城市道路路面設計中的土基回彈模量值

1、城市道路路面設計中的土基回彈模量值吳祖德（常州市市政工程設計研究院有限公司）內(nèi)容提要 在城市道路路面設計中，應綜合諸多因素來確定設計的土基回彈模量值。本文介紹土基回彈模量的確定方法，供設計人員參考。關 鍵 詞 土基回彈模量 城市道路0 前言我國道路路面設計方法中，路基力學性能參數(shù)都是采用的土基回彈模量，它是我國路面設計中的重要力學參數(shù)，它的確定直接影響到其他參數(shù)的選擇與結構設計的結果。本文主要敘述對土基回彈模量的確定及其變化對瀝青路面路基工作區(qū)的影響分析。1 設計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，不能低于要求的設計值1.1.1城鎮(zhèn)道路路面設計規(guī)范（CJJ169-2012） 表

2、1 在不利季節(jié)時路基頂面設計回彈模量值快速路和主干路次干路和支路不應低于30MPa不應低于20MPa 注：要求路床應處于干燥或中濕狀態(tài)。1.1.2公路水泥混凝土路面設計規(guī)范（JTG D40-2011） 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40MPa 1.1.3公路瀝青路面設計規(guī)范（JTG D50-2006） 表3 路基頂面回彈模量（MPa） 交通荷載等級極重特重重中等、輕回彈模量，不低于70605040 1.2 根據(jù)設計工程所在地區(qū)所處自然區(qū)劃查表法估計土基回彈模量參考值如江蘇省在自然區(qū)劃1、1a，摘錄列于表5中

3、： 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0.80.91.01.051.101.151.201黏性土21.525.530.032.535.037.540.51a粉質土22.026.532.035.037.540.5注：當采用重型擊實標準時，路基回彈模量設計值可較表列數(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干濕狀態(tài)黏質土粉質土（MPa）（MPa）1干燥1.2035.040.51.0535.040.52中濕1.100.9527.7535.01.050.9026.535.03潮濕0.950.8021.527.750.900.7518.026.

4、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，不能作為設計所用的土基回彈模量值，均要經(jīng)過處理后，才能達到設計采用值，并結合路床土在路基工作區(qū)范圍，要求達到規(guī)定的壓實度要求，一般采用翻挖回填壓實，采用6%石灰土處理。對土基進行處理時，處于過濕狀態(tài)假定E0=15MPa，當用20100cm6%石灰土處理時，經(jīng)計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

5、7 常州地區(qū)6%灰土處理地基厚度值計算表序號原土基回彈模量值（MPa）加20cm6%石灰土層后頂面計算彎沉值（mm）頂面彎沉值換算成回彈模量值（MPa）L0=9308 E0-0.938（季節(jié)影響系數(shù)常州地區(qū)采用為1.4）對6%灰土處理因無嚴格強度控制要求考慮施工因素，給予折減系數(shù)設計取用E0（MPa）頂面設計彎沉值（mm）1153.43241.09223.742222.70311.19263.203262.42351.17302.794302.20391.15342.485342.03421.05402.13表8 常州地區(qū)各種設計土基回彈模量值的6%石灰土處理厚度表設計的土基回彈量E0（MPa

6、）6%灰土處理地基厚度干燥中濕潮濕過濕40（頂面彎沉2.13mm）20608010034（頂面彎沉2.48mm）40608030（頂面彎沉2.79mm）406026（頂面彎沉3.20mm）204022（頂面彎沉3.74mm）20 按此處理方法，當路基工作區(qū)（規(guī)范要求的壓實深度）為80cm時，則土基回彈模量值已經(jīng)達到34MPa，已經(jīng)滿足于城鎮(zhèn)道路路面設計規(guī)范（CJJ169-2012）的要求，不應小于30MPa和不應小于20MPa的要求。我們注意到隨著設計路基土基回彈模量的提高，在滿足同樣設計累計標準軸載次數(shù)時，路面結構厚度可以減薄，或者是同樣的路面結構厚度時，可提高設計累計標準軸載次數(shù)值。 表9

7、 各級瀝青路面在不同土基回彈模量值時的設計累計標準軸次值道路級別原設計值提高土基回彈模量的值土基回彈模量提高比(%)累計標準軸次提高比(%)累計標準軸次提高/土基回彈模量提高比土基回彈模量（MPa）累計標準軸次土基回彈模量（MPa）累計標準軸次小區(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.

