城市道路路面設(shè)計(jì)中的土基回彈模量值

/城市道路路面設(shè)計(jì)中的土基回彈模量值吳祖德（常州市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司）內(nèi)容提要在城市道路路面設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合諸多因素來確定設(shè)計(jì)的土基回彈模量值。本文介紹土基回彈模量的確定方法，供設(shè)計(jì)人員參考。關(guān)鍵詞土基回彈模量城市道路0前言我國(guó)道路路面設(shè)計(jì)方法中，路基力學(xué)性能參數(shù)都是采用的土基回彈模量，它是我國(guó)路面設(shè)計(jì)中的重要力學(xué)參數(shù)，它的確定直接影響到其他參數(shù)的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果。本文主要敘述對(duì)土基回彈模量的確定與其變化對(duì)瀝青路面路基工作區(qū)的影響分析。1設(shè)計(jì)土基回彈模量確定因素分析1.1首先是根據(jù)規(guī)范要求，不能低于要求的設(shè)計(jì)值1.1.1表1在不利季節(jié)時(shí)路基頂面設(shè)計(jì)回彈模量值快速路和主干路次干路和支路不應(yīng)低于30MPa不應(yīng)低于20MPa注：要求路床應(yīng)處于干燥或中濕狀態(tài)。1.1.2《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD40-2011）表2路床頂面的綜合回彈模量值特重或極重交通荷載中等或重交通荷載輕交通荷載不得低于80MPa不得低于60MPa不得低于40MPa1.1.3《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD50-2006）表3路基頂面回彈模量（MPa）交通荷載等級(jí)極重特重重中等、輕回彈模量，不低于706050401.2根據(jù)設(shè)計(jì)工程所在地區(qū)所處自然區(qū)劃查表法估計(jì)土基回彈模量參考值如江蘇省在自然區(qū)劃Ⅳ1、Ⅳ1a，摘錄列于表5中：表5自然區(qū)劃各種土組土基回彈模量參考值區(qū)劃土組稠度0.80.91.01.051.101.151.20Ⅳ1黏性土21.525.530.032.535.037.540.5Ⅳ1a粉質(zhì)土22.026.532.035.037.540.5注：當(dāng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，路基回彈模量設(shè)計(jì)值可較表列數(shù)值提高20%～35%。經(jīng)整理后見下表：表6江蘇省不同干濕狀態(tài)下的土基回彈模量值序號(hào)干濕狀態(tài)黏質(zhì)土粉質(zhì)土（MPa）（MPa）1干燥≥1.2035.0～40.5≥1.0535.0～40.52中濕1.10＞≥0.9527.75～35.01.05＞≥0.9026.5～35.03潮濕0.95＞≥0.8021.5～27.750.90＞≥0.7518.0～26.54過濕＜0.80（≤15）＜0.75（≤15）注：1）為土的平均稠度值；2）過濕狀態(tài)的回彈模量是推算值（圖1）。圖1過濕狀態(tài)的回彈模量是推算值1.3由于城市道路的路床頂面的80cm范圍大部分接近于地下水位，路基土均處于過濕狀態(tài)，路基土的土基回彈模量均為15MPa左右，不能作為設(shè)計(jì)所用的土基回彈模量值，均要經(jīng)過處理后，才能達(dá)到設(shè)計(jì)采用值，并結(jié)合路床土在路基工作區(qū)范圍，要求達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度要求，一般采用翻挖回填壓實(shí)，采用6%石灰土處理。對(duì)土基進(jìn)行處理時(shí)，處于過濕狀態(tài)假定E0=15MPa，當(dāng)用20～100cm6%石灰土處理時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出處理層頂面的彎沉值，再經(jīng)換算成頂面的土基回彈模量值，見下表：表7常州地區(qū)6%灰土處理地基厚度值計(jì)算表序號(hào)原土基回彈模量值（MPa）加20cm6%石灰土層后頂面計(jì)算彎沉值（mm）頂面彎沉值換算成回彈模量值（MPa）L0=9308E0-0.938（季節(jié)影響系數(shù)常州地區(qū)采用為1.4）對(duì)6%灰土處理因無嚴(yán)格強(qiáng)度控制要求考慮施工因素，給予折減系數(shù)設(shè)計(jì)取用E0（MPa）頂面設(shè)計(jì)彎沉值（mm）1153.43241.09223.742222.70311.19263.203262.42351.17302.794302.20391.15342.485342.03421.05402.13表8常州地區(qū)各種設(shè)計(jì)土基回彈模量值的6%石灰土處理厚度表設(shè)計(jì)的土基回彈量E0（MPa）6%灰土處理地基厚度干燥中濕潮濕過濕40（頂面彎沉2.13≥20≥60≥80≥10034（頂面彎沉2.48mm）—≥40≥60≥8030（頂面彎沉2.79mm）——≥40≥6026（頂面彎沉3.20mm）——≥20≥4022（頂面彎沉3.74mm）———≥20按此處理方法，當(dāng)路基工作區(qū)（規(guī)范要求的壓實(shí)深度）為80cm時(shí)，則土基回彈模量值已經(jīng)達(dá)到34MPa，已經(jīng)滿足于《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ169-2012）的要求，不應(yīng)小于30MPa和不應(yīng)小于20MPa的要求。我們注意到隨著設(shè)計(jì)路基土基回彈模量的提高，在滿足同樣設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)時(shí)，路面結(jié)構(gòu)厚度可以減薄，或者是同樣的路面結(jié)構(gòu)厚度時(shí)，可提高設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)值。表9各級(jí)瀝青路面在不同土基回彈模量值時(shí)的設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次值道路級(jí)別原設(shè)計(jì)值提高土基回彈模量的值土基回彈模量提高比(%)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次提高比(%)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次提高/土基回彈模量提高比土基回彈模量（MPa）累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次土基回彈模量（MPa）累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次小區(qū)路220.46×106341.32×10635.29187.05.30支路261.32×106506.14×10692.30365.153.96次干路267.28×1063415.7×10630.77116.03.78主干路3012.18×1063619.0×10620.0056.02.80快速路3419.04×1063624.34×1065.8827.834.73從表9中可以看出，增加交通量累計(jì)軸次值是土基回彈模量增加值的2.80-5.30倍。