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3 6 道路交通 城 市道桥与 防洪 2 0 1 2 年4月第 4 期 沥青混凝土路面回弹弯沉计算与检测验收 童景盛 ( 中国市政 工程西 北设计 研究 院有 限公 司 ， 甘 肃兰 州 7 3 0 0 0 0 ) 摘 要 ： 回弹弯 沉 值是 路面 设计 和检 测 的一 项重 要指 标 ， 结合 工 程实 践 阐述 了沥青 混凝 土 路面 回 弹弯沉 值 在路 面检 测 中 的 作用和变化规律， 并通过对如何进行弯沉值计算 、 注意事项和检测验收影响因素等内容的归纳 ， 目的是为工程实践提供一些 切 实可行 的参 考依 据 。 关键词：回弹弯沉； 弯沉值计算； 检测与验收 中图分 类号 ： U 4 1 6 2 1 7 文献标 识码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2) 0 4 0 0 3 6 0 4 0 引言 沥青 混凝 土路 面质 量 控制 主要 采 用 回弹 弯 沉 、 弯拉应力和剪应力三项指标 。回弹弯沉的分析 计算 与检测 ，是道路建设 中质量控制非常重要的 环节 ，是表征沥青路面各结构层整体刚度的设计 指标 ，是现行规范关于沥青路面设计方法 中进行 路 面结构层厚度计算 的主要指标。 但 在 目前 常用 的规范 公路沥青路面设计规 范 ( J T G D 6 0 2 0 0 6 ) 、 公路工程质量检验评定标 准) ( J T G F 8 0 1 2 0 0 4 ) 、 公路路面基层施工技术规 范) (J T J 0 3 4 2 0 0 0 ) 中， 分别提出检测的内容和要求 各不相同。 对设计及施工人员来说， 若对这些规范 的 内容模糊并未充分熟悉掌握 ，很容易对 回弹弯 沉认识错误。因此 ， 就如何对沥青混凝土路面回弹 弯沉 进行 分析 计算 与检 测进 行总结 是非 常 必要 的 1 路面 回弹弯沉的分类、 作用及变化规律 1 1 回弹弯沉分类 回弹弯沉分为容许弯沉、设计弯沉和计算弯 沉 。 ( 1 ) 容许弯沉 容许弯沉是合格路面在正常使用期末不利季 节 ，路面处于临界破 坏壮态时 出现 的最大 回弹弯 沉 ，是从设计弯沉经过路面强度不断衰减的一个 变 化值 ，理 论上是 一个 最低值 。计 算公式 ： l R = 7 2 0 N A 。但最新规范 公路沥青路面设计规 范) ( J T G D 6 0 2 0 0 6 ) 中， 对容许弯沉值控制指标并 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 1 - 2 3 作者简介： 童景盛( 1 9 7 3 一) ， 男 ， 甘肃会宁人， 高级工程师， 从 事公路 与城 市道路 、 桥 梁工 程设计 与研究 工作 。 未明确要求 。 通过工程实践认为 ，现行 的路表容许弯沉设 计公式是根据大量统计资料归纳 、经验总结 出来 的 ， 不是理论 推导并有事实为依据。因此 ， 设计容 许弯沉和施工检验弯沉的计算方法( 包括参数 ) 不 能互相混淆 ：设计采用 的计算公式或取用 的参数 对于设计而言是安全 的 ，而对于施工检验弯沉来 说反而是不可靠的 。路 面设计公式 中的回弹模量 与弯沉互成反 比关系足以证 明。 ( 2 ) 设计弯沉 设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指 标 ，是根据设计年限内一个车道上预测通过 的累 计当量轴次 、 道路等级 、 面层和基层类型 而确定 的 路面弯沉设计值 ， 是路面厚度计算 的主要依据 。路 面设计弯沉值可以作为路面竣工后第一年不利季 节 、路 面温度 为 2 0 时在标 准轴载 1 0 0 k N作 用 下， 竣工验收的最大回弹弯沉值 ， 理论上是路面使 用周期中的最小弯沉值，是路面验收检测控制的 指标之一 。 ( 3 ) 计算弯沉值 计算弯沉值分检测计 算弯沉值和理论计算弯 沉值 。 a检测计算弯沉值 通过对路基 、 路面和 旧路进行弯沉检测 ， 并通 过分析 、 计算所得到的代表值 。主要作为评定路基 路 面状况和补强设计。 b 理论计算弯沉值 路 面基层 、 底基层 、 路基基层等在设计 时均要 求计算出其弯沉设计值 ，在竣工检测时也要检测 其值 ， 检验其强度是否满足设计要求。 1 2 弯沉值的作用 弯沉值是用来表征路基 、路 面各结构层抵抗 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年4月第 4 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 3 7 竖直变形能力的大小的参数。弯沉值越大 ， 说明结 构层强度越低 。弯沉值的作用概括如下 ： ( 1 ) 评价路基 、 路 面各 结构层均匀性 的重要指 标 道路建设范 围较大 ，即使 同一路段 ，纵坡 、 土 基填料、 填挖方高度等均不同， 引起路床强度相差 较大 ， 会导致在强度薄弱处首先 出现早期破损。因 此 ， 设计 中非常重视路基 、 路面各结构层 次强度 的 均匀性 。均匀性 的控制一方面在施工 中通过材料 的进场 、 摊铺 、 平整 、 碾压等工艺流程进行控制 ； 另 一 方面采取压实度 、 厚度 、 平整度等指标 作为评 价 均匀性的辅助检验评价指标 。但 由于检验这些指 标 的频率低 ，很难综合评价结构层的均匀性 。因 此 ， 应加 大弯沉检测频率 ， 才更客观的评价路面弯 沉情况 。尽管 目前验收评定标准取消弯沉作为验 收检查项 目，但本人认为 ，弯沉值有必要作为设 计 、 施工指标控制 的基本要 求的一个项 目， 或者说 将弯沉检验作 为施工质量控制 的必检项 目更为合 理 。 ( 2 ) 综合评价路基或路面结构强度的指标 车辆荷载在路基 、 路面结构 中产生 的有效作用 区通常在 1 52 0 m范 围内，路面各结构层顶面 检测 的弯沉值包含有一定厚度土基及其相应下承 层 的强度 。因此 ， 弯沉是一个综合反映路基路 面整 体强度的指标。 ( 3 ) 弯沉值 的检测 ， 可控制土基或基层下承层 的施工质量 弯沉值 的检测结果能够综合反映基层 、 下承层 甚至土基的强度和均匀性 。土基 、 底基层 、 基层竣 工后 可能要相 隔一段 时间才能进行 下一道工 序 。 期间由于气候水分等因素变化，会引起基层 自身 强度和稳定性 变化 。若 因土基或底基层施工质量 问题引起基层 弯沉值过大 ，在施工期间可通过弯 沉值 的检测 ， 及时发现并处理这些薄弱部位 ， 达到 控制基层施工质量的 目的。 1 3 路面弯沉的变化规律 路面各 结构层 的材料组成 、 结构类型 、 压实程 度 、 温湿度环境 、 检测 时的仪器设备等因素均会对 弯沉的大小产生影响。因此， 路表弯沉的变化， 是 一 个多方面因素综合 的复杂过程。总的来说 ， 沥青 路面的表面弯沉变化过程分为三个 阶段 ： ( 1 ) 第一阶段： 路面竣工后的前 1 2 a 。这一 阶段 ，因车辆荷载 的重复碾压 ，各结构层渐趋 压 实 ， 加之半 刚性基层材料随着 龄期 强度增 长 ， 导致 路表弯沉将逐渐减小 ， 约在路面竣工后的第 2年达 到最小值 。 ( 2 ) 第二阶段 ： 路面竣工后的第 2 a到第 3 a 。 这一阶段 ， 路表弯沉不断增长 。原 因是 ， 一方面 ， 半 刚性基层 的强度增长 已十分缓慢 ， 并逐渐趋于相对 稳定状态 ；另一方面 ，车辆荷载的重复作用 以及 水 、 温度状况的变化等因素 ， 导致路面结构强度产 生不均匀性 ， 结构内部产生的微观缺陷因局部范围 的应力集中而扩展 ，并会产生小范 围的局部破坏 ， 导致路面结构整体刚度下降，使路表弯沉急剧增 大。