童景盛

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

瀝青混凝土路面質(zhì)量控制主要采用回彈彎沉、彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力三項指標(biāo)?；貜棌澇恋姆治鲇嬎闩c檢測，是道路建設(shè)中質(zhì)量控制非常重要的環(huán)節(jié)，是表征瀝青路面各結(jié)構(gòu)層整體剛度的設(shè)計指標(biāo)，是現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于瀝青路面設(shè)計方法中進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層厚度計算的主要指標(biāo)。

但在目前常用的規(guī)范《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D60-2006）、《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF80/1-2004)、《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ034-2000)中，分別提出檢測的內(nèi)容和要求各不相同。對設(shè)計及施工人員來說，若對這些規(guī)范的內(nèi)容模糊并未充分熟悉掌握，很容易對回彈彎沉認(rèn)識錯誤。因此，就如何對瀝青混凝土路面回彈彎沉進(jìn)行分析計算與檢測進(jìn)行總結(jié)是非常必要的。

1 路面回彈彎沉的分類、作用及變化規(guī)律

1.1 回彈彎沉分類

回彈彎沉分為容許彎沉、設(shè)計彎沉和計算彎沉。

（1）容許彎沉

容許彎沉是合格路面在正常使用期末不利季節(jié)，路面處于臨界破壞壯態(tài)時出現(xiàn)的最大回彈彎沉，是從設(shè)計彎沉經(jīng)過路面強度不斷衰減的一個變化值，理論上是一個最低值。計算公式：lR=720NACAS。但最新規(guī)范《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D60-2006）中，對容許彎沉值控制指標(biāo)并未明確要求。

通過工程實踐認(rèn)為，現(xiàn)行的路表容許彎沉設(shè)計公式是根據(jù)大量統(tǒng)計資料歸納、經(jīng)驗總結(jié)出來的，不是理論推導(dǎo)并有事實為依據(jù)。因此，設(shè)計容許彎沉和施工檢驗彎沉的計算方法（包括參數(shù)）不能互相混淆：設(shè)計采用的計算公式或取用的參數(shù)對于設(shè)計而言是安全的，而對于施工檢驗彎沉來說反而是不可靠的。路面設(shè)計公式中的回彈模量與彎沉互成反比關(guān)系足以證明。

（2）設(shè)計彎沉

設(shè)計彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標(biāo)，是根據(jù)設(shè)計年限內(nèi)一個車道上預(yù)測通過的累計當(dāng)量軸次、道路等級、面層和基層類型而確定的路面彎沉設(shè)計值，是路面厚度計算的主要依據(jù)。路面設(shè)計彎沉值可以作為路面竣工后第一年不利季節(jié)、路面溫度為20℃時在標(biāo)準(zhǔn)軸載100 kN作用下，竣工驗收的最大回彈彎沉值，理論上是路面使用周期中的最小彎沉值，是路面驗收檢測控制的指標(biāo)之一。

（3）計算彎沉值

計算彎沉值分檢測計算彎沉值和理論計算彎沉值。

a.檢測計算彎沉值

通過對路基、路面和舊路進(jìn)行彎沉檢測，并通過分析、計算所得到的代表值。主要作為評定路基路面狀況和補強設(shè)計。

b.理論計算彎沉值

路面基層、底基層、路基基層等在設(shè)計時均要求計算出其彎沉設(shè)計值，在竣工檢測時也要檢測其值，檢驗其強度是否滿足設(shè)計要求。

1.2 彎沉值的作用

彎沉值是用來表征路基、路面各結(jié)構(gòu)層抵抗豎直變形能力的大小的參數(shù)。彎沉值越大，說明結(jié)構(gòu)層強度越低。彎沉值的作用概括如下：

（1）評價路基、路面各結(jié)構(gòu)層均勻性的重要指標(biāo)

