沥青路面设计与施工中弯沉指标的初探

【提要】在路基、路面工程验收中人们常常发现：同一碾压层在相同碾压条件下通过弯沉指标总比通过压实度指标容易得多，两种指标同是用于检验路基、路面的碾压质量，为什么会差异甚大？本文对此进行了分析和探讨，并建议建立一套专用于计算施工检验弯沉的数学公式来进一步完善道路工程的质量验收。
　　关键词 设计容许弯沉 施工检验弯沉 压实度
1．概述
　　我国现行的柔性路面设计规范是以设计容许弯沉为控制指标，但在施工规范中则采用压实度作为验收控制指标，而将弯沉检验作为参考值。在实际操作中：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；弯沉表示被测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。由于路面结构体系的复杂性，不能使设计与施工采用相同的控制指标显然是一件憾事。
　　工程监理方出于对工程质量的严格要求，总希望多一些检测手段，以便于将检验资料进行对比和相互印证。而且弯沉检验在实施过程中也比压实度检验更为方便、快捷，故许多工程监理方很愿意采用“双控（即控制压实度和弯沉）指标”来掌握路基、路面的碾压质量。
　　然而大量的施工实践告诉我们：经碾压后的路基、路面在通过弯沉检验时远比通过压实度检验容易的多，以苏州市南环西路工程验收记录资料为例（见表1）：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”，实际上只要满足压实度验收指标就可以了。
　　按理压实度和弯沉指标是从两个不同角度来衡量筑路材料的碾压质量，检验手段虽不同而目的是一致的。因此，对于同一路面（或路基）结构层在相同碾压条件下的检验结论应该基本一致或相近才是，为什么会产生较大差异呢？本文对此进行分析并提出建议，不妥之处请同行批评指正。
2．路面设计公式（或参数）不能照搬用来计算施工检验弯沉
　　柔性路面结构体系比较复杂，首先它是以层状结构支撑在无限深的路基上，各层材料性质多变，实际具有弹－粘－塑和各向异性，特别还受到周围环境的气候、水文、地质的影响。其次，作用在路面上汽车荷载的轻、重、多、寡以及分布不均匀等。所有这些因素都造成了试图建立一个精确的、通用的路面结构设计数学模型几乎是不可能的，因此我们现在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，虽然路面计算公式中没有明确给出安全系数，但数学公式在推导过程中的假定、简化以及经验资料的分析取值都是偏安全考虑的。也就是说：在通常情况下采用现行的路面设计方法是可靠和安全的。
　　但是从设计角度来说是可靠和安全的计算方法（包括采用的设计参数）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，这是合理的。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在人为降低路基、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，则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，这与设计又产生了矛盾。
　　旧路面补强亦同理。由旧路面计算弯沉公式：
L0＝（L0＋λ·б）·k1·k2·k3
　　可知：旧路面计算弯沉L0在考虑了保证率系数及季节影响等诸因素后，总是大于旧路面实测平均弯沉值，由此旧路面计算弯沉设计出的补强厚度是有强度保证的。但是绝不能以此旧路面计算弯沉来推算各补强层的检验弯沉，否则也是在人为地降低路面材料本身具有的强度指标，这同样也是毫无道理的。
　　由此可见，套用路基、路面设计计算公式（或参数）来计算路基、路面各层次的施工检验弯沉是不妥当的。
3．路表设计容许弯沉不能用于施工检验
　　美国各州公路工作者协会ＡＡＳＨＯ耗巨资进行的试验路资料（见图1）表明：路面结构强度（更广义的说是“现有路面耐用性指数ＰＳＩ”）在竣工后至设计年限末（即相当于Ｎ次累计当量轴载）是一个因疲劳而逐步衰减的过程。另外，从北京市建立网级路面管理系统过程中实测的资料（见图2）同样反应出：随着路面结构强度的逐年衰减路表弯沉值是在不断增大。
　　根据路表设计容许弯沉公式：
　　可以知道：路表设计容许弯沉值是指当汽车累计当量轴载次数达到Ｎ次后（即设计年限末）所容许的弯沉值，而非路面竣工时的弯沉值。因此，路面竣工不能以此设计容许弯沉值作为检验指标。
4．一点异议
　　在《华东公路》１９９２年第６期中有一文“柔性路面强度衰减对设计弯沉的影响”，对路表设计容许弯沉不能用于施工检验这一观点有详尽的描述，本人基本赞同。但对该文末尾“结语”段认为“······现行的路面设计方法按容许弯沉设计路面，是基于强度不发生变化的概念，与客观事实相违背，因而隐藏着不安全因素。故路面应按初始弯沉进行设计。为此现行柔性路面设计规范尚有修订的必要······”表示异议。
　　本人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出来的，是经验总结而非理论推导，有事实为依据，因而不存在“隐藏着不安全因素”的可能。问题的关键在于：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这一点。
5．提出三种选择方案
　　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受到监理和施工技术人员的欢迎。如何看待施工检验弯沉，本人有如下设想：
　　a)．参照路面设计公式并加以修改，反向改正一些从设计角度考虑属偏安全的因素，从而建立一套专用于计算施工检验弯沉的数学公式。现举旧路面计算弯沉公式对比如下：
　　　　　　（用于设计） L0＝（L0＋λ·б）·k1·k2·k3
　　　　　　（用于施工检验） L0＝L0－λ·б
　　b)．进行相关分析。各地区按照本地的路基和路面材料类型，选择若干组具代表性的路面结构，通过不断的资料积累和分析回归，逐步建立起一套适用于本地区的压实度与检验弯沉的相关曲线。
　　c)．倘若一时还不能确立一种颇具权威的施工检验弯沉计算法则，则还不如暂时从施工规范中取消为好。取消一种“软指标”其实更能突出压实度指标的权威性。本人在实践中遇到过个别对压实度指标带有排斥心理的施工技术员，他们常以“既然路面设计是以弯沉为控制指标，那么施工验收达到该指标不就行了吗？”作辨解，为不做或少做压实度检验寻找托词。
6．结束语
　　本人依据大量工程实践从理论上分析了路面设计容许弯沉和施工检验弯沉之间的差异，并建议建立一套专用于施工检验的弯沉计算公式。这样，对于相同碾压条件下的压实度检验结论和弯沉检验结论才能基本相近。总之，只有两个检验指标都“硬”，采用“双控指标”验收的目的也就达到了。