若设计 中未严格控制工程质量 ， 则实施中有可 能在这一阶段 出现局部路面 的早期破坏。 ( 3 ) 第 三阶段 ： 弯沉变 化一路面竣工 3 4 a后 直至达到极 限破坏状态。这一阶段 ， 路面 由于各种 因素产生局部强度不足等 问题已充分暴露 ， 内部缺 陷积蓄的高密度能量也扩展转移， 自动实现系统的 能量平衡 ， 从而使结构内部损伤发展得到抑制。路 面结构 的整体 刚度重新达到一种新 的较低水平 的 相对稳定 ， 路表弯沉进入了一个相对稳定 的缓慢变 化阶段一结构疲劳破坏的稳定发展 阶段 ， 并会一直 延续到路面结构出现疲劳破坏 。 工程实践证明， 路面竣工后的 l 2 a 间， 路表 弯沉值最小。 此期间路面整体结构处于最大刚度状 态。在测定材料参数时 ， 养生最长 的基层材料的设 计龄期也只有 6 个月， 正好接近于路面竣工后第一 年的不利季节 。大量统计结果表明， 沥青路面弯沉 变化及竣 工后第一年不利季节 的弯沉值与最大 刚 度状态所对应的弯沉值较接近。因此， 规范将路面 竣工后第一年不利季节近似地假定为路面整体结 构的最大刚度状态 ，作为沥青路面的设计状态 ， 也 是路面弯沉代表值 的状态。 2 路面设计弯沉值的计算 2 1 路面顶面设计弯沉值计算 路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的 指标 ，是路面厚度计算的主要依据 。计算公式 ： a = 6 0 0 N 0 4 ，见 公 路沥青 路 面设计 规 范 ( J T G D 6 0 2 0 0 6 ) 。分为设计值和实测值计算。 ( 1 ) 沥青路面面层回弹弯沉的设计值计算 路面设计时使用累计当量轴次， 当以回弹弯沉 值为设计指标及沥青层层底拉应力验算 时， 凡轴载 大于 2 5 k N的各级轴载 ( 包括车辆的前 、 后轴 ) 的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 道路交通 城市道桥 与防洪 2 0 1 2 年 4 月第 4 期 作用次数 n i 换算成标准轴载 P的当量次数 N。 ( 2 ) 沥青路面面层回弹弯沉的实测值计算 路面回弹弯沉设计值是根据双圆垂直均布荷 载下的弹性半空间体理论计算得出的，而理论假 设与实际状 态之 间存在一定的差异 ，为 了检验路 面强度是否达到设计要求 ，需对弯沉设计值进行 修正。根据大量的实测资料， 得到弯沉实测值与设 计值的关系式 ： f s： 1 0 0 0 筚 F E 0 式 中 ： 一路面弯沉实测值 ； p 一标准车型 的轮胎接 地压强 ； 一标准车型 的当量半径 ； 卜 弯沉综合修 正 系数 ； c -理 论 弯沉 系数 ； 为 土基 回弹模 量 值 。 2 2 路基 、 路面基层设计弯沉值计算 ( 1 ) 路基顶面设计弯沉值 根据 公路路面基层施工技术规范 ( J T J 0 3 4 2 0 0 0 ) ， 土基 回弹弯沉 的计 算 ， 首先 应确定 土基 回 弹模量 E n ， 查 附录或通过实测可得相应 区域不利 季 E 。 ，然后按下式计算路基顶面设计弯沉值 9 3 0 8 E 0 - 0 9 3 8 ( 0 0 1 m m) 。 ( 2 ) 路 面底基层顶面设计弯沉值 根据 公路路面基层施工技术规范 ( J T J 0 3 4 2 0 0 0 ) ， 底基层顶面回弹弯沉计算步骤： a 根据土基和底基层材料的 回弹模量计算值 E 。和 E 以 及 底 基 层 的 厚 度 h 。 ，计 算 模 量 比 K ， E E 。 及 比值 h l 8； K 为底基层材料季节影 响 系数 ； b 查附图底基层表面弯沉系数 a L ； c 计算弯沉综合修正系数 F = 3 6 4 3 a 1 ； d 计算底 基层 顶面 回弹弯沉 l l = 2 P 6 a L F E o K ( P 一后轴重 1 0 0 k N卡车轮胎的单位压力 ； K。 