重載條件下瀝青路面力學響應分析

□文/李曉寧 李洪亮 沈 可

□李洪亮、沈 可/天津市市政工程設計研究院。

重載條件下瀝青路面力學響應分析

□文/李曉寧 李洪亮 沈 可

文章以天津市濱海新區的瀝青路面結構為例，在現有規范條件下研究重載作用時的力學響應，利用路面結構軟件Bisar程序，分別研究面層、基層、底基層的厚度和模量以及土基模量等結構參數對路面結構的影響規律。

路面；重載；瀝青；力學響應

確定路面結構層厚度和各層模量是路面設計的主要內容，尤其對于重載交通，為保證其路面使用壽命，結構層厚度的確定是關鍵。因此，有必要研究交通荷載對路面結構層的厚度及模量的影響關系。

1 典型路面結構模型

為便于說明問題，采用統一的結構形式來有效分析結構層參數對路面各項指標的影響規律。結構形式見表1，其中模量及劈裂強度均采用規范規定范圍的中值。

表1 計算采用的路面結構形式

2 計算模型及控制指標

路表彎沉是在一定荷載作用下路表面的豎向變形，是反映路面整體承載能力高低和使用狀況好壞的最直觀、最簡單的指標。它是路面各結構層（包括土基）各自變形的綜合結果，因此，本文將以路表彎沉作為研究的控制指標。

在車輛行駛中，路面不僅受到豎向力的作用，也同時受到水平力的作用。因此，力學計算必須考慮垂直和水平荷載的共同作用。本文分析在水平力系數f=0.3的情況下，各結構層參數對路表彎沉的影響規律。

以標準軸載100kN為基礎，采用雙圓均布荷載，當量圓半徑R=10.65cm，X為行車方向。應力計算點位置為兩輪輪隙中心A點，坐標為（0，0），見圖1。

3 計算分析過程

分別針對不同面層、基層、底基層及土基的厚度和模量計算標準荷載下的彎沉值，見圖2-圖12。

由圖2-圖12可以得出：路表彎沉隨著各影響因素的增大而減小，即降低路表彎沉可通過增大各結構層的模量與厚度以及土基模量來實現；土基模量對彎沉值的影響最復雜，當土基模量增加到一定程度后，對降低彎沉值作用有所減緩，因此刻意繼續增加土基模量對減小彎沉值意義不大。

如果考慮各結構層的模量和厚度等因素對彎沉值的影響關系，分析起來比較繁瑣，因此，采用模量和厚度分別論證并把上面層、中面層、下面層假設為整體一個面層考慮，采用的路面結構形式見表2。

表2 計算采用的路面結構

按模量分析：面層模量A、基層模量B、底基層模量C、土基模量D作為因子，假設4個因子之間任意2個沒有交互作用。為使計算次數少些，采用3種水平的正交，見表3,結果見表4。

表3 模量因子水平 MPa

表4 按模量計算路表彎沉正交設計

從表4分析，各因素對彎沉的影響按從大到小順序為土基模量＞基層模量＞底基層模量＞面層模量，這與各因素對路表彎沉的線性關系的斜率K大小反映相一致。

按厚度分析：面層厚度A、基層厚度B、底基層厚度C作為因子，假設3個因子之間任意兩個沒有交互作用。為使計算次數少些，采用3種水平的正交，見5表，結果見表6。

表5 厚度因子水平 cm

表6 按厚度路表彎沉正交設計

續表6

從表6分析，各因素對彎沉的影響按從大到小順序為基層厚度＞底基層厚度＞面層厚度，與各因素與路表彎沉的線性關系的斜率K大小反映相一致。

以此類推，當K較大時，改變某項因素可以明顯影響路表彎沉值。各面層厚度對彎沉的影響按從大到小順序為上面層厚度＞中面層厚度＞下面層厚度；各面層模量對彎沉的影響按從大到小順序為下面層模量＞中面層模量＞上面層模量。由各因素與路表彎沉的K值可以得出，對路表彎沉的影響按從大到小順序為土基模量＞基層厚度＞底基層厚度＞上面層厚度＞中面層厚度＞下面層厚度＞基層模量＞底基層模量＞下面層模量＞中面層模量＞上面層模量。

4 結論

重載作用下設計彎沉值普遍較小，要保證路面結構的彎沉值小于設計彎沉值，首先考慮提高土基模量，一般對路基土采取較優的加固方案進行加固；適當增加基層和底基層的厚度；采用性能優良的配合比，以獲得合適的抗壓模量和優良的抗裂性能；采用具有高抗壓模量材料作為底基層，如水泥碎石、水泥粉煤灰碎石或者二灰碎石；考慮面層造價較高，靠提高合適面層模量和增加面層厚度方案是不可取的。

［1］JTGD50—2006，公路瀝青設計規范［S］.

［2］楊 群.高速公路瀝青穩定基層結構與設計方法研究［D］.南京：東南大學，2001.

［3］袁宏偉.瀝青穩定碎石基層材料設計方法研究［D］.西安：長安大學，2003.

［4］黃曉明，吳少鵬，趙永利.瀝青與瀝青混合料［M］.南京:東南大學出版社，2002.

［5］韓子東.道路結構溫度場研究［D］.西安：長安大學，2001.

［6］呂偉民.瀝青混合料設計原理與方法［M］.上海:同濟大學出版社，2006.

U416.217

C

1008-3197（2011）03-40-03

2011-03-23

李曉寧/女，1961年出生，高級工程師，天津市市政工程設計研究院，從事工程造價工作。

□李洪亮、沈 可/天津市市政工程設計研究院。