[01397038]公路路基回弹模量的研究

1.任务来源：交通部西部交通建设科技项目管理中心。项目名称：“公路路基回弹模量的研究”（编号：2001-318-825-94）(2001～2006)。2.应用领域和技术原理：主要应用于路基路面工程，也可供其它土木工程领域的路基工程和地基工程等参考。通过现场调查、室内外试验和理论分析等研究手段，提出一套科学合理的适合我国高等级公路建设实际的路基回弹模量取值标准、试验测试方法、路基路面设计方法和施工质量控制方法等，为路基路面设计规范、施工技术规范和试验规程的修订提供科学合理的依据和参数。3.性能指标：1)采用正交试验法和蒙特卡罗法结合弹性层状体系理论分析及大量的室内外试验验证，提出了不同公路等级和不同土质类型的路基回弹模量测试控制标准，以及室内承载板、现场承载板和贝克曼梁等常用测试方法的改进措施，并通过考虑保证率和环境因素的修正提出了确定路基回弹模量设计值的方法，为路基回弹模量设计取值和测试方法改进提供了依据。2)根据全国各地区近100段高等级公路路基的调查和室内外对比试验，分析了重轻型两种压实标准及不同填挖类型和不同土组类型等特殊路段的路基回弹模量及各种施工质量检验指标的差异，提出了重型压实标准的路基回弹模量提高系数及二级公路自然区划各土组路基回弹模量的参考值。同时，采用回归分析方法建立了路基回弹模量与施工质量检验指标之间及各物理力学指标之间的相关关系，从而为查表法修订与路基路面设计和施工提供参考。3)提出了FWD和PFWD测试路基模量的反算方法及快速检测的试验规程，并通过大量对比建立了与常规测试方法的相关关系。同时，根据动力半空间理论专门研究了基于PFWD的路基模量动力反算，建立了同时反算路基设计指标（模量）和施工控制指标（压实度）的方法。另外，根据微波加热原理研究了路基含水量快速检测方法，确定了微波加热时间、控制温度和测试要求等，从而实现了设计和施工控制的路基快速检测技术。4)对粘性土和砂性土两种土质进行了为期两年的路基含水量长期跟踪观测并结合室内试验，分析了分层含水量的变化规律，建立了路基含水量与时间及气候因素、路基回弹模量与含水量之间及随时间变化的相关关系，从而确定了路基含水量设计值的计算方法，据此结合路面结构的疲劳损伤，提出了适合我国实际情况的轴载换算的季节修正系数、路基顶面压应变控制指标和路基有效回弹模量的确定方法，为路面设计方法修订提供了依据。5)在室内大型土工直槽采用粘性土，进行了路基内部压应力和变形的测试，从而验证了路基回弹模量测试控制标准、路基的应力应变特性及PFWD快速检测路基模量的方法，并提出了现场承载板法的直径修正和测试路基回弹模量的滞回圈法。6)提出了设计和施工各阶段路基回弹模量确定方法，其中，可行性研究阶段采用查表法，初步设计阶段采用室内试验法，施工图设计阶段采用现场检测法，施工过程控制阶段采用PFWD快速检测法，施工质量检验阶段采用换算法和弯沉法，竣工验收和使用阶段采用FWD快速检测法。4.与国内外同类技术比较：由于路面结构设计体系不同，国际上路基回弹模量的确定主要以室内动静三轴试验为主，并结合季节性变化规律和路面结构的疲劳损伤确定设计值，而国内以现场承载板法为主，且一直沿用20世纪60～70年代低等级公路（二级及二级以下公路）的轻型压实标准调查结果；同时，在工程应用中，存在路基设计指标与施工指标不统一的问题，且缺乏特殊路段取值及快速可靠的测试方法。为此，该项目结合我国80年代后高等级公路特别是高速公路的发展现状，继60～70年代后对全国高等级公路路基回弹模量进行了第二次大规模的调查研究，并进行了路基回弹模量和路基含水量的快速检测技术、季节性变化规律及直槽验证研究，所得主要成果在国内均属首创，特别是在国际上首次采用动力半空间解析解提出了路基动力反算方法，填补了该方面理论研究的空白。5.成果的创造性、先进性：1)提出了路基回弹模量的测试控制标准、各种常用室内外测试方法的改进措施、重型压实标准下的参考值及其与施工质量检验指标的相关性，并通过室内土工直槽的试验验证，明确提出了不同阶段路基回弹模量的确定方法，从而保证了设计和施工的一致性，这在国内属首创。2)研究了路基回弹模量和路基含水量的快速测试方法及随时间变化规律，提出了适合我国的路基回弹模量变化的路面设计方法，从而为与国际接轨提供了依据，这在国内处于领先水平。3)采用动力半空间理论获得了路基在PFWD冲击荷载作用下的动力响应解析解，从而在国际上首次提出了基于动力解析解的路基动力反算方法，实现了同时检测路基设计指标（模量）和施工指标（压实度）的反算技术。6.作用意义：为我国高等级公路路基回弹模量的取值标准、测试方法和施工控制等提供科学合理的依据，充实现行规范和规程的不足，从而对提高我国公路路基路面的设计水平、施工质量和使用品质具有重要的推动作用，具有不可估量的社会经济效益。7.推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见：该项目研究成果可为路基路面设计规范、施工技术规范和试验规程的修订提供路基回弹模量的设计参数、施工控制指标和试验测试方法等，同时，可为路基路面的设计和施工的工程应用提供依据和参数。由于路基回弹模量的影响因素众多及研究侧重点的取舍，有两个问题有待进一步研究：1)结合各地实际条件，加强路基回弹模量和路基含水量及其季节性变化规律的广泛调查。2)进一步研究路基回弹模量取值与路面设计方法和施工质量控制的匹配性。