城市道路路面设计中的土基回弹模量值

/城市道路路面设计中的土基回弹模量值吴祖德（常州市市政工程设计研究院有限公司）内容提要在城市道路路面设计中，应综合诸多因素来确定设计的土基回弹模量值。本文介绍土基回弹模量的确定方法，供设计人员参考。关键词土基回弹模量城市道路0前言我国道路路面设计方法中，路基力学性能参数都是采用的土基回弹模量，它是我国路面设计中的重要力学参数，它的确定直接影响到其他参数的选择与结构设计的结果。本文主要叙述对土基回弹模量的确定与其变化对沥青路面路基工作区的影响分析。1设计土基回弹模量确定因素分析1.1首先是根据规范要求，不能低于要求的设计值1.1.1表1在不利季节时路基顶面设计回弹模量值快速路和主干路次干路和支路不应低于30MPa不应低于20MPa注：要求路床应处于干燥或中湿状态。1.1.2《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011）表2路床顶面的综合回弹模量值特重或极重交通荷载中等或重交通荷载轻交通荷载不得低于80MPa不得低于60MPa不得低于40MPa1.1.3《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）表3路基顶面回弹模量（MPa）交通荷载等级极重特重重中等、轻回弹模量，不低于706050401.2根据设计工程所在地区所处自然区划查表法估计土基回弹模量参考值如江苏省在自然区划Ⅳ1、Ⅳ1a，摘录列于表5中：表5自然区划各种土组土基回弹模量参考值区划土组稠度0.80.91.01.051.101.151.20Ⅳ1黏性土21.525.530.032.535.037.540.5Ⅳ1a粉质土22.026.532.035.037.540.5注：当采用重型击实标准时，路基回弹模量设计值可较表列数值提高20%～35%。经整理后见下表：表6江苏省不同干湿状态下的土基回弹模量值序号干湿状态黏质土粉质土（MPa）（MPa）1干燥≥1.2035.0～40.5≥1.0535.0～40.52中湿1.10＞≥0.9527.75～35.01.05＞≥0.9026.5～35.03潮湿0.95＞≥0.8021.5～27.750.90＞≥0.7518.0～26.54过湿＜0.80（≤15）＜0.75（≤15）注：1）为土的平均稠度值；2）过湿状态的回弹模量是推算值（图1）。图1过湿状态的回弹模量是推算值1.3由于城市道路的路床顶面的80cm范围大部分接近于地下水位，路基土均处于过湿状态，路基土的土基回弹模量均为15MPa左右，不能作为设计所用的土基回弹模量值，均要经过处理后，才能达到设计采用值，并结合路床土在路基工作区范围，要求达到规定的压实度要求，一般采用翻挖回填压实，采用6%石灰土处理。对土基进行处理时，处于过湿状态假定E0=15MPa，当用20～100cm6%石灰土处理时，经计算得出处理层顶面的弯沉值，再经换算成顶面的土基回弹模量值，见下表：表7常州地区6%灰土处理地基厚度值计算表序号原土基回弹模量值（MPa）加20cm6%石灰土层后顶面计算弯沉值（mm）顶面弯沉值换算成回弹模量值（MPa）L0=9308E0-0.938（季节影响系数常州地区采用为1.4）对6%灰土处理因无严格强度控制要求考虑施工因素，给予折减系数设计取用E0（MPa）顶面设计弯沉值（mm）1153.43241.09223.742222.70311.19263.203262.42351.17302.794302.20391.15342.485342.03421.05402.13表8常州地区各种设计土基回弹模量值的6%石灰土处理厚度表设计的土基回弹量E0（MPa）6%灰土处理地基厚度干燥中湿潮湿过湿40（顶面弯沉2.13≥20≥60≥80≥10034（顶面弯沉2.48mm）—≥40≥60≥8030（顶面弯沉2.79mm）——≥40≥6026（顶面弯沉3.20mm）——≥20≥4022（顶面弯沉3.74mm）———≥20按此处理方法，当路基工作区（规范要求的压实深度）为80cm时，则土基回弹模量值已经达到34MPa，已经满足于《城镇道路路面设计规范》（CJJ169-2012）的要求，不应小于30MPa和不应小于20MPa的要求。我们注意到随着设计路基土基回弹模量的提高，在满足同样设计累计标准轴载次数时，路面结构厚度可以减薄，或者是同样的路面结构厚度时，可提高设计累计标准轴载次数值。