是路基内部温度因为路面铺设而得到提升，导致相对深度范围内的浅层土体增大了含水率。同时，路床范围内的土体强度对路基回弹模量产生的很大影响，在使其相关范围内的土体含水率得到提升的同时，路基回弹模量出现明显的减小。所以，该路基回弹模量应当结合多方面因素进行适当修正。

5 结 论

(1)有效整理基础实测数据，对土体温度变化的趋势和含水率的关系进行了确定；(2)在进行了室内回弹模量试验后，获得干密度和含水率不同情况下的土体回弹模量；(3)路基温度场模型在修正以后，与室内试验和实测数据进行了结合分析，了解路面铺设前后路基回弹模量的变化规律，即路基回弹模量会因为路面铺设而产生一定程度的下降；第四，通过对路面铺设前后路基回弹模量的对比发现，在设计路面过程中，需要适当的修正路基回弹模量。

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[3] 曹利,袁锦浪.谈碎石化路面加铺设计技术要点[J].山西建筑,2013,39(19):115-117.

2017-04-10

吴明胜(1973-)，男，贵州黄平人，高级工程师，研究方向：路基、桥梁、路面施工及成本管理。

U416.1

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1008-3383(2017)05-0042-01