一季节 影响系数) 。 ( 3 ) 路面基层顶面设计弯沉值 路面基层回弹弯沉设计值的计算与底基层类 似 ，不 同之处 在于将底基层换算 为与基层材料相 当的当量厚度。 a 根据底基层顶面的弯沉系数 a L 对底基层 进行当量换算。 b 由 h 2 8与 h 2 8之和及 K 。E d K E 的值 ， 查 附图可得基层相应 的 a L ； c 求 F 2 = 3 6 4 3a L ； d 根据 2 P 8 a L F E o K 计算基层顶面回弹弯 沉 。 2 3 规范对弯沉值的要求 公路沥青路面设计规范 ( J T G D 6 0 2 0 0 6 ) 规 定了路面顶层 的设计弯沉计算公式和方法 ，但未 提出路基 、路面基层的弯沉计算方法 ； 公路工程 质量检验评定标准 ( J T G G 8 0 2 2 0 0 4 ) 仅提出要求 检测路面顶层和土质路基 回弹弯沉 ，未提 出检测 路面基层弯沉的检测项； 公路路面基层施工技术 规范) J T J 0 3 4 2 0 0 0中则补充规定了路基、路面基 层的相应 回弹弯沉的计算检测标准 。 路面弯沉不仅能够反映路面各结构层及土基 的整体强度 和刚度 ，而且与路 面的使用状态存在 一 定 的内在联系 ， 同时弯沉值 的测定也 比较方便 。 所以我国现行 的沥青路面设计方法采用设计弯沉 作为路面整体刚度的设计 指标 。 现行柔性路 面设计规范是 以设计容许弯沉作 为控制指标 ， 但在施工规范 中 ， 采用压实度作 为验 收控制指标 ，将弯沉检验作 为参考值 。实际操作 中，压实度表示某一有限厚度 的路 面结构层经碾 压后的相对密实程度 ，弯沉表示被钡 4 路面结构层 以下各层( 包括路基) 在汽车标准轴载下产生的总 位移 。两者均可反 映路基 、 路面 的碾压质量 ， 但 在 理论上却没有关联。因此，路面结构体系的复杂 性 ， 不能使设计与施工统一标准 ， 显然带来很 多不 便 。 城 市道 路沥 青路 面按 弯 沉设 计 路 面结 构 之 外 ， 还须对沥青混凝土面层和半 刚性基层 、 底基层 进行层底拉应力的验算 。但是当弯沉值 满足规范 要求时 ， 沥青混凝土面层和半刚性基层 、 底基层 的 层底拉应力和能够满足设计要求 。 2 4 采用公式计算弯沉值注意事项 设计 时须注意 ，不能照搬路面设计公式计算 施工检验弯沉 ， 原 因如下 ： 首先 ， 柔性路面结构体系 比较复杂 ， 它是 以层 状结构支撑在无限深的路基上 ，各层材料性质具 有各向异性 ， 而且会 受到周 围环境气候 、 水文地质 等因素影响。 其次 ， 路面上汽车荷载分布的不均匀性 ， 想要建 立一个精确的、 通用的路面结构设计数学模型几乎是 做不到的。所以， 规范采用的路面设计理论是经过某 些假定 、 简化过程的半理论 、 半经验的设计方法。 此外 ， 路 面计算公式 中没有 明确安全系数 ， 但 在推导公式过程 中 ， 假定 、 简化 以及经验资料的分 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 4 月第 4 期 城 市道桥 与防洪 道路交通 3 9 析取值都是偏安全考虑 的。也就是说 ： 通常情况下 规范采用 的路面设计方法是偏保守的。 但从设计角度来说， 无论是计算公式、 方法还 是采用 的设计参数 ， 若照搬来计算施工检验弯沉却 是不可靠。例如确定筑路材料 回弹模量 的大小 ： 对 于设计而言取小一些计算出的路面结构偏厚 ， 偏安 全。但较小的回弹模量计算出的弯沉值偏大， 若以 此弯沉作为施工检验指标 ，无疑是人为降低 了路 基 、 路面的强度指标 ， 与真实情况不符 。但如果适当 加大路基 、路面的回弹模量值再重新计算 检验弯 沉 ， 显然当计算至路表顶面弯沉时必然与原设计容 许弯沉值不符， 产生矛盾。因此， 采用规范公式来计 算路基 、 路面各层次的施工检验弯沉显然是不妥。 