1.2.1.1　路基回弹模量的取值

土基回弹模量是影响路面结构厚度最敏感的参数之一。由三层体系理论分析可知，影响路面弯沉的主要因素是路基的强度，其中70%～95%的弯沉取决于路基［1］，土基回弹模量每增加10MPa，可使高等级公路半刚性底基层的厚度减薄2～3cm。因此，路基路面设计中，土基回弹模量的合理取值至关重要——土基回弹模量取值过低，计算出的路面厚度过厚，而实际上土基回弹模量在要求的压实度条件下(或采取必要的处理措施)往往超过设计值，自然会造成材料的浪费;而土基参数取值过大，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。因此，在路面结构设计中，能否选用合乎实际的土基回弹模量，直接关系到路面结构的安全性和经济性。

20世纪50年代末期，在统一要求和统一方法的前提下，几乎全国各省(区)对现有公路的路基状况和模量进行了详细的调查和试验。在综合分析所得资料的基础上，首次提出了适应我国气候、土质、水文条件和施工水平的土基回弹模量建议值。经过60年代和70年代继续补充调查试验和分析研究，形成了《公路柔性路面设计规范》(JTJ014—86)的土基回弹模量建议值表。可以说，这张表是具有广泛基础的，它反映了我国不同地区的自然条件的特点。但在利用这张表之前，需要根据高等级公路路基设计和施工的情况先调整模量的具体数值。高等级公路路基填土高度普遍较以往一般公路的路基高很多，因此，高等级公路路基实际不受地下水和地表长期积水的影响。高等级公路的路面厚度较以往一般公路的路面要厚很多，而且通常都有硬路肩，表面水浸入土基的数量将明显减少。高等级公路土基所受的压应力或压实明显小于以往一般公路土基。因此，其他条件相同的情况下，土基的模量有所增大。

现行规范的土基回弹模量值是参考《公路柔性路面设计规范》(JTJ014—86)而确定的，其中的推荐值主要来源于20世纪80年代以前的低等级公路，并且路基的压实标准以轻型击实为主。随着我国以高速公路为主的高等级公路的大力发展，公路路基普遍采用重型击实标准。轻重击实标准的不同，使得土基回弹模量的大小差异较大，即以规范推荐的土基回弹模量值比实际的回弹模量值要小，这样就使得回弹模量的取值不准确，使路面结构厚度的增加，造成不必要的浪费。通过轻型压实标准与重型击实标准的对比试验，可以认为实行重型击实标准的土基回弹模量比轻型压实标准下的土基回弹模量在规范查表基础上提高15%～30%［2］或更大幅度。

当前路基施工的控制标准是弯沉和压实度，而土基回弹模量是路面结构设计最敏感的参数，设计的路基强度就用土基回弹模量来控制。为把设计与施工联系起来，樊英华、王选仓、刘麟德和赵明华等［3-10］进行了野外承载板试验测试土基回弹模量与弯沉的相关性研究，取得了一些经验回归关系式。李贵顺［11］根据不同路段春融期野外土基回弹模量与室内模拟土基回弹模量试验值，得出了野外土基回弹模量与室内模拟土基回弹模量的相关关系式，给出了一种以室内模拟土基回弹模量确定野外回弹模量的方法。张阳［8］通过对目前路基设计、施工中在使用回弹模量值、弯沉值时存在的相关问题的分析，指出在公路路基设计规范中明确路基回弹模量指标值及提高路基回弹模量标准值。王振辉，蔡良才等［12］应用弹性层状理论，以弯沉等效为原则研究了基层顶面当量回弹模量的计算方法，指出了现有当量模量换算公式中存在的不足，并根据当量模量的影响因素确定了其边界条件，在大量计算分析的基础上重新建立了荷载作用半径为0.15m的换算公式，并增加荷载作用半径影响修正系数。

国外公路路面设计方法有采用经验法的，有采用理论法的，也有采用半理论半经验法的，不同的路面设计方法表征路基强度的指标也不尽相同。

美国加州道路局提出的CBR设计方法，以CBR作为表征土体力学性质的指标。近五六十年，CBR法在许多国家都较为盛行，既用于道路设计，也用于机场道面设计。为便于与CBR设计法进行对比，Heukelom W.，Huang Y.H.和覃绮平等［3，13-17］还对土基回弹模量E0值与CBR值之间的相关关系进行了研究，并基于试验数据提出了回弹模量E0值与CBR值之间的关系式。

美国AASHTO沥青路面厚度设计方法中采用路基土的有效回弹模量［18］作为设计参数，有效路基土回弹模量相当于应用实际季节模量值产生同样损伤的当量模量，一年内不同时期(每个月或每半个月)测定的路基土的回弹模量值Es，按它们对路面服务能力的相对损伤程度uf，分别赋予相应的权系数，求取平均损伤后，可得到路基土的有效回弹模量Ese。有效回弹模量的选用考虑了一年内路基土的回弹模量变化，能够真实地反映路基土的工作状态，通过加权平均计算考虑不同月份的回弹模量值对路面的影响程度。但是AASHTO试验法的结论是对一种试验路和一种土基的实测资料，对于不同路段与试验路不同的土基都需要进行修正。

由于土基受降水量与地下水位变化影响土基模量和泊松比，壳牌(SHELL)［1］设计法以不利季节含水状况的土基模量作为设计值。如果每个季节的土基模量变化很大，则按不同时期的模量与交通量进行设计。土基的应力应变并非线性关系，因此其参数应在实际应力状态下取值，可在现场以动态弯沉仪测定或波动传播法测定(测震仪频率1～30Hz)，也可以用动三轴仪测定。没有直接测定值时，以常规的CBR测定结果，按公式E=10CBR法来计算土基的动弹性模量Ed。壳牌设计法土基强度的设计参数是以土基的动弹性模量Ed来表示的。(www.daowen.com)