或者是，當(dāng)提高土基回彈模量設(shè)計(jì)值后，不增加路面厚度，就可以提高較多的設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次值。1.4為適應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)的土基回彈模量值的提高，可采用8%的石灰土處理土基，對(duì)土基進(jìn)行處理時(shí)，處于過濕狀態(tài)假定E0=15MPa，當(dāng)用20～100cm6%石灰土處理時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出處理層頂面的彎沉值，再經(jīng)換算成頂面的土基回彈模量值。表10常州地區(qū)8%灰土處理地基厚度值計(jì)算表序號(hào)原土基回彈模量值（MPa）加20cm6%石灰土層后頂面計(jì)算彎沉值（mm）頂面彎沉值換算成回彈模量值（MPa）L0=9308E0-0.938（季節(jié)影響系數(shù)常州地區(qū)采用為1.4）對(duì)6%灰土處理因無嚴(yán)格強(qiáng)度控制要求考慮施工因素，給予折減系數(shù)設(shè)計(jì)取用E0（MPa）頂面設(shè)計(jì)彎沉值（mm）1152.8029.91.15263.202262.0042.841.13382.243381.5855.101.10501.734501.3266.591.10601.465601.1775.651.10681.306681.0882.641.10751.19表11常州地區(qū)各種設(shè)計(jì)土基回彈模量值的8%石灰土處理厚度表設(shè)計(jì)的土基回彈量E0（MPa）8%灰土處理地基厚度干燥中濕潮濕過濕75（頂面彎沉1.19mm≥80≥100≥100≥12068（頂面彎沉1.30mm≥60≥80≥80≥10060（頂面彎沉1.46mm≥40≥60≥60≥8050（頂面彎沉1.73mm≥20≥40≥40≥6038（頂面彎沉2.24mm—≥20≥20≥4026（頂面彎沉3.20———≥20所以可以采用類似的方法，保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求的土基回彈模量時(shí)，又能滿足路基工作區(qū)深度范圍壓實(shí)要求。2土基回彈模量值的提高與路基工作區(qū)深度的關(guān)系2.1路面結(jié)構(gòu)厚度不變，土基回彈模量值增加，增加設(shè)計(jì)交通量標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)軸次值，同時(shí)路基工作區(qū)深度增加：舉例1：城市快速路的瀝青路面結(jié)構(gòu)如下：4cmSMA-135cmAC-20C7cmAC-25C40cm20cm10%石灰土E0=34、40、50、60、70、75、80、90、100MPa表12城市快速路的瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同土基回彈模量值時(shí)的路基工作區(qū)深度值(軸載100KN)E0（MPa）3440506070758090100路基工作區(qū)深度（cm）798695101106108109112114舉例2：一級(jí)公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)如下：4cmSMA-136cmAC-20C8cmAC-25C36cm水泥穩(wěn)定碎石20cm低標(biāo)水泥穩(wěn)定碎石E0=34、40、50、60、70、75、80、90、100MPa表13一級(jí)公路的瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同土基回彈模量值時(shí)的路基工作區(qū)深度值(軸載100KN)E0（MPa）3440506070758090100路基工作區(qū)深度（cm）7685941001051081091121142.2當(dāng)土基回彈模量值不變，在提高設(shè)計(jì)交通量標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)軸次值時(shí)，路面結(jié)構(gòu)的厚度需要增加，此時(shí)，會(huì)使提高設(shè)計(jì)交通量標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)軸次值的路基工作區(qū)深度減少。表14相同的土基回彈模量，提高設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次時(shí)，需增加路面結(jié)構(gòu)的厚度時(shí)的路基工作區(qū)深度減少（軸載100KN）瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度4cmAC-13C8cmAC-20C30cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C32cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C34cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C36cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C38cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C40cm水穩(wěn)20cm10%灰土E0（MPa）303030303030累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載（×106/車道）6.118.7310.5412.8315.7319.55路基工作區(qū)深度（cm）109104999489832.3為適應(yīng)相同的設(shè)計(jì)交通量標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)軸次值時(shí)，當(dāng)提高土基回彈模量值的同時(shí)，可減少路面的結(jié)構(gòu)厚度，但都會(huì)使路基工作區(qū)深度加深。表15相同設(shè)計(jì)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次土基回彈模量值提高路面結(jié)構(gòu)厚度減少路基工作區(qū)加深瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度4cmAC-13C6cmAC-20C36cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cmAC-13C6cmAC-20C34cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cmAC-13C6cmAC-20C32cm水穩(wěn)20cm10%灰土E0（MPa）2