r道路土基回弹模量及其在路面结构中的影响.doc
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1、道路土基回弹模量及其在路面结构中的影响吴祖德(常州市建设工程施工图设计审查中心, 江苏213003)摘 要 本文介绍道路土基回弹模量确定方法及其自身的影响因素,并经综合分析,对道路土基模量在沥青路面和水泥路面结构中的作用、地位及其影响因素,特别是借鉴对常州地区的沥青路面的综合分析,有助于设计人员进一步经济、合理地搞好道路的路面设计。关键词 土基回弹模量 土质 含水量 压实度 季节变化 常州情况Uterine within film hyperplasia syndrome, ovarian cyst, and tumor (common type), pelvic inflammatory s
2、ex mass uterine within film cancer the 5 cases prostate hyperplasia, prostate inflammatory, prostate cancer, testicular tumor (common type) cryptorchidism, testicular development not full, Deputy testosterone inflammatory, testicular inflammatory, fine SAC cyst, fine cable varicose veins, semen cyst
3、, sheath film product liquid, fine SAC cyst, fine cable reverse the 5 cases cardiovascular system congenital heart (common type), rheumatic valve disease, expansion type, and hypertrophy type myocardial disease. (Four) about nuclear medical Qu Wan ying Editor. nuclear medical Pei Zhuguo Editor. imag
4、e nuclear medical Chen haozhu Editor, practical within science Chinese medical will Editor. clinical technology operation specification nuclear medical fascicles Chinese medical will Editor. clinical clinic guide nuclear medical fascicles Pan Zhongyun Editor, clinical nuclear medical Wang Shizhen Ed
5、itor, molecular nuclear medical participation revised implementation rules personnel Li Minghua, chenkemin, Geng Daoying, Liu Shiyuan, song Wang, Hu Bing, Xu Zhizhang, Zhao, Sun Xiaoguang amendment date: 2010-2-25 Medical test section physician training rules medical test section (and said test medi
6、cal section) is to diagnosis, and prevention, and treatment human disease or assessment health provides information for purpose, on from human of material for biology, and microbiology, and Immunology, and biochemistry, and blood Immunology, and blood learn, and biological physics, and cytology, tes
7、t of clinical two level subject, its laboratory work has to clinical provides test information Advisory (including test results explained and for further appropriate check provides recommends), and participation clinical51 前言我国水泥混凝土路及沥青混凝土路路面的设计方法中,在路面结构设计中路基力学性能参数都是采用的土基回弹模量,它是我国路面设计的重要力学参数,它的确定直接影
