维普资讯 http://www.cqvip.com 第２６卷第３期 重庆交通学 院学报 Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．３ ２００７年６月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＯＮＧＱＩＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｊｕｎｅ．２００７ 西部地区县乡公路设计参数敏感性 分析及土基等级划分 孔祥臣 ，吴晓伟 ，王加龙。，何兆益４ （１．厦门市市政开发总公司，福建厦门３６１００４；２．江苏省交通科学研究院江苏南京，２１００１７； ３．辽宁省交通勘测设计院，辽宁沈阳１１０００５；４．重庆交通大学土木建筑学院，重庆４０００７４） 摘要：分析西部地区县乡公路沥青路面典型结构设计参数的敏感性．通过对路基路面设计参数（结构层厚度和材料 模量）的变化对路基路面工作状态影响的研究，得到路面结构强度随各结构层设计参数变化规律，确定路面结构的 敏感性层位，推荐出设计参数的建议值，为县乡公路土基强度等级划分及路基路面的结构优化设计提供依据． 关键词：敏感性分析；路表弯沉；结构层厚度；结构层模量；土基等级 中图分类号：Ｕ４１６．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－７１６Ｘ（２００７）０３－００９２－０４ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｅｓｉｇｎ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ Ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｇｒａｄｅｓ ｉｎ Ｗｅｓｔ Ｃｏｕｎｔｙ Ｈｉｇｈｗａｙ ＫＯＮＧ Ｘｉａｎｇ．ｃｈｅｎ ，ＷＵ Ｘｉａｏ．ｗｅｉ ，ＷＡＮＧ Ｊｉａ—ｌｏｎｇ ，ＨＥ Ｚｈａｏ—ｙｉ （１．Ｘｉａｍｅｎ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｆｕｊｉａｎ Ｘｉａｍｅｎ ３６１００４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｒａｆｉｆｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１７，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉｌａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｓｈｅｎｙａｎｇ，１１０００５，Ｃｈｉｎａ； ４．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｗｅｓｔ ｃｏｕｎｔｙ ｈｉｇｈｗａｙ ＷａＳ ｍａｉｎｌｙ ｄｏｎｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｂａｓｅ ａｎｄ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｄｅｓｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（１ａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｎａｄ ｍａ－ ｔｅｉｒｌａ ｍｏｄｕｌｕｓ）ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ ｂａｓｅ ａｎｄ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｒｕｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｌａｙｅｒ ｄｅｓｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｆｏｕｎｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ａｌｓｏ ｄｅｃｉｄｅｄ．Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｓ ｔｈｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｄｅ－ ｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｌｓａｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇｒａｄｅｓ ａｎｄ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ；ｐａｖｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；ｐａｖｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ ｍｏｄｕｌｕｓ；ｓｕｂｇｒａｄｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｒｇａｄｅ 我国地区幅员辽阔，气候条件及土壤地质条件 面设计参数（结构层厚度、材料模量）变化对路基路 差异较大，适应不同气候和土壤地质条件的合理典 面工作状态的影响．借此研究可以得知路面的结构 型路面结构的种类比较繁多．主要是在分析出相对 强度随各结构层设计参数的变化规律，确定路面结 于西部地区的气候和水文地质条件下具有良好性 构中敏感性层位，并推荐出设计参数的建议值，有利 能、较长使用寿命的典型路面结构…的基础上，对西 于路基路面的结构组合设计．关于路基路面设计参 部地区县乡公路沥青路面典型结构设计参数的敏感 数敏感性分析，已作了一些研究，取得了一定的研究 性进行了分析并划分土基等级． 成果．文中主要分析了路基路面设计参数对面层表 路基路面设计参数的敏感性分析是研究路基路 面变形（即路表弯沉）、基层表面变形和路基表面变 收稿日期：２００６—０４—１９；修订日期：２００６—０５—３０ 基金项目：交通部西部科技项目（２００１—３１８－２２３－４５） 作者简介：孔祥臣（１９７８．），男，辽宁铁岭市人，硕士生，从事岩土工程研究． 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 重庆交通学院学报 第２６卷 着随着各结构层模量及土基模量的增加，路表弯沉 的变化越来越小，当厚度增加到一定程度后，弯沉的 不变的情况下随路基模量Ｅ。的增加，基层的厚度减 降低不明显．此时，增加模量对提高路面结构的承载 能力效果不明显．对于图１的路面结构，当Ｅ．＞６００ ＭＰａ时，路表弯沉变化很小，在增加面层模量对结 薄，各条曲线的变化趋势相同，均呈递减趋势，其递 减速率大致可分为４个等级：①当Ｅｏ＝２５－３５ ＭＰａ 时，曲线最陡，基层厚度递减得最快，在４．３—５．２ ｃｍ 构强度的影响不大，因此，推荐６００ ＭＰａ为面层模量 的建议值；同理，基层模量的建议值为８００ ＭＰａ左 ３．３－３．８ ｃｍ之间；③当Ｅ。＝４５—５５ ＭＰａ时，曲线变 右，底基层模量值为４００ ＭＰａ左右，土基模量的建议 值为５０ ＭＰａ左右． 之间；②当Ｅ。＝３５—４５ ＭＰａ时，曲线较前一段 要缓和一些，但也比较陡，基层厚度递减得较快，在 得较缓，基层厚度递减较小，大致在２．７－３．１ ｃｍ之 间；④当Ｅ。＝５５－７０ ＭＰａ，为旧路基，此时曲线更加 平缓，即路基对基层厚度的影响不敏感，路基强度划 分可稍微粗些．并且相邻路基强度等级对基层厚度 的影响量Ａｈ 大多数都在３－５ ｃｍ之间，说明表１中 对路基强度等级的划分是合理、可行的． ３５ ４）增加各层模量对降低路表弯沉的影响效果 依次为：土基、底基层、基层、面层． ３ 西部地区县乡公路路基强度等级划 分 根据结构参数的敏感性分析结果可知，士基强 度是影响路表弯沉的重要参数，也是路面结构设计 的基础参数，大量的工程实践证明，土基强度的高低 对路面结构设计厚度的影响非常敏感．路基强度等 － 逼蠹 翟 警 Ｏ 级的划分应以路基模量对路面设计厚度的影响为主 要依据．在制定典型结构时，应根据设计与施工经 验，相邻路基等级对基层和底基层厚度大致产生相 差３—５ ｃｍ和４—６ ｃｍ的影响为宜，这里主要根据 路基回弹模量的变化对路面基层厚度的影响程度来 路基模量ＡＰａ 图４基层厚度ｈ 随路基模量 变化 表２不同的 和 对基层厚度的影响量△．Ｉｌ 划分路基等级． 由调查的及现场实测的资料，并结合西部地区 的土壤地质、自然气候及路基的干湿状况，可知西部 地区县乡公路的路基模量：新建公路的路基模量处 于２５－５５ ＭＰａ之间；旧路基回弹模量处于５５—７０ ＭＰａ 之间．根据西部地区县乡公路的路基强度范围和划 分的依据，将西部地区县乡公路的路基强度拟定为 以下４个等级，如表１． 表１ 西部地区县乡公路路基强度等级划分 ４ 结论 通过对西部地区县乡公路典型结构的路表弯沉 的敏感性分析表明： １）结构层厚度 ①增加面层的厚度，可有效地降低路表弯沉，但 经济陛差，因而降低路表弯沉，比较经济有效的手段 是增加底基层的厚度，其次是增加基层的厚度． ②因为随着厚度的增加，路表弯沉的变化曲线 趋于平缓，当厚度达到一定值后，路表弯沉的变化量 为了分析公路路基强度对基层厚度产生影响的 不明显．此时，在用增加厚度来提高路面结构承载力 的方法，效果不好．