弯沉值计算方法和理论详细介绍

1、弯沉值就是从整体上反映了路面各层次的整体强 度 路基的强度一般用回弹模量来反映。如果弯沉值过 大 , 其变形也就越大 , 路面各层也就容易破裂。弯沉值过大 ,其原因一般与路面各层的材料性质 ,厚度,整体性（是否结板 ）, 压 实度 等有关 , 还与气候条件有关 , 雨季会偏大。一、公路回弹弯沉值的作用（ 一 ） 概述路基路面回弹弯沉的设计计算与检测 , 是公路建设过程中必不可少的一部份 , 是勘 察设计、施工监理和检测单位都要进行的一个工作事项。首先由设计单位设计 出弯沉值 , 再由施工单位去执行施工自检 , 然后由监理、检测部门抽检鉴定 , 实现设 计意图。在当前的规范规定中 , 公路沥青路

2、面设计规范 JTJ 014-97 规定了路面顶 层的 设计弯沉计算公式和方法 , 但没有提出路基、路面基层的弯沉计算方 ;在公路 工程质量 检验评定标准 JTJ 071-98 中只提出要求检测路面顶层和土质路基回弹 弯沉, 没有提出 检测路面基层弯沉的检测项 ;在公路路面基层施工技术规范 JTJ 034-2000 中则补充 规定了路基、路面基层的相应回弹弯沉的计算检测标准。因此 , 对于很多工程技术人员来 说 , 如果不同时熟悉上述三种规范 ,就容易混淆回弹弯沉的 原意 ,造成错误认识 ,甚至做出 错误的数据和结果。经笔者近年实际使用和研究发现 相当一部份勘察设计、施工监理和 检测单位都存在类

3、似问题。为帮助基层工程技术 人员很好地撑握回弹弯沉在公路工程建 设中的应用 , 本人在前辈及同行的肩背上 ,略 作点抄习发挥 , 特写此文 , 以示对本行作 点贡献在阅读本文之前 , 请备好以下标准和规范 :1、公路工程技术标准 （2003 ）2、公路沥青路面设计规范 JTJ 014-973、公路路面基层施工技术规范 JTJ 034-2000 4、公路工程质量检验评定标准 JTJ 071-98（ 二 ） 弯沉的作用公路工程回弹弯沉分为容许弯沉、设计弯沉和计算弯沉。容许弯沉容许弯沉是合格路面在正常使用期末不利季节 , 路面处于临界破坏壮态时出现 的最 大回弹弯沉 , 是从设计弯沉经过路面强度不断

4、衰减的一个变化值。理论上是一 个最低值。 计算公式是 LR=720N *AC*AS 。公路沥青路面设计规范 JTJ 014-97 119 页设计弯沉设计弯沉值即路面设计控制弯沉值。是路面竣工后第一年不利季节 , 路面在标 准轴载作用下 , 所测得的最大回弹弯沉值 , 理论上是路面使用周期中的最小弯沉值。 是 路面验收检测控制的指标之一。计算公式是Ld=600N *AC*AS* Ab 。公路沥青路面设计规范 JTJ 014-97 42 页计算弯沉值计算弯沉值分检测计算弯沉值和理论计算弯沉值。检测计算弯沉值 :通过对路基、路面和原有老路进行弯沉检测 , 并通过计算整理所得到的代表 值。其作用主要是

5、评定路基路面状况和作补强设计之用计算弯沉值路基, 路面基层、底基层等各层在设计时均要求计算出其弯沉设计值, 在完工 检测时也要检测其值 , 以检验其强度是否满足要求。此作为本文重点 , 后面详细介 绍。二、路面设计弯沉值的计算（ 一 ） 路面顶面设计弯沉值路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标 , 是路面厚度计算的主要依 据。路 面设计弯沉值应根据公路等级、在设计年限内累计当量轴次、面层和基层类 型按下式计Ld=600N *AC*AS*Ab式中丄d 路面设计弯沉值 （0.01mm ）;N 设计年限内一个车道上累计当量轴次 ；A公路等级系数,高速公路、一级公路为1.0, 二级公路为1.1,三

6、、四级公路为1.2;AS- 面层类型系数 ,沥青砼面层为 1.0; 热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、 上拌下贯或贯入式路 面为 1.1; 沥青表面处治为 1.2; 中、低级路面为 1.3;Ab- 基层 类型系数 ,对半刚性基层、 底基层总厚度等于或大于20cm时,Ab=1.0;若面层与半刚性基层间设置等于或小于 15cm 级配碎石层、沥青贯入碎石、沥青碎石的半刚性基 层结构 时,Ab可取1.0;柔性基层、底基层Ab=1.6,当柔性基层厚度大于15cm底基 层为半刚性下 卧层时 ,Ab 可取 1.6;新建公路和改建公路路设计弯沉均采用上面公式计算 计算示例 1:某 V3 区拟新修建一条 ，三级公路

