王慧鑫

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 概述

我国目前的高速公路建设中，常用的是半刚性基层沥青路面，半刚性基层路面有明显的优缺点，优点是板体性好，具有一定抗拉强度，稳定性好，抗冻性强，强度和刚度随着龄期而增长，经济性好；缺点是半刚性基层的干缩和温缩容易导致收缩裂缝，收缩裂缝反射到沥青面层形成大量反射裂缝。同时，现在我国交通运输量飞速增长，轴载加重情况显著，造成了重载作用下的沥青混合料局部压力集中，导致路面的早期破损[1]。

而在半刚性基层与沥青面层之间加铺一层柔性的级配碎石基层很好地弥补了半刚性基层沥青路面的缺点，能有效减少路面的反射裂缝；极大地减小局部应力集中造成的早期破坏，更好地承受重交通荷载的疲劳作用[1]；且因级配碎石空隙较大，还能起到排水层的作用。此结构由于在回弹模量较大的沥青面层和半刚性基层之间夹了一层较为柔软的回弹模量较小的级配碎石层，故称为倒装结构。但此结构也存在不足之处，其整体性差、塑性变形大、容易发生车辙。目前倒装结构在国内的应用较少，仅福建省应用较多。某项目10 km路段路面结构使用了倒装结构设计作为试验段，但在路面交工验收时发现，倒装结构路面各层次弯沉实测值与图纸给定的交工验收值偏差较大，尤其是倒装结构沥青层弯沉实测代表值难以满足设计要求，虽设计图纸要求在施工过程中对各层次的交工验收弯沉值进行修正，但未给出修正系数及方法，本文依据沥青路面设计规范及相关专业书籍内容，确定倒装结构各层次的弯沉修正系数，得到各层次的修正计算弯沉值，为沥青路面弯沉交工验收提供参考。

2 倒装结构弯沉值的计算与分析

2.1 非倒装结构与倒装结构现场实测弯沉及分析

根据某项目路面结构设计图纸，非倒装结构与倒装结构路面设计参数见表1。

表1 非倒装结构与倒装结构路面设计参数表

通过表1可看出，非倒装结构与倒装结构路面结构基层的区别是，非倒装结构为54 cm水稳层，倒装结构是36 cm水稳层+12 cm级配碎石，现从已施工完成的两种路面结构随机选取部分段落的水稳层顶实测弯沉值见表2。

表2 非倒装结构与倒装结构水稳层顶实测弯沉统计表

从已施工完成的倒装结构级配碎石层随机选取部分段落的实测弯沉值见表3。

从已施工完成的非倒装结构及倒装结构分别随机选取部分段落的ATB-25上基层的实测弯沉数据见表4。

从已施工完成的非倒装结构及倒装结构分别随机选取部分段落的AC-20下面层的实测弯沉数据见表5。

表3 倒装结构级配碎石层实测弯沉统计数据

表4 非倒装结构与倒装结构ATB-25基层实测弯沉统计数据

表5 非倒装结构与倒装结构AC-20下面层实测弯沉统计数据

从已施工完成的非倒装结构及倒装结构分别随机选取部分段落的SMA-13上面层的实测弯沉数据见表6。

表6 非倒装结构与倒装结构SMA-13上面层实测弯沉统计数据

通过对表2～表6的数据进行统计，可以得到表7。

表7 非倒装结构与倒装结构各结构层弯沉数据对比汇总表

通过表7可以看出，非倒装结构各层次的实测弯沉代表值均远小于图纸给定的弯沉交工验收值，倒装结构的水稳层与级配碎石层也小于设计值，但倒装结构的ATB沥青基层、AC下面层、SMA上面层3层沥青结构层的弯沉代表值远超相应的非倒装结构同层次，且其代表值不满足图纸给定的交工验收值。

路面倒装结构设计比非倒装结构多了一层柔性基层，且水稳层的厚度也较非倒装结构薄，整体性更差，交工验收的弯沉值理论上应该比非倒装结构大，但倒装结构3层沥青结构层图纸给定的交工验收弯沉值与非倒装结构基本相当，甚至更小，这样的设计明显不合理。结合本文数据及对相关文献的调查，可知现行设计规范可满足半刚性沥青路面的结构设计要求。而对于柔性基层沥青路面，现行设计规范中的弯沉设计方法不适用，设计的弯沉值过于严格，导致现场的实测弯沉值难以满足其要求，无法作为现场检测依据，通常需要进行修正。

按照本项目图纸的说明：“路面各结构层交工验收弯沉参考指标是根据规范所提供的路面各结构层材料的回弹模量参考值计算得到的理论值，该弯沉值仅作为路面各结构层交工验收时的参考指标，不应作为交工验收的控制指标。为了反映工程的实际情况，路面各结构层交工验收时，需根据路面各结构层材料的实际龄期，对其回弹模量进行修正，并重新计算路表的交工验收弯沉指标。”为有效地对各结构层，尤其是倒装结构的沥青层交工验收弯沉值进行控制，需通过一定的方法对倒装结构的弯沉交工验收值进行修正。