表9各级沥青路面在不同土基回弹模量值时的设计累计标准轴次值道路级别原设计值提高土基回弹模量的值土基回弹模量提高比(%)累计标准轴次提高比(%)累计标准轴次提高/土基回弹模量提高比土基回弹模量（MPa）累计标准轴次土基回弹模量（MPa）累计标准轴次小区路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从表9中可以看出，增加交通量累计轴次值是土基回弹模量增加值的2.80-5.30倍。或者是，当提高土基回弹模量设计值后，不增加路面厚度，就可以提高较多的设计累计标准轴次值。1.4为适应对设计的土基回弹模量值的提高，可采用8%的石灰土处理土基，对土基进行处理时，处于过湿状态假定E0=15MPa，当用20～100cm6%石灰土处理时，经计算得出处理层顶面的弯沉值，再经换算成顶面的土基回弹模量值。表10常州地区8%灰土处理地基厚度值计算表序号原土基回弹模量值（MPa）加20cm6%石灰土层后顶面计算弯沉值（mm）顶面弯沉值换算成回弹模量值（MPa）L0=9308E0-0.938（季节影响系数常州地区采用为1.4）对6%灰土处理因无严格强度控制要求考虑施工因素，给予折减系数设计取用E0（MPa）顶面设计弯沉值（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常州地区各种设计土基回弹模量值的8%石灰土处理厚度表设计的土基回弹量E0（MPa）8%灰土处理地基厚度干燥中湿潮湿过湿75（顶面弯沉1.19mm≥80≥100≥100≥12068（顶面弯沉1.30mm≥60≥80≥80≥10060（顶面弯沉1.46mm≥40≥60≥60≥8050（顶面弯沉1.73mm≥20≥40≥40≥6038（顶面弯沉2.24mm—≥20≥20≥4026（顶面弯沉3.20———≥20所以可以采用类似的方法，保证达到设计要求的土基回弹模量时，又能满足路基工作区深度范围压实要求。2土基回弹模量值的提高与路基工作区深度的关系2.1路面结构厚度不变，土基回弹模量值增加，增加设计交通量标准累计轴次值，同时路基工作区深度增加：举例1：城市快速路的沥青路面结构如下：4cmSMA-135cmAC-20C7cmAC-25C40cm20cm10%石灰土E0=34、40、50、60、70、75、80、90、100MPa表12城市快速路的沥青路面结构在不同土基回弹模量值时的路基工作区深度值(轴载100KN)E0（MPa）3440506070758090100路基工作区深度（cm）798695101106108109112114举例2：一级公路的沥青路面结构如下：4cmSMA-136cmAC-20C8cmAC-25C36cm水泥稳定碎石20cm低标水泥稳定碎石E0=34、40、50、60、70、75、80、90、100MPa表13一级公路的沥青路面结构在不同土基回弹模量值时的路基工作区深度值(轴载100KN)E0（MPa）3440506070758090100路基工作区深度（cm）7685941001051081091121142.2当土基回弹模量值不变，在提高设计交通量标准累计轴次值时，路面结构的厚度需要增加，此时，会使提高设计交通量标准累计轴次值的路基工作区深度减少。表14相同的土基回弹模量，提高设计累计标准轴次时，需增加路面结构的厚度时的路基工作区深度减少（轴载100KN）沥青路面结构厚度4cmAC-13C8cmAC-20C30cm水稳20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C32cm水稳20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C34cm水稳20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C36cm水稳20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C38cm水稳20cm10%灰土4cmC-13C8cmAC-20C40cm水稳20cm10%灰土E0（MPa）303030303030累计标准轴载（×106/车道）6.118.7310.5412.8315.7319.55路基工作区深度（cm）109104999489832.3为适应相同的设计交通量标准累计轴次值时，当提高土基回弹模量值的同时，可减少路面的结构厚度，但都会使路基工作区深度加深。表15相同设计累计标准轴次土基回弹模量值提高路面结构厚度减少路基工作区加深沥青路面结构厚度4cmAC-13C6cmAC-20C36cm水稳20cm10%灰土4cmAC-13C6cmAC-20C34cm水稳20cm10%灰土4cmAC-13C6cmAC-20C32cm水稳20cm10%灰土E0（MPa）2