道路建設(shè)范圍較大，即使同一路段，縱坡、土基填料、填挖方高度等均不同，引起路床強度相差較大，會導(dǎo)致在強度薄弱處首先出現(xiàn)早期破損。因此，設(shè)計中非常重視路基、路面各結(jié)構(gòu)層次強度的均勻性。均勻性的控制一方面在施工中通過材料的進(jìn)場、攤鋪、平整、碾壓等工藝流程進(jìn)行控制；另一方面采取壓實度、厚度、平整度等指標(biāo)作為評價均勻性的輔助檢驗評價指標(biāo)。但由于檢驗這些指標(biāo)的頻率低，很難綜合評價結(jié)構(gòu)層的均勻性。因此，應(yīng)加大彎沉檢測頻率，才更客觀的評價路面彎沉情況。盡管目前驗收評定標(biāo)準(zhǔn)取消彎沉作為驗收檢查項目，但本人認(rèn)為，彎沉值有必要作為設(shè)計、施工指標(biāo)控制的基本要求的一個項目，或者說將彎沉檢驗作為施工質(zhì)量控制的必檢項目更為合理。

（2）綜合評價路基或路面結(jié)構(gòu)強度的指標(biāo)

車輛荷載在路基、路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的有效作用區(qū)通常在1.5～2.0 m范圍內(nèi)，路面各結(jié)構(gòu)層頂面檢測的彎沉值包含有一定厚度土基及其相應(yīng)下承層的強度。因此，彎沉是一個綜合反映路基路面整體強度的指標(biāo)。

（3）彎沉值的檢測，可控制土基或基層下承層的施工質(zhì)量

彎沉值的檢測結(jié)果能夠綜合反映基層、下承層甚至土基的強度和均勻性。土基、底基層、基層竣工后可能要相隔一段時間才能進(jìn)行下一道工序。期間由于氣候水分等因素變化，會引起基層自身強度和穩(wěn)定性變化。若因土基或底基層施工質(zhì)量問題引起基層彎沉值過大，在施工期間可通過彎沉值的檢測，及時發(fā)現(xiàn)并處理這些薄弱部位，達(dá)到控制基層施工質(zhì)量的目的。

1.3 路面彎沉的變化規(guī)律

路面各結(jié)構(gòu)層的材料組成、結(jié)構(gòu)類型、壓實程度、溫濕度環(huán)境、檢測時的儀器設(shè)備等因素均會對彎沉的大小產(chǎn)生影響。因此，路表彎沉的變化，是一個多方面因素綜合的復(fù)雜過程?？偟膩碚f，瀝青路面的表面彎沉變化過程分為三個階段：

（1）第一階段：路面竣工后的前1～2 a。這一階段，因車輛荷載的重復(fù)碾壓，各結(jié)構(gòu)層漸趨壓實，加之半剛性基層材料隨著齡期強度增長，導(dǎo)致路表彎沉將逐漸減小，約在路面竣工后的第2年達(dá)到最小值。

（2）第二階段：路面竣工后的第2 a到第3 a。這一階段，路表彎沉不斷增長。原因是，一方面，半剛性基層的強度增長已十分緩慢，并逐漸趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)；另一方面，車輛荷載的重復(fù)作用以及水、溫度狀況的變化等因素，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強度產(chǎn)生不均勻性，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生的微觀缺陷因局部范圍的應(yīng)力集中而擴展，并會產(chǎn)生小范圍的局部破壞，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)整體剛度下降，使路表彎沉急劇增大。若設(shè)計中未嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，則實施中有可能在這一階段出現(xiàn)局部路面的早期破壞。

（3）第三階段：彎沉變化—路面竣工3～4 a后直至達(dá)到極限破壞狀態(tài)。這一階段，路面由于各種因素產(chǎn)生局部強度不足等問題已充分暴露，內(nèi)部缺陷積蓄的高密度能量也擴展轉(zhuǎn)移，自動實現(xiàn)系統(tǒng)的能量平衡，從而使結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷發(fā)展得到抑制。路面結(jié)構(gòu)的整體剛度重新達(dá)到一種新的較低水平的相對穩(wěn)定，路表彎沉進(jìn)入了一個相對穩(wěn)定的緩慢變化階段—結(jié)構(gòu)疲勞破壞的穩(wěn)定發(fā)展階段，并會一直延續(xù)到路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞。