美国地沥青学会(ATI)设计法［1］的回弹模量为标准的回弹模量，它不代表土基冻融时的模量值，可以由回弹模量试验如CBR或R值试验法得到。为了确定有代表性的回弹模量，必须在整平的、高度0.6m范围内用土基材料填筑的路基上做基本试验。假若变异性很大，应随机取样，确定起控制作用的土的类别，和不同土类的边界。若土的类别相差很远，且每一种土覆盖的面积很大，应考虑将工程项目分开，单独进行设计。一般至少应有6～8个试验值用来确定土基的设计回弹模量。土基的设计回弹模量定义为小于所有试验值60%、75%或87.5%的模量值，这些百分数通称为百分值，并与交通水平有关。

在20世纪80年代末90年代初，伊利诺伊大学实施的美国国家协作公路研究计划项目(NCHRP)提出了一种“路面调整的力学结构分析方法”，其中采用气候模型(热传导模型、含水量平衡模型、渗水和排水模型)考虑季节、湿度等对土基回弹模量的影响，并考虑路面层状体系结构中路基非线性分析。随后在路面长期性能研究计划(TLPP)中，继续采用落锤式弯沉仪(FWD)结合室内三轴等试验研究土基回弹模量及其相关影响因素。

综上所述，国内外对路基回弹模量与施工质量检验指标的相关性研究不足，即E0与CRB值和弯沉值的对应关系研究不够深入。公路工程的设计理论与工程实际有较大的差别，设计土基回弹模量、竣工验收弯沉等参数是基于一定的理论计算得来的，而这些理论都是建立在一些假设的基础上得到的，这些基础具有一定的局限性。因此，用这些理论算出来的数据与实际不能很好地吻合;与此相反，按照经验回归得到的关系式又不能适用于全国各个地区不同类型土的具体情况。随着公路工程设计与施工技术的发展，我们应该提出完备的办法和措施来指导公路工程的设计与施工。

1.2.1.2　湿度和应力状态对回弹模量的影响

在我国沥青路面和水泥混凝土路面设计及施工质量和后期使用品质评定中，反映路基强度、刚度和稳定性的主要设计参数是路基回弹模量，它是表征路基抵抗交通荷载的变形能力的主要力学参数。路基回弹模量受湿度、干密度、压实度、材料类型和应力(或应变)水平等诸多因素的影响，因而其精确确定非常困难。当然，对于特定的路基土而言，影响回弹模量最为关键的因素是湿度状况和应力水平。近年来，国内外许多学者和研究机构都致力于该方面的研究，希望能够建立路基湿度和应力与模量之间的关系。

Jin，Walaa，Phillip和申爱琴等［19-24］为了分析土的含水量、干密度、温度和应力等因素对路基回弹模量的影响，进行了大量的现场测试，并根据现场测试结果建立了土体回弹模量与总应力、含水量、温度和干密度之间的经验关系式。Li，Mohammad和保卫国等［25-28］通过分析含水量、干密度和土的类型等对回弹模量的影响，提出了适用于不同类型土的回弹模量回归模型。Drumm，Ping，Wai和谢华昌等［29-33］研究了路基土的含水量变化对回弹模量的影响。研究结果表明，土体回弹模量均随湿度增大而减小。Louay等［34］在对美国路易斯安那州8种具有代表性的土类进行回弹模量试验的基础上，采用八面体应力状态分析方法回归得出相应的路基回弹模量预估模型。该模型优于AASHTO推荐的体应力和偏应力模型，且与土的类型、CBR值、无侧限抗压强度具有很好的相关性;同时指出回弹模量主要取决于土的含水量和塑、液限指数。A.G.Heydinger［35］利用季节监测仪采集的数据，研究了季节湿度、温度和霜冻深度变化对路基土的影响，总结得出日平均气温季节性变化和测试现场细粒路基土中温度及湿度变化的一般性公式，并由此导出回弹模量季节性变化的公式及模量的月平均设计权重系数。此外还讨论了霜冻深度、地下水位深度和排水条件等因素对湿度的影响。NCHRP 1-37A［36］中用EICM(The Enhanced Integrated Climatic Model)来模拟湿度及温度变化对路面和路基材料行为及特性的影响，采用Fredlund和Xing建议的土-水特性曲线公式来确定路基湿度的平衡状态，并引入环境影响修正系数来表征路基回弹模量随湿度的变化。Khoury，Ceratti，Khoury和杨树荣等［37-41］通过室内含水量-吸力曲线及回弹模量测定以及现场土吸力和弯沉测定研究了吸力对路基回弹模量的影响，指出回弹模量随着吸力增加而增大;室内试验和现场测试结果都表明吸力对土的弹性变形有显著影响。Thompson M R，Tam W A，Uzan和Ni B等［42-52］通过室内重复加载三轴试验研究了路基土的回弹模量对体应力、侧向应力、偏应力的依赖关系，并提出了基于应力状态变量的路基土回弹模量预估模型。

综上所述，国内外学者对路基土回弹模量与相关影响因素，如土体类型、含水量、压实度、温度以及应力状态等关系的研究较多，但基本上都是基于试验数据建立某种类型土或某区域土回弹模量与湿度和应力状态或其他影响因素之间的关系，但这种关系仅适用于该类型土或该区域土，其适用性不强。因此，对于回弹模量与湿度和应力状态等之间的关系很有必要进行进一步的研究。另外，基于非饱和土本构关系探讨回弹模量与土体湿度状态和应力状态之间的关系是今后研究的一个重要方向。