8、响到其它参数的选择与结构设计的结果。由于土基的受力特性是由构成土基的物理性质与土受力时的非线性决定的,所以土基的应力应变关系呈非线性,它的弹性模量是一个条件变量,是随应力应变关系改变而变化的。为了使设计方法不复杂化,必须根据土基在路面结构中的实际工作状态对其非线性的性质作相应的修正或简化处理,再加上受土基物理性质的影响,环境因素的影响,土基回弹模量是一个关于土的类型、含水量、压实度以及荷载类型、作用时间等的复杂函数,使其数值的确定比较困难,尽管多年来不少研究者致力于此方面的研究,但目前仍存在不少问题。本文主要叙述对土基回弹模量的确定,及其变化对沥青路面与水泥混凝土路面的影响分析。2 土基回弹模
9、量的确定2.1 承载板现场实测法 是在已建成路基上,在不利季节用大型承载板测定土基00.5mm(路基软弱时测至1mm)的变形压力曲线,通过30cm的承载板,对土基逐级加载、卸载的方法,测出每级荷载下的相应的土基回弹变形值,排除显著偏离的回弹变形异常点,绘出荷载P与回弹变形值L的P-L曲线,如曲线起始部分出现反弯应按图1修正原点O,O则是修正后的原点。 图1 修正原点示意图最后取结束试验前的各回弹变形值按线性回归方法由式(1)计算求得土基回弹模量E0值。 (1)式中:E0相当于各级荷载下的土基回弹模量值(MPa);0土的泊松比,土基一般取为0.35; D 承载板直径(30cm); Pi、Li承载
10、板各级压强(MPa)及其对应的回弹变形值(cm)。 E0值大多数呈微凸形,少数(土较干而密实时)具有近似线性关系。因而,回弹模量值仍是随着荷载压力而减小的变量,应按路基实际受到的压力(或回弹弯沉)大小来取值。但承载板试验至什么情况结束,现在没有统一的做法。对与干燥、中湿状态路基的应力、应变PL曲线基本为线性关系,E0值的变化不大,基本是稳定的。对高速、一级、二级公路半刚性基层沥青路面,由于路面较厚,模量较高,交通荷载传递到路基的受力往往小于0.1MPa,变形小于0.30.5mm。虽然可采用0.1MPa前的应力应变曲线计算E0值,但因其应力小变形小,计算的E0值分散性大,甚至失真,因此建议采用0
11、.51mm前的曲线计算E0值比较合理;而当路面较薄,公路等级较低时,路基受力较大,变形就可能达到0.51mm。因此,应根据实际情况而定。公路部门多年使用变形到1mm结束。2.2 采用弯沉仪测定土基回弯沉值(1)“公路沥青路面设计规范”(JTG D50-2006)5.1.8中的公式如下: (2)式中: 路基设计弯沉值(0.01mm); P,测定车轮胎接地压强(MPa)为0.7 MPa与当量圆半径(mm)为106.5mm; 土基的泊松比。一般为0.35 0均匀体弯沉系数,取0.712; EOD路基设计回弹模量(MPa); K1不利季节影响系数,可根据当地经验确定。在实测某路段土基回弹模量后,可通过
12、下式确定某路段土基回弹模量设计值: (3)式中:某路段土基回弹模量设计值; 、S某路段实测土基回弹模量平均值与标准差 保证率系数,高速公路、一级公路为2.0;二、三级公路为1.648;四级公路为1.5; 不利季节影响系数,若在非不利季节测定应考虑季节影响系数,并根据当地经验选用。(2)按公路路面基层施工技术规范(JTJ 034-2000)附录A 中,先将土基回弹模量计算值(E0)按式(4)调整到相当于非不利季节的值(E0):E0= K1E0 (4)式中:K1季节影响系数,不同地区取值范围为1.21.4,各地可根据经验确定。 土基顶面的回弹弯沉值,按回归 式(5)计算: L0=9308 (5)
13、式中:E0土基回弹模量(MPa) L0土基顶面的回弹弯沉计算值(0.01mm) 根据常州地区,土基回弹模量与弯沉值的计算结果如下: 表1 土基回弹模量与弯沉值的计算结果序号E0(MPa)L0(mm)K11155.351.42204.091.43223.741.44263.201.45302.791.46322.631.47342.481.48402.131.49601.461.410801.111.42.3 查表法 如江苏省地区根据江苏省所处自然区划图为1、1a,摘录列于表2: 表2 自然区划各土组土基回弹模量参考值区划稠度土组0.800.901.001.051.101.151.201粘性土2
14、1.525.530.032.535.037.540.51a粉质土22.026.532.035.037.540.5注:根据表2预测土基回弹模量值,当采用重型击实标准时,土基回弹模量值可较表列数值提高15%30%。由表例数据,按土基的不同稠度江苏省土基回弹模量在20 MPa40 MPa之间。我市的土基回弹模量,根据公路自然区划划分,位于1和1a,根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)P69页,经整理后详见下表:常州市不同干湿状态下的土基回弹模量值(MPa)表序号干湿状态黏质土粉质土WcE0(MPa)WcE0(MPa)1干燥Wc1.1035.040.5Wc1.0535.040.52中湿