工程實踐證明，路面竣工后的1～2 a間，路表彎沉值最小。此期間路面整體結(jié)構(gòu)處于最大剛度狀態(tài)。在測定材料參數(shù)時，養(yǎng)生最長的基層材料的設(shè)計齡期也只有6個月，正好接近于路面竣工后第一年的不利季節(jié)。大量統(tǒng)計結(jié)果表明，瀝青路面彎沉變化及竣工后第一年不利季節(jié)的彎沉值與最大剛度狀態(tài)所對應(yīng)的彎沉值較接近。因此，規(guī)范將路面竣工后第一年不利季節(jié)近似地假定為路面整體結(jié)構(gòu)的最大剛度狀態(tài)，作為瀝青路面的設(shè)計狀態(tài)，也是路面彎沉代表值的狀態(tài)。

2 路面設(shè)計彎沉值的計算

2.1 路面頂面設(shè)計彎沉值計算

路面設(shè)計彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標(biāo)，是路面厚度計算的主要依據(jù)。計算公式：ld=600N-0.2eACASAb，見《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D60-2006）。分為設(shè)計值和實測值計算。

（1）瀝青路面面層回彈彎沉的設(shè)計值計算

路面設(shè)計時使用累計當(dāng)量軸次，當(dāng)以回彈彎沉值為設(shè)計指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時，凡軸載大于25 kN的各級軸載Pi（包括車輛的前、后軸）的作用次數(shù)ni換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量次數(shù)N。

（2）瀝青路面面層回彈彎沉的實測值計算

路面回彈彎沉設(shè)計值是根據(jù)雙圓垂直均布荷載下的彈性半空間體理論計算得出的，而理論假設(shè)與實際狀態(tài)之間存在一定的差異，為了檢驗路面強度是否達(dá)到設(shè)計要求，需對彎沉設(shè)計值進(jìn)行修正。根據(jù)大量的實測資料，得到彎沉實測值與設(shè)計值的關(guān)系式：

式中：ls—路面彎沉實測值；p—標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓強；δ—標(biāo)準(zhǔn)車型的當(dāng)量半徑；F—彎沉綜合修正系數(shù)；αC—理論彎沉系數(shù)；E0為土基回彈模量值。

2.2 路基、路面基層設(shè)計彎沉值計算

（1）路基頂面設(shè)計彎沉值

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000），土基回彈彎沉的計算，首先應(yīng)確定土基回彈模量E0，查附錄或通過實測可得相應(yīng)區(qū)域不利季E0，然后按下式計算路基頂面設(shè)計彎沉值l0=9 308×E0-0.938(0.01 mm)。

（2）路面底基層頂面設(shè)計彎沉值

根據(jù)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000），底基層頂面回彈彎沉計算步驟：

a.根據(jù)土基和底基層材料的回彈模量計算值E0和 E1以及底基層的厚度 h1，計算模量比K1E0/K2E1及比值h1/δ；K2為底基層材料季節(jié)影響系數(shù)；

b.查附圖底基層表面彎沉系數(shù)aL；

c.計算彎沉綜合修正系數(shù)F=3.643×aL1.8519；

d.計算底基層頂面回彈彎沉l1=2PδaLF/E0K1(P—后軸重100 kN卡車輪胎的單位壓力；K1—季節(jié)影響系數(shù))。

（3）路面基層頂面設(shè)計彎沉值

路面基層回彈彎沉設(shè)計值的計算與底基層類似，不同之處在于將底基層換算為與基層材料相當(dāng)?shù)漠?dāng)量厚度。

a.根據(jù)底基層頂面的彎沉系數(shù)aL，對底基層進(jìn)行當(dāng)量換算。

b.由 h2/δ 與 h2/δ 之和及 K1E0/K3E2的值，查附圖可得基層相應(yīng)的aL；

c.求 F2=3.643×aL1.8519；

d.根據(jù)l2=2PδaLF/E0K1計算基層頂面回彈彎沉。

2.3 規(guī)范對彎沉值的要求

《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D60-2006）規(guī)定了路面頂層的設(shè)計彎沉計算公式和方法，但未提出路基、路面基層的彎沉計算方法；《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG-G802-2004）僅提出要求檢測路面頂層和土質(zhì)路基回彈彎沉，未提出檢測路面基層彎沉的檢測項；《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》JTJ034-2000中則補充規(guī)定了路基、路面基層的相應(yīng)回彈彎沉的計算檢測標(biāo)準(zhǔn)。

