沥青路面交工验收弯沉值的计算分析

赵世乐， 万 兵

中国建筑第五工程局有限公司，湖南 长沙，410004

0 引 言

沥青混凝土路面施工后应进行弯沉值的检验，弯沉值作为施工与质量验收的主控项目是评定沥青路面施工质量的重要指标[1]，其实测值应不大于验收弯沉值，因此验收弯沉值的确定显得尤为重要。目前《城镇道路路面设计规范》(CJJ 169—2012)对沥青路面弯沉的检测和验收均进行了相应规定，对路表面弯沉检测标准值即验收弯沉值的确定也做了介绍，但不详尽，也未给出计算算例，若设计人员对规范掌握不充分[2]，给出的路表面弯沉检测标准值过小会导致施工质量要求过高，实际施工控制难以达到，造成不必要的浪费，反之则会导致施工质量难以保证，进而造成路面强度不足而过早破坏。因此，有必要就如何计算确定验收弯沉值进行介绍。

1 计算理论介绍

目前城镇道路沥青混凝土路面的弯沉检测标准值一般采用按最后确定的路面结构厚度与材料模量计算的路表面弯沉值，而路表面弯沉值的计算则采用双圆垂直均布荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算，并引入弯沉综合修正系数，将理论弯沉值进行修正，使计算弯沉值与实测弯沉值趋于接近实际[3，4]。《城镇道路路面设计规范》(CJJ 169—2012)给出的具体计算图如图1所示[5]。

图1 路面荷载布置与计算点示意图

计算以双轮组单轴载100 kN为标准轴载，轮胎接地压强为0.7 MPa，单轮传压面当量圆直径为21.3 cm(半径为10.65 cm)，两轮中心距为1.5倍单轮传压面当量圆直径即31.95 cm。

路表面弯沉检测标准值的计算点位置为双轮隙中心点A，计算弯沉值应按下列公式计算：

(1)

(2)

(3)

式中：p为标准轴载下的轮胎接地压强，0.7MPa；δ为当量圆半径，10.65 cm；aw为理论弯沉系数；E0为路基回弹模量，MPa；E1、E2……En-1为各层材料回弹模量值，MPa；h1、h2……hn-1为各结构层设计厚度，cm；F为弯沉综合修正系数。

2 公式推导、算例验证及计算分析

2.1 公式推导

ls=llF

(4)

将式(4)带入式(3)并化简得：

(5)

式(5)即为路表面弯沉检测标准值的最终计算公式，只需计算出理论弯沉值代入后即得最终的路表面弯沉检测标准值，而理论弯沉值则可以通过双层或多层连续体系表面垂直位移诺莫图或其他能够计算弹性层状体系位移的力学计算软件得到，也可采用有限元软件分析得到。

2.2 算例验证

某城镇道路为主干路，设计速度50 km/h，项目位于江西省赣州市，交通荷载等级为重交通，拟采用沥青混凝土路面结构，具体路面结构组成为：上面层为4 cm厚AC-13C细粒式沥青混凝土，中面层为6 cm厚AC-20C中粒式沥青混凝土，下面层为8 cm厚AC-25C粗粒式沥青混凝土，上基层为17 cm厚5%水泥稳定碎石，下基层为17 cm厚5%水泥稳定碎石，底基层为17 cm厚4%水泥稳定碎石，垫层为20 cm厚未筛分碎石，面层间设置黏层沥青，上基层顶面设置乳化沥青稀浆封层和透层。各结构层详细计算参数见表1。

表1 路面结构参数表

按表1路面结构参数，将双轮组单轴载100 kN分别作用在未筛分碎石顶面、底基层顶面、下基层顶面、上基层顶面、下面层顶面、中面层顶面、上面层顶面分别进行7次计算，即可得各结构层表面的理论弯沉，按式(5)对理论弯沉结果进行修正即得各结构层路表面弯沉检测标准值。

本文采用弹性层状体系计算软件BISAR 3.0得到各结构层的理论弯沉值，然后采用手工修正得到各结构层路表面弯沉检测标准值。为验证结果的准确性，采用成熟商业路面结构计算软件HPDS进行平行计算，具体计算结果见表2。

表2 路表弯沉检测标准值计算结果

由上表可知，通过BISAR软件计算出理论弯沉值后进行修正得到的路表弯沉检测标准值与商业软件HPDS的计算结果相差不大，基本相同，验证了计算结果的准确性。

2.3 计算分析

为了解路基回弹模量、垫层厚度、垫层回弹模量变化对路表验收弯沉值的影响，在保持其他各路面结构层计算参数不变的情况下，分别调整路基回弹模量、垫层厚度、垫层回弹模量，其路面顶面(上面层顶面)、基层顶面(上基层顶面)、底基层顶面的验收弯沉值计算结果见表3。

表3 路基回弹模量、垫层厚度及模量变化下弯沉计算结果

在保持其他各路面结构层计算参数不变的情况下，分别调整路基回弹模量、垫层厚度、垫层回弹模量，其路面顶面(上面层顶面)、基层顶面(上基层顶面)、底基层顶面的验收弯沉值变化趋势图如图2所示。

图2 路表弯沉随路基回弹模量、垫层厚度及模量变化图

根据上述图表可得：随着路基回弹模量、垫层厚度、垫层回弹模量的增长，面层、基层、底基层顶面验收弯沉检测标准值均不断减小，相对来说面层顶面的验收弯沉值变化速率最快，减小幅度最大。路基回弹模量的变化对面层、基层、底基层顶面的验收弯沉检测标准值影响最显著，随着路基回弹模量的提高，路表弯沉检测标准值甚至可降低约50%，相对来说垫层厚度、垫层模量的变化对路表弯沉检测标准值的影响较小。

另外，从计算结果表中可知，设置垫层时能显著减小底基层顶面验收弯沉检测标准值，但上面层、上基层顶面验收弯沉检测标准值变化不大，减小作用不显著。

3 结束语

本文介绍了目前城镇道路路表弯沉检测标准值计算的相关知识，并根据《城镇道路路面设计规范》(CJJ 169—2012)给出了路表弯沉检测标准值计算公式，推导出了路表弯沉检测标准值的最终计算公式，另外本文还通过具体计算算例结合成熟商业软件HPDS对算例的结果进行了平行计算，验证了计算公式得正确性，同时，本文还分析了路面结构层参数如路基回弹模量、垫层厚度、垫层回弹模量的变化对验收弯沉值的影响，为路表弯沉检测标准值的计算提供了参考。