15、1.10Wc0.9530.032.51.05Wc0.9026.532.03潮湿0.95Wc0.8021.525.50.90Wc0.7522.04过湿Wc0.80(15)Wc0.75(15)注:1) Wc为土的平均稠度值;2)过湿状态的回弹膜量是推算值。2.4 室内试验法 取代表性土样在室内根据最佳含水量下求得承载板的回弹模量E0值试验结果,并考虑不利季节和不利年份的影响,乘以折减系数。根据设计路段的路基临界高度及相应的路基干湿类型及土基含水量,确定代表不利季节土基的稠度值,当调查资料不足时,按路基的干湿类型,根据土基稠度参数表3选定值: 表3 折减系数土基稠度值折减系数0.90.60.72.5
16、 换算法 通过现场大型承载板试验测定土基回弹模量E0后,并同时测定土基的压实度K、土基稠度Wc以及室内CBR值,建立E0与CBR之间可靠的换算关系,从而可以利用K、Wc和CBR值等推算现场土基回弹模量。各地的关系式均有所差异,这反映了地区性与土性的差异。2.6历次规范对土基回弹模量的计算公式2.6.1不同规范中弯沉值L0回弹模量E0值表,见表4。表4 不同规范中弯沉值L0回弹模量E0值表2.6.2各类规范及各地区经验公式计算的E0值MPa及其对比值%表,见表5。表5 各类规范及各地区经验公式计算的E0值MPa及其对比值%表2.6.3 10种公式的E0L0曲线图,见图2. 图2 10种公式的E0
17、L0曲线图3 影响土基回弹模量的因素 在路面结构中,土基回弹模量的合理取值至关重要,若土基回弹模量值取得过低,计算的路面厚度将会过厚,而实际土基回弹模量在要求的压实条件下往往超过设计值,自然会造成资金的浪费;若土基参数取值过大,施工中土基回弹模量往往达不到要求,又会引起路面的过早损坏。所以在工程实践中,应该综合考虑各方面的因素,正确处理其内在的联系,推荐能正确反映土基强度的模量值。土基回弹模量与土的强度还没有找出关联的公式,故是两个不同的力学参数,请设计中注意!3.1 不同性质土类对土基回弹模量的影响不同的土类会有不同粒径的土颗粒,砂粒成分多的土,强度构成以内摩擦力为主,强度高,受水的影响小,
18、但施工时不易压实。较细的砂,在渗流情况下,容易流动,形成流砂。粘粒成分多的土,强度形成以粘聚力为主,其强度随密度程度的不同,变化较大,并随湿度的增大而降低。粉土类毛细现象强烈,路基路面的强度和承载力随着毛细水上升、湿度增大而下降,在负温度坡差作用下,水分通过毛细作用移动并积聚,使局部土层湿度大幅度增加,造成路基冻胀,最后导致路基翻浆,路面结构层断裂等各种破坏。归纳为:土作为路基建筑材料,砂性土最优,粘性土次之,粉性土层不良材料,最容易引起路基病害。3.2 含水量对土基回弹模量的影响经试验(1):对粉质中液限粘土,试件含水量适度变化,对回弹模量的影响不大。对中液限粘土,含水量的变化对回弹模量有明
19、显的影响,而且,锤击次数越多,土的压实度越大,相应的回弹模量也越大;对于同一压实度而言,最佳含水量状态下的土的回弹模量最大;当含水量大于最佳含水量时,不同土质的压实度与锤击次数的关系是不同的。通常开始阶段随锤击次数的增加压实度增大,当击实到一定程度时,锤击次数增加,压实度不但不增加反而减小,说明土先逐渐压实,后被扰动。经试验(2):由于含水量较高时,压实度并不随击实次数的增加而有规律地增加,可以采用静压成型的方法代替击实方法来试验不同含水量状态下土的回弹模量变化:对于不同路基,饱水前后E0的变化幅度差别是相当大的,饱水后的E0值下降幅度可达90%;饱水后的E0值与土的塑性指数有一定关系,一般塑
20、性指数大的土,下降幅度就大;含水量每增加1个百分点,E0值平均降低11.3%,试验说明含水量对黄土E0有显著影响,故搞清路基所能达到的最高含水量对于确定土基模量非常重要。3.3 压实度对土基回弹模量的影响压实度是影响土基回弹模量的重要因素。对于城市快速路、主干路的填土路基,路床顶面下080cm要求压实度达到96%、95%,路床顶面下80150cm要求压实度达到94%、93%。充分压实的土基可以发挥土基的承载强度,减小土基和路面在车轮荷载作用下产生的形变,增强土基的水稳定性和强度稳定性,有效地延长路面的使用寿命。压实土的特性(各种土都有这种相似的击实曲线)见图3 粘土的E与和的关系,从图可以看出
21、:图3 粘土的E与和的关系压实土样在浸水饱和后会有明显的软化现象,强度会显著地降低,这就是所谓的强度稳定性问题;制备含水量低于最佳含水量的压实土样在浸水饱和前的强度很高,但浸水饱和后的强度却大大降低,愈干的土样,强度降低的幅度愈大,即强度稳定性愈差;在最佳含水量时被压实的土样,浸水饱和后的强度最高,其浸水前后的强度差异不大,强度稳定性最好。由此可见,要提高路基的强度就要控制土基的压实度,而碾压时的含水量是影响压实度和浸水后路基强度的重要因素,即土基强度和压实度及含水量有密切的相关性(详见5)。实际中,对于路堤和堤坝等填土构筑物在无法避免浸水饱和时,控制其强度稳定性尤为重要,这也是工程中总是要求
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- 道路 回弹 及其 路面 结构 中的 影响
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