8、0056.02.80快速路3419.04×1063624.34×1065.8827.834.73從表9中可以看出，增加交通量累計軸次值是土基回彈模量增加值的2.80-5.30倍?；蛘呤?，當提高土基回彈模量設計值后，不增加路面厚度，就可以提高較多的設計累計標準軸次值。1.4 為適應對設計的土基回彈模量值的提高，可采用8%的石灰土處理土基，對土基進行處理時，處于過濕狀態(tài)假定E0=15MPa，當用20100cm6%石灰土處理時，經(jīng)計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算表序號原土基回彈模量值（MPa）加20cm6%石灰

9、土層后頂面計算彎沉值（mm）頂面彎沉值換算成回彈模量值（MPa）L0=9308 E0-0.938（季節(jié)影響系數(shù)常州地區(qū)采用為1.4）對6%灰土處理因無嚴格強度控制要求考慮施工因素，給予折減系數(shù)設計取用E0（MPa）頂面設計彎沉值（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)各種設計土基回彈模量值的8%石灰土處理厚度表設計的土基回彈量E0（MPa）8%灰土處理

10、地基厚度干燥中濕潮濕過濕75（頂面彎沉1.19mm）8010010012068（頂面彎沉1.30mm）60808010060（頂面彎沉1.46mm）4060608050（頂面彎沉1.73mm）2040406038（頂面彎沉2.24mm）20204026（頂面彎沉3.20mm）20所以可以采用類似的方法，保證達到設計要求的土基回彈模量時，又能滿足路基工作區(qū)深度范圍壓實要求。2 土基回彈模量值的提高與路基工作區(qū)深度的關系2.1路面結構厚度不變，土基回彈模量值增加，增加設計交通量標準累計軸次值，同時路基工作區(qū)深度增加：舉例1：城市快速路的瀝青路面結構如下：4cm SMA-135cm AC-20C7c

11、m AC-25C40cm 水泥穩(wěn)定碎石20cm 10%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構在不同土基回彈模量值時的路基工作區(qū)深度值 (軸載100KN)E0（MPa）3440506070758090100路基工作區(qū)深度（cm）798695101106108109112114舉例2：一級公路的瀝青路面結構如下：4cm SMA-136cm AC-20C8cm AC-25C36cm 水泥穩(wěn)定碎石20cm 低標水泥穩(wěn)定碎石E0=34、40、50、60、70、75、80、90、100MPa 表13 一級公路的瀝青路面結構在不同土基回彈模

12、量值時的路基工作區(qū)深度值 (軸載100KN)E0（MPa）3440506070758090100路基工作區(qū)深度（cm）7685941001051081091121142.2 當土基回彈模量值不變，在提高設計交通量標準累計軸次值時，路面結構的厚度需要增加，此時，會使提高設計交通量標準累計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，提高設計累計標準軸次時，需增加路面結構的厚度時的路基工作區(qū)深度減少（軸載100KN）瀝青路面結構厚度4cm AC-13C8cm AC-20C30cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cm C-13C8cmAC-20C32cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cm C-13C8

13、cmAC-20C34cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cm C-13C8cmAC-20C36cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cm C-13C8cmAC-20C38cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cm C-13C8cmAC-20C40cm水穩(wěn)20cm10%灰土E0（MPa）303030303030累計標準軸載（×106/車道）6.118.7310.5412.8315.7319.55路基工作區(qū)深度（cm）109104999489832.3 為適應相同的設計交通量標準累計軸次值時，當提高土基回彈模量值的同時，可減少路面的結構厚度，但都會使路基工作區(qū)深度加深。 表15 相同設計累計標準軸次土基回彈模量值提高路面結構厚度減少路基工作區(qū)加深瀝青路面結構厚度4cm AC-13C6cm AC-20C36cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cm AC-13C6cm AC-20C34cm水穩(wěn)20cm10%灰土4cm AC-13C6cm AC-20C32cm水穩(wěn)20cm10%灰土E0（MPa）263034累計標準軸載（×