中、美、欧路面设计规范中路基强度要求比较

彭 燃，韩 冰

中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230

导语：

路基强度是路面强度的基础，为借鉴其他地区规范的优缺点，本文对中美欧三地区规范从设计原理，强度控制指标，实际施工验收指标等方面进行比较，笔者认为只有法国规范能够将设计理念与实际施工指标相统一，建议中国规范将回弹模量纳入验收指标。

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我国道路设计方法在发展早期中借鉴了美国，日本，壳牌多个国家或企业的设计经验[1-2]，但仍与美国或欧洲的设计方法存在差别。路面铺筑于路基之上，路基的强度从基础上影响路面使用性能的发挥。如果路基强度不够，路面显然无法满足道路使用者的性能要求。目前的各种中国与其他国家规范的比较多集中于路面设计原理的比较[3-4]，而较少关注不同路面规范对路基强度的要求。中国、美国、法国、英国四国规范对路面设计时要求的路基强度有着不同的理念，各有其优缺点，本文将就此展开比较。

中国规范对路基强度的要求

中国规范采用理论法，根据多层弹性连续体系来进行路面计算，路面设计以弯沉及层底拉应力作为验算指标，路面材料的强度通过弹性模量及压实度来控制，如果是粒料材料，则有CBR要求。

路面验算时需验算路面计算弯沉及层底拉应力，计算方法如下

（1）路表计算弯沉值应按下式计算。

其中：式中：ls为路表计算弯沉值（0.01 mm），F为弯沉综合修正系数，p，δ为标准车型的轮胎接地压强（MPa）和当量圆半径（cm），ac为理论弯沉系数，E0或En为土基抗压回弹模量值（MPa），E1，E2，…En－1为各层材料抗压回弹模量（MPa），h1，h2，…hn－1为各结构层厚度（cm）。

对路基材料的强度则通过CBR和压实度控制。在规范中详细规定了不同层位的路基填料的CBR要求及压实度要求。但从上式中，我们可以看出参与路面计算的并不是CBR及压实度，而是路基回弹模量。而路基回弹模量可以通过3种方式确定，即室内试验，原位试验及查表法。

（1）室内试验。室内试验通过采集土样，做压缩试验，直接测定不同压实度下压缩模量，使用时内插得到现场实际压实度下的压缩模量。

（2）现场试验。在已竣工的路基上，通过原位承载板试验测量土基回弹模量。或用弯沉仪测定土基回弹模量值。

（3）查表法。根据路基土二级自然区划等参数指标查规范附表中的参考值。

在实际施工时，路基回弹模量并非验收指标之一。CBR，压实度，及路基顶弯沉是3大验收指标。

（4）通过与CBR的关系估计

式中的RCB为加州承载比CBR。

美国规范对路基强度的要求

美国规范采用经验法，路面结构通过服务性能公式计算得出。路面材料的强度通过压实度，弹性模量以及CBR来控制。同时，对路基材料的强度通过压实度控制。在美标中，没有明确要求路基材料的CBR。实际施工时会对路基材料通过排除淤泥，腐殖土等不良土方法来控制质量。

性能方程中各参数存在对应关系。此方程是一个迭代方程，需要不断试算SN，和以满足要求。

其中，Wt18运期交通量，ZR为给定可靠性的正态偏移，R为可靠性，So全局标

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中国、美国、法国、英国四国规范对路面设计时要求的路基强度有着不同的理念，各有其优缺点，本文将就此展开比较。准差，MR为有效的路床顶材料回弹模量，PSI为路面服务能力指数，SN为路面的设计结构数。

从上式中可以看出，参与路面计算的是回弹模量，而不是压实度。而美标中推荐的回弹模量获得的方法有两种。

（1）通过室内试验确定。通过AASHTO TEST METHOD T274室内试验确定。通过室内试验来模拟现场的情况。

（2）通过现场试验确定。通过现场承载板试验可直接测出路基回弹模量，但此方法在规范中并未提及。

（3）通过CBR，R-值等参数来确定。回弹模量与CBR，R-值等参数存在正相关关系，当采用CBR值较高的材料作为路基填料时，路基回弹模量显然也高。因此可以通过路基回弹模量与CBR的拟合关系来估计路基回弹模量。常见的关系如下。

Heukelom 和Klomp报道的动态压实状态下现场回弹模量与陆军工程师团CBR值之间的关系[2]。

MR(psi)=1 500×RCB（9）或者是沥青研究所研究得出 的R-值与路基回弹模量之间的关系。

MR(psi)=A＋B×(R－值) （10）其中，A=772~1 155；B=369~555。

但在美国规范中同时又规定，路基回弹模量会因季节，冻土情况不同而变化，因此试验或估计出来的路基回弹模量需要根据季节及冻土情况进行修正。

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法国规范对路基强度的要求

法国规范中路面结构计算采用的理论与中国规范类似，即双圆荷载下的弹性层状体系理论。具体的设计指标对于柔性材料为容许应变, 对于半刚性或刚性材料是以容许应力控制。

（1）沥青面层容许应变计算公式[3]