7、, 经勘察 , 沿线土质为粉质粘土 ，地下水位距地 表 1.2 米 , 路基填土高平均 0.8 米, 据预测竣工年初交通组成如下表 1.1 示, 使用年 限内交通量 年增长率丫 =5% 试计算路面设计弯沉。预测交通量组成表 1.1车型前轴重 /KN 后轴重 /KN 后轴数后轴轮组数后轴距 /cm 交通量 /（次*日-1）东风EQ140 23.70 69.20 1双- 100黄河JN150 49.00 101.60 1双 - 80黄河LN162 59.50 115.00 1双 - 60交通141 25.55 55.10 1双- 50长征CZ361 47.60 90.70 2双 132.0 40延

8、安SX161 54.64 91.25 2双 135.0 50解:标准轴载及轴载换算 :路面设计采用双轮组单轴载 100KN 为标准轴载 ，以 BZZ100 表示,根据规范 （97） 规定 ,以设计弯沉值为指标 ，大于 25KN 的各级轴载均应进行换算。计算公式为 ：N= C1C2n1(Pi/P)4.35 ( 次*日-1)C2 前后轮轮组系数 , 单轮组为 6.4,双轮组为 1,四轮组为 0.38。n1被换算车型的各级轴载作用次数(次/日)东风 EQ140:前轴 23.70KNV25KN 不计。后轴 :C1=1,C2=1,n1=100,Pi=69.20 KN,P=100 KNN=C1C2n1(P

9、i/P)4.35=1 X 1X 100X (69.20/100)4.35=20.2( 次 * 日-1) 黄河 JN150:前轴 :C1=1,C2=6.4,n1=80,Pi=49.00 KN,P=100 KNN=C1C2n1(Pi/P)4.35=1 X 6.4 X 80X (49.00/ 1 00)4.35=23.0( 次 *日 -1) 后轴 :C1=1,C2=1,n1=100,Pi=101.60KN,P=100 KNJN162:前轴 :C1=1,C2=6.4,n1=60,Pi=59.50KN,P=100 KNN=C1C2n1(Pi/P)4.35=1 X 6.4 X 60X (59.50/100

10、)4.35=40.1( 次 * 日-1) 后轴:C1=1,C2=1,n1=60,Pi=115.00KN,P=100 KNN=C1C2n1 (Pi/P)4.35=1 X 1 X 60X (1 15.00/100)4.35=1 10.2( 次*日-1) 交通 141:前轴:C1=1,C2=6.4,n1=50,Pi=25.55KN,P=100 KNN=C1C2n1(Pi/P)4.35=1 X 6.4 X 50X (25.55/100)4.35=0.9( 次*日-1) 后轴:C1=1,C2=1,n1=50,Pi=55.10KN,P=100 KNN=C1C2n1(Pi/P)4.35=1 X 1X 50X

11、( 55.10/100)4.35=3.8( 次*日-1) 长征 CZ361:前轴:C1=1,C2=6.4,n1=40,Pi=47.60KN,P=100 KN后轴:N=C1C2n1(Pi/P)4.35=1 X 6.4 X 40X (47.60/100)4.35=10.1( 次*日-1)C1=1+1.2 X (m-1)=1+1.2 X (2-1)=2.2,C2=1,n1=40,Pi=90.70KN,P=100 KNN=C1C2n1(Pi/P)4.35=2.2 X 1X 40X (90.70/100)4.35=5 7.6( 次* 日-1)延安 SX161:前轴:C1=1,C2=6.4,n1=50,P

12、i=54.64KN,P=100 KNN=C1C2n1(Pi/P)4.35=1 X 6.4 X 50X (54.64/100)4.35=23.1( 次*日-1)后轴:C1=2.2,C2=1,n1=50,Pi=91.25KN,P=100 KNN=C1C2n1(Pi/P)4.35=1 X 1X 50X (91.25/100)4.35=33.6( 次*日-1) 合计:N=429.8(次)三级公路设计使用年限 8 年，车道系数 n =0.65,则累计当量轴次Ne=(1+ 丫 )t- 1 X 365 N n / 丫 (1+ 丫 )t-1=(1+0.05)8- 1 X365X429.8X0.65/0.05