路面彎沉不僅能夠反映路面各結(jié)構(gòu)層及土基的整體強度和剛度，而且與路面的使用狀態(tài)存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，同時彎沉值的測定也比較方便。所以我國現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計方法采用設(shè)計彎沉作為路面整體剛度的設(shè)計指標(biāo)。

現(xiàn)行柔性路面設(shè)計規(guī)范是以設(shè)計容許彎沉作為控制指標(biāo)，但在施工規(guī)范中，采用壓實度作為驗收控制指標(biāo)，將彎沉檢驗作為參考值。實際操作中，壓實度表示某一有限厚度的路面結(jié)構(gòu)層經(jīng)碾壓后的相對密實程度，彎沉表示被測路面結(jié)構(gòu)層以下各層（包括路基）在汽車標(biāo)準(zhǔn)軸載下產(chǎn)生的總位移。兩者均可反映路基、路面的碾壓質(zhì)量，但在理論上卻沒有關(guān)聯(lián)。因此，路面結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性，不能使設(shè)計與施工統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，顯然帶來很多不便。

城市道路瀝青路面按彎沉設(shè)計路面結(jié)構(gòu)之外，還須對瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層進(jìn)行層底拉應(yīng)力的驗算。但是當(dāng)彎沉值滿足規(guī)范要求時，瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層的層底拉應(yīng)力和能夠滿足設(shè)計要求。

2.4 采用公式計算彎沉值注意事項

設(shè)計時須注意，不能照搬路面設(shè)計公式計算施工檢驗彎沉，原因如下：

首先，柔性路面結(jié)構(gòu)體系比較復(fù)雜，它是以層狀結(jié)構(gòu)支撐在無限深的路基上，各層材料性質(zhì)具有各向異性，而且會受到周圍環(huán)境氣候、水文地質(zhì)等因素影響。

其次，路面上汽車荷載分布的不均勻性，想要建立一個精確的、通用的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)學(xué)模型幾乎是做不到的。所以，規(guī)范采用的路面設(shè)計理論是經(jīng)過某些假定、簡化過程的半理論、半經(jīng)驗的設(shè)計方法。

此外，路面計算公式中沒有明確安全系數(shù)，但在推導(dǎo)公式過程中，假定、簡化以及經(jīng)驗資料的分析取值都是偏安全考慮的。也就是說：通常情況下規(guī)范采用的路面設(shè)計方法是偏保守的。

但從設(shè)計角度來說，無論是計算公式、方法還是采用的設(shè)計參數(shù)，若照搬來計算施工檢驗彎沉卻是不可靠。例如確定筑路材料回彈模量的大?。簩τ谠O(shè)計而言取小一些計算出的路面結(jié)構(gòu)偏厚，偏安全。但較小的回彈模量計算出的彎沉值偏大，若以此彎沉作為施工檢驗指標(biāo)，無疑是人為降低了路基、路面的強度指標(biāo)，與真實情況不符。但如果適當(dāng)加大路基、路面的回彈模量值再重新計算檢驗彎沉，顯然當(dāng)計算至路表頂面彎沉?xí)r必然與原設(shè)計容許彎沉值不符，產(chǎn)生矛盾。因此，采用規(guī)范公式來計算路基、路面各層次的施工檢驗彎沉顯然是不妥。

3 路面彎沉檢測與驗收

彎沉檢測雖在施工驗收規(guī)范中未列入主要驗收項目，但由于它簡便易行仍在施工現(xiàn)場被普遍運用。目前工程上廣泛使用貝克曼梁彎沉儀，其使用方法主要要點有：

（1）彎沉測試頻率:測定代表彎沉值時，應(yīng)以每公里每一雙車道為一評定路段。每路段檢查80～100個點。對多車道道路必須按車道數(shù)與雙車道之比，相應(yīng)增加測點數(shù)。

