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目前设计中对于土基参数选取方法在道路专业设计中存在的问题

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基弹性模量是路面结构的一个重要参数,对路面结构的强度和使用寿命有很大的影响。土基是路面结构层的最下层,承受着面层传下来的车辆荷载和上部结构的自重,在实践中常常出现的路面损坏现象大部分都是由于土基强度不足,稳定性变差,在外荷载作用下产生的过量变形所致。土基变形包括塑性变形和弹性变形两部分,这两类变形都将导致路面结构的不同程度和不同形式的破坏,因此,设计和构筑一个密实、均匀、稳定的土基,提高土基的抗变形能力,是保证公路路面结构具有良好使用品质与经济效益的根本措施。

在路面路基设计理论体系中,弹性模量E是主要的计算参数之一,它的确定直接影响到其他参数的选择与结构设计的结果。由于土基的受力特性是由构成土基的物理性质与土受力时的非线性决定的,所以土基的应力应变关系呈非线性特征。它的弹性模量E是一个条件变量,是随应力应变关系的改变而变化的。为了使设计方法不复杂化,必须根据土基在路面结构中的实际工作状态对其非线性性质作用进行相应的修正和简化处理。简化或修正的原则是表征土基应力应变特征的参数在理论计算中应与实际状况吻合,而在模量的选取中,回弹模量Eo较能反映土所具有的那部分弹性性质,在以弹性力学为理论基础的路面设计方法中,往往将土的回弹模量Eo视为土的弹性模量,作为路面设计中的一项重要计算参数。土基回弹模量Eo的合理确定直接关系到道路工程的安全与经济。

目前国内设计中土基弹模量Eo的确定一般依据《公路沥青路面设计规范》中规定的方法进行。一般在无实测条件时,均采用查表法估计,这种方法比较粗略,在第二版的路面设计手册中,按公路所在的自然区划,路基土的类型,土基的干湿类型(即平均稠度),列出了以轻型击实为标准的土基回弹模量参考值。而现在修筑的大部分为高等级公路使用的是重型击实标准,与列出的轻型击实的标准有一定差异,是不能适应需要的,而以重型击实标准给出的回弹模量参考值只能以提高15%~30%的系数来考虑,因此按现行设计规范中给出的自然区域的土基回弹模量值与各地区的实际均存在较大差异。同时,在同一地区,在自然条件相同的情况下,路基的强度与稳定性在很大程度上与路基的湿度以及大气气温引起的路基气温状况有密切关系。而土的稠度较准确的表示了土的各种形状与湿度的关系,与回弹模量之间存在必然的规律性,这样就可以建立典型土基的稠度与回弹模量函数关系,以较准确的为本地区确定实际工程的设计回弹模量。

目前,现有道路土基模量的测定还主要依靠承载板方法,对道路则利用路表弯沉估计土基模量的方法,作为土基模量的现场评估的常用方式,这些方法不仅工程量比较大,费时费力,在评价的准确性方面也存在一定的问题。在发达国家,对现有路面强度的评价普遍采用FWD方法,国内目前也开始利用落锤式弯沉仪(FWD)测定和评价新建或现有路面土基模量值,并建立土基模量的无破损评估方法,通过理论分析计算和对弯沉的测量,给出了用距离荷载中心较远点的弯沉评估土基模量的简便方法。且在实际工程中有了一定程度的应用,并已收到良好的效果。在现有路面强度和土即模量评价方面,国内还存在一定的差距,有必要进一步开展深入研究工作。

路基的工程质量取决其于强度、稳定性,要提高路基强度和稳定性,最经济有效的措施就是对路基进行适当压实。正是由十压实对土的强度和稳定性的重要性,所以世界各国早在二十世纪二十年代就开始对土的压实机理进行理论研究。

50年代至70年代末,我国公路部门曾组织力量在全国范围内进行了大规模的公路路基回弹模量实测及研究。提出了根据自然区和土组划分的土基回弹模量建议值表,此表一直沿用至今,但施工中采用的是轻型压实标准。80年代初,我国采用重型压实标准,经过试验研究,认为应将原来以轻型压实标准为基础的回弹模量的建议值提高15%-30%或更大。此外,为便于与外国盛行的CBR设计法进行对比和学术交流,我国对土基的回弹模量和CBR值之间的相关关系进行了大量研究。同时,我国还对路基回弹模量与压实度和稠度之间的关系进行了试验分析,得到了全国代表性地区土类路基回弹模量、压实度和稠度的回归方程。

我国对路基质量的控制在施工中主要是以压实度为主,压实度没有具体的考虑土的性质对压实度的影响,国外一些国家则考虑了土质不同对压实的影响。

在路面设计中反映路基质量的指标是回弹模量,回弹模量的选择有检验公式法和查表法,虽然在选取中考虑了不同土质,但现今建立的回弹模量公式中参数只有压实度、稠度和回弹变形,需要进一步的研究其他因素对回弹模量的作用。

在道路工程建设中,回弹模量是路基设计核心参数,影响其主要因素有:土质、含水量、压实度、试验方法等。我国幅员辽阔,各地区土质种类繁多,《规范》虽给出了各地区不同土质的土基回弹模量建议值,相对于某一具体地区来说很难覆盖全面,而且《规范》推荐值是在70年代从轻型压实标准的土基上经大规模的调查与测定得到的。80年代初实行重型压实标准后,路基总体上回弹模量应有所提高。因此,继续靠查《规范》对土基回弹模量进行取值的方法其问题不言而喻,非常有必要针对具体地区进一步确定重型压实标准下的土基回弹模量取值。另外,回弹模量作为土基设计参数其测定方法是比较复杂和笨重的,如何找到一些间接方法达到便捷测定土基回弹模量的目的,以提高工作效率也有待于进行研究。