13、X(1+0.08)8 -1=358801 次路面设计弯沉值的计算AC=1.2AS=1.2Ab=1.6 基层为级配碎石 （柔性基层 ）Ld=600N *AC*AS*Ab=600< 358801- 0.2 X 1.2 X 1.2 X 1.6=107 （0.01mm）若上述项目段为旧路改建 ,则交通量的来源是通过实地调查而得 , 然后再进行 轴载 换算。三、路基、路面基层设计弯沉值的计算（ 一 ） 路基顶面设计弯沉值根据公路路面基层施工技术规范 JTJ 034-2000 规定, 土基回弹弯沉的计 算, 首 先应确定土基回弹模量 E0查公路沥青路面设计规范附录 E 或通过实测可得相应区域不利季的

14、 E0, 然后 按下式计算路基顶面设计弯沉值 l0 。L0=9308 X E0-0.938 （0.01mm ）E0 不利季节土基回弹模量单位为 Mpa;计算示例 2:在非不利季节测定某公路土基回弹模量值得 E0=50Mpa 季节影响系数 K1=1.2, 则土基回弹模量调整值为 E0/=1.2 X 50=60Mpa 则l0=9308 X 60-0.938 =200 (0.01mm)K1 季节影响系数,不同地区取值范围为1.2-1.4。可查公路沥青路面设 计规 范表 14。在进行土基弯沉测量后 , 路段的代表值 0+2S 应小于此标准值 （ 一级 公路和 高速公路 ）,或 0+1.645S 和 0

15、+1.58S 小于此标准值 （二级和二级以下公路 ）。若查表得 E0 值，则其值已是不利季节之值。（二）路面底基层顶面设计弯沉值根据公路路面基层施工技术规范 JTJ 034-2000 之规定 ,底基层顶面回弹 弯沉 按如下步骤计算 :1 ） 利用土基和底基层材料的回弹模量 计算值 E0 和 E1 以及底基层的厚度hl （cm），计算模量比K1E0/K2E1及比值hi/ S S为单个轮迹当量圆半径 （cm）,对于黄 河卡车,S =10.75;K2为底基层材料季节影响系数，可取1.1-1.2,或查公路沥青 路面设计 规范附录 E）2）查附图 A.0.3， 得底基层表面弯沉系数aL。3）计算弯沉综合

16、修正系数 FF=3.643aL1.85194）计算底基层顶面回弹弯沉l1=2p S aLF/E0K1P后轴重100KN卡车轮胎的单位压力,对于黄河卡车,可取0.7MPa;计算示例 3:某公路路面结构层 , 土基回弹模量值查表得 E0=45MPa 底基层为填隙碎石层 , 厚 20cm,查公路沥青路面设计规范附录 D得E仁250MPa基层为级配碎石,层厚 为 15cm, 查表得 E2=280MPa 试计算底基层顶面回弹弯沉值。解:K1E0/K2E1=45/250=0.18hi/ S =20/10.75=1.86查附图 A.0.3 得:aL=0.44F=3.643aL1.8519=3.643 X 0

17、.441.8519=0.7965I 仁 2p S aLF/E0K1=2X0.7X10.75X0.44X0.7965/45=0.117 (cm)=117 (0.01mm)(三)路面基层顶面设计弯沉值路面基层回弹弯沉设计值的计算与底基层类似,不同之处在于将底基层换算为与基层材料相当的当量厚度计算步骤如下1) 首先在计算底基层弯沉时已得底基层顶面的弯沉系数aL,接下来是对底基层进行当量换算。即将具有回弹模量 E1 和厚度 hl 的底基层换算为与基层材料相当 的 厚度 h2/, 换算公式如下 :h2/=h1 。2) 由h2/ S与h2 S之和及K1E0/K3E2的值,从附图A.0.3查得基层相应的 a

18、L;3) 按下式计算弯沉综合修正系数F2=3.643aL1.85194) 按下式计算基层顶面回弹弯沉I2=2p S aLF/E0K1计算示例 4:同示例 2,求基层顶面回弹弯沉。解:当量厚度换算 :h2/=h1 =20 X=19.26cmh2/S=15/10.75=1.395 h2/ S=19.26/10.75=1.792h2/ S + h2 S =3.187K1E0/K3E2=45/280=0.161查图 A.0.3 得:aL=0.34F2=3.643aL1.8519=3.643 X 0.341.8519=0.494l1=2p S aLF2/E0K1=2X0.7X10.75X0.494X0.34/45=0.056 (cm)=56 (0.01mm)如路面基层上还有多层上基层 , 其计算方法与基层相同。( 四 ) 路基、路面弯沉代表值的计算本段主要结合 CASIO450C 计算器的统计