（2）溫度修正：對于瀝青路面來說，彎沉強度測定是在瀝青路面上進(jìn)行的，而表層區(qū)域受天氣影響變化較大，夏天瀝青路面發(fā)軟，冬天又變硬發(fā)脆。因此，需要定出一個溫度為測定彎沉的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。路面彎沉值是以20°C為測定瀝青路面彎沉值的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，根據(jù)瀝青面層厚度，進(jìn)行溫度修正。

3.1 影響回彈彎沉測定的因素

路面回彈彎沉值是施工質(zhì)量的檢測和評定項目指標(biāo)，必須保證檢測數(shù)據(jù)的真實性，正確反映路面的整體強度。影響路面面層回彈彎沉測定因素主要如下：

（1）季節(jié)、溫度：通常，瀝青路面在一年中隨著季節(jié)變化，各時期具有不同的承載力，也就是說彎沉值不同。研究表明，在春融時彎沉值最大、路面承載力最低；溫度對彎沉的影響較明顯，溫度升高，彎沉值增大。

（2）軸載：路面彎沉值大小與測定軸載（輪重、輪壓、輪跡圓直徑）有關(guān)，軸載大彎沉值也大。

（3）路面結(jié)構(gòu)：路面結(jié)構(gòu)類型、厚度、路基土類型和狀態(tài)不同，彎沉值不同。

3.2 彎沉值驗收指標(biāo)

路基路面工程竣工驗收，通常采用壓實度和彎沉值兩種指標(biāo)來檢驗路基、路面的碾壓質(zhì)量，即所謂的“雙控（即控制壓實度和彎沉）指標(biāo)。但是，彎沉檢驗在實施過程中比壓實度檢驗更為方便、快捷，因此設(shè)計中必須提供路基和路面的彎沉值指標(biāo)。

但是，施工實踐可知：碾壓后的路基、路面，當(dāng)壓實度滿足要求后，實測彎沉值已比設(shè)計容許彎沉值小了許多。因此，名為“雙控”，實際上滿足壓實度驗收指標(biāo)就可以了。

3.3 彎沉值檢測存在的問題

《市政道路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》對瀝青混凝土面層作了驗收實測彎沉值小于設(shè)計規(guī)定值的檢驗標(biāo)準(zhǔn)。但是，在實際應(yīng)用中彎沉值指標(biāo)存在著不合理性，直接影響路面的質(zhì)量和使用年限：在瀝青路面驗收時，一般采用設(shè)計容許彎沉值作為檢驗標(biāo)準(zhǔn)，即實測彎沉值不大于設(shè)計容許彎沉值，就認(rèn)為符合標(biāo)準(zhǔn)。但是，容許彎沉值計算與交通量預(yù)測的準(zhǔn)確程度有關(guān)，該值考慮了路面各結(jié)構(gòu)層的材料參數(shù)、不同的基層類型和路面彎沉竣工后的各個不同階段彎沉變化與路面使用關(guān)系。因此，將設(shè)計文件中的設(shè)計彎沉作為質(zhì)量鑒定、竣工驗收的評判指標(biāo)，其值顯然偏低，以此控制質(zhì)量鑒定的指標(biāo)，會導(dǎo)致路面產(chǎn)生早期損壞。

4 結(jié)語

回彈彎沉的分析計算與檢測，在道路建設(shè)和設(shè)計中是非常重要的一項內(nèi)容，是施工中常用的一項方便、快捷的檢測指標(biāo)的手段。但是，很多設(shè)計人員對目前常用的各種設(shè)計、施工及驗收規(guī)范并未充分熟悉掌握，因而對彎沉值的理解產(chǎn)生片面不完整的認(rèn)識。本人通過工程實踐，根據(jù)理論分析總結(jié)了路面設(shè)計容許彎沉和施工檢驗彎沉之間的特點和差異，并通過對彎沉值概念的認(rèn)識、分析計算與推導(dǎo)，以及檢測驗收等注意事項等的闡述，希望大家對彎沉值這一指標(biāo)有更進(jìn)一步的掌握，了解其變化規(guī)律，才能做到在工程中對質(zhì)量控制心中有數(shù)。