以此为依据推荐在图１路面结构 的厚度建议值：基层为１８ ｃｍ；底基层为２０ ｃｍ． ２）各结构层模量及土基模量 敏感性，验证公路路基强度等级划分的合理性合理， 在弹性层状体系理论的基础上，拟采用图１的路面 结构进行分析，分别计算不同累计当量轴次 和路 基模量 条件下的基层厚度ｈ ，计算结果见图４和 表２． ①路表弯沉对土基模量 变化最敏感，特别是 Ｅ。＜３０ ＭＰａ时，路表弯沉随Ｅ。的减小而急剧增加； 由图４和表２可以看出，在面层和底基层厚度 其次是增加底基层、基层的模量，对降低路表弯沉是 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 孔祥臣等：西部地区县乡公路设计参数敏感性分析及土基等 比较有效的． ②路表弯沉随各层模量的增大而降低的曲线是 参考文献： 逐渐趋于平缓的，当厚度增加到一定程度后，路表弯 ［１］刘晓佳．西部地区县乡公路沥青路面典型结构研究 沉的降低量不明显．此时，增加模量对提高路面结构 ［Ｄ］．重庆：重庆交通学院，２００４． 的承载能力效果不好．并以此为依据提出，图１的路 ［２］ 申爱琴，孙增智，王小明．陕西沥青路面典型结构设计 面结构各层模量的建议值：面层为６００ ＭＰａ左右；基 参数敏感性分析［Ｊ］．内蒙古公路与运输，２００１，（１）： 层为８００ ＭＰａ左右；底基层为４００ ＭＰａ左右；土基模 ３１—３３． 量的建议值为５０ ＭＰａ左右． 『３］ 王学军．秦皇岛市沥青路面典型结构研究［Ｄ］．天津： ３）根据公路路基强度对基层厚度产生影响的 河北工业大学，２００２． 敏感性，将西部地区县乡公路的路基强度划分如表 ［４］林绣贤．柔性路面设计方法［Ｍ］．北京：人民交通出版 １的４个等级． 社，１９８８． （上接第６４页） 缝机沿原路面纵横缝清理一遍，清除缝内污物，灌水 底、缝窄，灌缝不够密实等施工缺陷，有８６条横缝反 用刷把清洗后，用棉纱抹干净，待缝晾干后灌入特制 射到沥青砼面层，但纵缝未反射到面层，仅占纵、横 的半刚性活性微粉乳化沥青胶液封闭纵、横缝，然后 缝总长度１０．４％左右，补强效果较好，但也有待深 顺缝铺设３０ ｃｍ宽度的１０ Ｘ ｌ０ １．钢丝网，骑在缝 入研究、总结和完善．特别是原水泥砼路面的横缝由 中，两侧各１５ ｃｍ，用铁板顺着钢丝网纵向加力压 于缝隙较小，缝内的污物不易清除干净，影响补强效 平；然后再铺筑强度Ｃ５０、钢纤维掺量 ：１．０％的 果，其施工工艺尚有待深入研究和完善． ＲＰＦＣ用手动平板振动抹平，养护１￣－ｄ，如图７． ５ 结 论 ＲＰＦＣ是一种抗裂性能优良的路面裂缝修补材 盟丝网 ｃ 匝∑ 墨 窭／ ／ ＿－－＇ ， ｍ 料，对于旧水泥砼路面加铺沥青砼罩面防治原有路 熟丝／刈 原砼面板 丰 面裂缝反射补强效果良好，比传统的增铺厚度２０ ２５ ｃｍ水泥稳定碎石基层或土工格栅、土工布、油毡 图７Ⅲ型裂缝补强 等方法，工期短、工程造价低，防治反射裂缝性能较 好，是一种有待继续深入研究和探索的新材料和新 ３．４半刚性沥青砼罩面 待ＲＰＦＣ处治旧砼路面强度达到７０％以上后， 技术，对我国旧砼路面改造有很大的应用前景． 在原路面上撒布０．３—０．５ ｋｇ／ｍ 粘层油后摊铺沥 青砼罩面层．沥青砼罩面结构如图８． 参考文献： ［１］蒙云 大跨度Ｐ．Ｆ．Ｃ．吊拉组合索桥研究［Ａ］ 全国 第六届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论文集［Ｃ］・ 重庆：国外交通科技编辑部，１９９６：１８１—１８５． 『２］ 孙淑红，钟轶峰，蒙云．三钢混凝土梁正截面力学试 验研究［Ａ］．全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术 图８沥青砼罩面结构 会议论文集［ｃ］．北京：中国铁道出版社，１９９８：９５－１０１・ 『３］ 钟轶峰，孙淑红，蒙云．三钢混凝土梁斜截面抗剪试 ４补强效果评价 验研究［Ａ］．全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术 试验路于２００５年９月３０日开工，１１月７日竣 会议论文集［ｃ］．北京：中国铁道出版社，１９９８：１０１— 工，全长１ ｋｍ，总面积为１０ ３４０ ｍ ，Ｉ型裂缝２５１．２ １０７． ｍ。ＩＩ型裂缝ｌ５１．９ ｍ ，Ⅲ型裂缝３ ３１ｏ ｍ．试验路铺 『４］孙淑红，钟轶峰，蒙云．三钢混凝土梁疲劳试验研究 筑前后遭遇寒潮，连续降雨十余天，温度骤降６～ 『Ａ］．全国第七届纤维水泥与纤维混凝土学术会议论 ８￣Ｃ，经受了重庆ｔｇＮ＇＿近年来最低气温的考验和重型 文集［ｃ］．北京：中国铁道出版社，１９９８：１０７—１１１・ 车辆运营的检验，运营至今，目前尚未发现Ｉ型、Ⅱ ［５］ 顾强康，冷培义．水泥混凝土路面上沥青加铺层反射 型裂缝反射到沥青砼面层，Ⅲ型裂缝由于清缝不彻 裂缝试验研究［Ｊ］ 中国公路学报，１９９９，（１）：２１－２７．