式中：ε6（10 ℃；25 Hz）为材料进行疲劳试验（10 ℃；25 Hz）100万次的应变；Ne累计标准轴载；E（10 ℃）为10 ℃时的弹性模量；E（θeq）为计算温度（一般为15 ℃）下的弹性模量；kc沥青层材料的修正系数；kr容许应变修正系数；ks为极少系数，根据路基承台的承载能力确定，ks的取值见表3。

kr=10ubδ （12）

式中：u为风险修正系数；b为材料的疲劳参数；δ为差异参数。

在实际设计时采用软件ALIZE-LCPC计算，软件中可根据输入的模量来取值。由于通常不会使用PF1材料，且通常极难达到PF4的材料，所以上表1只提供了50~120 MPa区间的材料。

（2）未处理粒料的层顶垂直向变形

式12和式13分别适用于交通量大和交通量小的情况。

（3）基层的水平向容许拉应变。

εz，ad为在等效温度θeq及应力特征频率f条件下，试验样品在Ne次累计标准轴载作用下，出现疲劳断裂的极限应变。

（3）路基强度的分级。路基承台的等级先分为整平层等级AR，AR等级是PST（无PST时为垫层顶面）顶面能够给上部结构层提供的长期承载力水平。

变形模量可以通过EV2试验来确定 。实际施工时，EV2会作为验收指标来确定。在设计时先确定一个 PF等级，然后根据PF等级选择相应的极少系数ks取值进行设计，施工时根据EV2试验确定是否达到设计对应的PF等级。同时CBR及压实度也作为验收指标。

三国规范中路基强度要求比较

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通过对上文的归纳总结，下表中列举了各国规范中在设计时即理论中对路基强度的要求，以及实际施工中对路基强度指标的要求。

中国路面设计规范中将路基回弹模量纳入计算，并提供了回弹模量的试验测定方法，但在实际工程中一般通过查表法确定路基回弹模量。查表法确定路基回弹模量主要与工程位置有关，即不同地区有着相对固定的回弹模量值。而施工时并不验收回弹模量，因此存在理论与实际脱节的情况，即规范理论中采用路基回弹模量参与计算，而实际施工时并不验收此重要参数。路基顶弯沉代表着路基顶层的刚度，在某种程度上对路基实际的回弹模量起到了一定的约束作用。但路基顶弯沉决不能代表回弹模量来验证施工时能否达到设计中回弹模量取值。换句话说，验收弯沉的现场试验不能等同或代替现场回弹模量的验收试验，毕竟弯沉试验和回弹模量的试验原理不一样，差别较大。

美国路面设计规范中将路基回弹模量纳入计算，提供了路基回弹模量的室内测定方法。实际工程中较少测定路基回弹模

表1 ks取值与变形模量的关系

表2 整平层等级

表3 路面承台长期承载力分级

表4 各国规范中设计和施工时对路基强度的指标要求

无论是CBR，R-值，还是压实度，都不是直接的路基强度值，而是通过控制路基材料，路基施工工艺来控制路基的强度。

05量，而通过CBR值等其他土性参数来估计路基回弹模量。存在的问题即是，CBR值显然并非决定路基回弹模量的惟一因素，压实度等因素同样重要。同样CBR的材料，在不同压实度下，显然具有不同的回弹模量。

美国规范将季节因素和冻土因素，即气候因素纳入回弹模量的修正之中。这对于世界上大部分地区都具有参考意义，因为世界上大部分地区都有着鲜明的季节，要么存在温差明显四季，要么存在降雨量差别明显的雨季和旱季，而外部环境的水热变化会明显的影响到路基土内部的水热循环，进而影响到路基强度。因此有必要像美国规范一样纳入气候因素对路基回弹模量进行修正。

法国规范中将路基顶变形模量纳入计算，在设计时根据土质，排水情况等提供参考值。在施工验收时要求验收变形模量及其衍生参数。

实际上，无论是CBR，R-值，还是压实度，都不是直接的路基强度值，而是通过控制路基材料，路基施工工艺来控制路基的强度。综合比较，法国规范对于路基强度的考虑最为全面并且直接有效地将理论与实际施工相结合起来。只有法国规范能够完全保证施工验收时的路基强度能够达到设计时的路基强度。

结论

路基是形成路面强度的基础，如果路基强度无法达到设计值，则实际上无法保证路面验收时能达到需要的强度。在国内实际施工时，经常有施工单位反映无法达到设计的弯沉值，要求设计单位降低弯沉要求。部分原因是因为路基实际上并没有达到形成路面强度所需要的路基强度。

（1）美国规范由于只验收压实度和CBR，且无统一标准。因此美国规范对于路基真实强度处于无法控制的状态。

（2）法国规范做到了验收参数即设计参数，能够保证路基强度达到要求，进而保证路面强度强度达到要求。

（3）因此，建议国内规范将路基顶回弹模量纳入验收指标体系以达到设计参数与验收参数的统一。