2.2 弯沉综合修正系数的计算方法

根据《公路沥青路面设计规范》JTG D50—2006及邓学钧主编《路基路面工程》的相关内容，可得到路表弯沉值、弯沉综合修正系数的公式如式（1）、式（2）[2-3]：

弯沉综合修正系数

式中：p为标准车型的轮胎接地压强，MPa；δ为当量圆半径，cm；αc为理论弯沉系数；E0或En为土基回弹模量值，MPa；E1、E2、En-1为各层材料回弹模量，MPa；h1、h2、hn-1为各结构层厚度，cm。

由式（1）、式（2）及《公路沥青路面设计规范》的条文说明8.0.12可以得出：理论计算弯沉值是通过整层试槽和分层反算模量确定材料模量后由公式（1）或路面设计软件计算得到的，计算时假设的弹性层状理论是一定假设条件下经过复杂的力学、数据推演得到的理论体系，其假设的土基模量、材料特性等条件与路面实际不完全相符，所以造成了理论计算弯沉值与实测弯沉值不相吻合，因此引入了弯沉修正系数F，它为实测弯沉值和理论计算弯沉的比，是根据大量的试验路资料统计分析得到的，它使计算弯沉值和实测弯沉值趋于接近实际[2]。

依据上文可看出，实测弯沉值通常是现场通过贝克曼梁法检测得到的，理论计算弯沉值通常是根据设计参数在一定假设条件下通过软件计算得到的，修正计算弯沉值是通过试验路统计分析得到的弯沉修正系数F，用已知的实测弯沉值除以F后得到的，修正后的计算弯沉值比理论计算弯沉值更接近于实际。

根据邓学钧主编的《路基路面工程》教材第345页的说明及《沥青路面动态弯沉综合修正系数研究》（董元帅，重庆交通大学），可知弯沉修正系数F公式中的ls和E0分别代表现场实测弯沉值和土基的实测回弹模量，因此可将现场实测弯沉代表值和土基的实测回弹模量代入公式（2）中得到弯沉修正系数F，再用实测弯沉代表值除以F得到修正计算弯沉值[3-4]。

2.3 修正计算弯沉值的计算

依据《公路路基路面现场测试规程》JTG E60—2008中的承载板测定土基回弹模量试验方法，在路基现场取有代表性的路基段落进行了试验，得到现场土基的回弹模量平均值为134 MPa，远大于图纸设计值的40 MPa，将实测的土基回弹模量及弯沉实测值按照2.2中的计算方法可得到表8。

图1 承载板测定土基回弹模量试验

表8 非倒装结构与倒装结构各结构层修正计算弯沉值统计表

由表8可见，非倒装结构各层次、倒装结构的水稳层与级配碎石基层图纸给定的交工验收弯沉值远大于实测弯沉代表值，而修正计算弯沉值均比图纸给定的交工验收弯沉值要小，使用修正计算弯沉值进行控制更为合理。

倒装结构的沥青上基层、下面层、上面层使用实测弯沉值、实测土基回弹模量得到的修正计算弯沉值均大于其实测弯沉代表值，修正计算弯沉值对实测弯沉代表值比值分别为1.46、1.54和1.61，可在考虑路段施工水平、土工回弹模量差异的情况下，满足现场的检测要求，解决了图纸给定交工验收弯沉值均小于实测弯沉代表值，无法作为现场检测控制指标的矛盾。福建省是我国倒装结构应用较多的省份，全省倒装结构已修建4 000 km，通过对福建省倒装结构的调查，其上面层弯沉交工验收采用39.0的交工验收标准，本文上面层计算出的修正计算弯沉值为37.3，与其相差不大且更为严格，可作为现场弯沉检测的弯沉控制值。

3 结语

随着公路交通运输的高速发展，交通运输结构逐渐产生变化，交通量的增加、车辆轴载的增大，加上外界自然环境变化等原因，半刚性基层沥青路面常出现反射裂缝、路面局部破损等病害，使得倒装结构沥青路面开始进行应用，但该结构路面进行交工验收检测时，其沥青层弯沉实测值常难以满足设计图纸给定的要求值。为解决这一矛盾，参照图纸的相关说明、现行沥青路面设计规范及相关专业书籍的内容，使用实测弯沉值及实测土基回弹模量得出了修正计算弯沉值，修正计算弯沉值比理论计算弯沉值更接近于实际，可为现场弯沉检测提供合理的弯沉控制值，解决了倒装结构沥青层交工验收中出现的矛盾，确保倒装结构路面交工验收顺利进行。