3 路面弯沉检测与验收 弯沉检测虽在施工验收规范 中未列入主要验 收项 目，但 由于它简便 易行仍在施工现场被普遍 运用。目前工程上广泛使用贝克曼梁弯沉仪， 其使 用方法主要要点有 ： ( 1 ) 弯沉测试频率 ： 测定代表弯沉值时 ， 应 以每 公里每一双车道为一评定路段。每路段检查 8 O 1 0 0个点。 对多车道道路必须按车道数 与双车道之 比， 相应增加测点数 。 ( 2 ) 温度修正 ： 对于沥青路面来说 ， 弯沉强度 测定是在沥青路面上进行的 ，而表层 区域受天气 影响变化较大 ， 夏天沥青路面发软 ， 冬天又变硬发 脆。因此 ， 需要定 出一个温度为测定弯沉 的标准状 态。路面弯沉值是以 2 0 。c为测定沥青路面弯沉 值的标准状态 ，根据沥青面层厚度 ，进行温度修 正 。 3 1 影响回弹弯沉测定的因素 。 路面 回弹弯沉值是施工质量 的检测 和评定项 目指标 ， 必须保证检测 数据 的真实性 ， 正确反映路 面的整体强度。影响路面面层回弹弯沉测定因素 主要如下 ： ( 1 ) 季节 、 温度 ： 通 常 ， 沥青路面在一年 中随着 季节变化 ， 各时期具有不同的承载力 ， 也就是说 弯 沉值不同。研究表 明， 在春融 时弯沉值最大 、 路 面 承载力最低 ；温度对弯沉 的影响较 明显 ，温度 升 高， 弯沉值增大。 ( 2 ) 轴载： 路面弯沉值大小与测定轴载( 轮重、 轮压 、 轮迹圆直径 ) 有关 ， 轴载大弯沉值也大 。 ( 3 ) 路面结构 ： 路面结构类型 、 厚度 、 路基土类 型和状态不 同， 弯沉值不 同。 3 2 弯沉值验收指标 路基路面工程竣工验收 ，通 常采用压实度 和 弯沉值两种指标来检验路基 、 路面 的碾压质量 ， 即 所谓的“ 双控( 即控制压实度和弯沉 ) 指标。但是， 弯沉检验在 实施过程 中 比压实度检验 更为方便 、 快捷 ，因此设计 中必须提供 路基和路 面的弯沉值 指标 。 但是 ， 施工实践可知 ： 碾压后 的路基 、 路面 ， 当 压实度满足要求后 ，实测弯沉值 已比设计 容许弯 沉值小了许多 。因此 ， 名为“ 双控 ” ， 实际上满足压 实度验收指标就可以了。 3 3 弯沉值检测存在的问题 市政道路工程质量检验评定标准对沥青 混凝土面层作 了验收实测弯沉值小于设计规定 值 的检验标准 。但 是 ， 在实 际应 用 中弯沉值 指标 存在着不合理性 ， 直接影响路面的质量和使用年 限 ： 在沥青 路 面验 收时 ， 一般 采用设 计 容许 弯沉 值作为检验标准， 即实测弯沉值不大于设计容许 弯沉值 ， 就认为符合标准。但是 ， 容许弯沉值计 算 与交通量预测 的准确程 度有关 ， 该值考 虑 了路 面各 结构层 的材料参数 、 不 同的基层类 型和路 面 弯沉竣工后 的各个不 同阶段弯沉变化与路面使 用关 系 。因此 ， 将设 计文件 中的设计弯沉 作为质 量鉴 定 、竣工 验收 的评判 指标 ，其值 显然偏低 ， 以此 控制质量 鉴定 的指标 ， 会 导致路 面产 生早期 损 坏 。 4 结语 回弹弯沉 的分析计算与检测 ，在道路建设 和 设计 中是非常重要 的一项 内容 ，是施工 中常用 的 一 项方便 、 快捷的检测指标 的手段 。但是 ， 很 多设 计人员对 目前常用 的各种设计 、施工及验 收规 范 并未充分熟悉掌握 ，因而对 弯沉值 的理解产生 片 面不完整的认识 。本人通过工程实践 ， 根据理论分 析总结 了路面设计容许弯沉 和施工检验弯沉 之间 的特 点和差异 ， 并 通过对弯沉值概念 的认识 、 分 析 计算与推导 ， 以及检测验收等注意事项等的阐述， 希望大家对 弯沉值这一 指标有更进一 步 的掌握 ， 了解其变化规律 ，才能做到在 工程 中对质量控制 心中有数 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m