瀝青路面設(shè)計(jì)參數(shù)敏感性分析

摘要：通過(guò)湖北主要干線公路瀝青路面設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性分析，尋求較敏感的參數(shù)和層位，為土基強(qiáng)度等級(jí)劃分及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：彎沉 瀝青路面 敏感性分析 結(jié)構(gòu)參數(shù)

隨著我國(guó)公路的迅速發(fā)展，瀝青路面結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為干線公路的主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型。為保證各設(shè)計(jì)參數(shù)在最不利組合時(shí)路面使用的安全性，下面就湖北主要干線公路典型路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)敏感性分析，以便路面結(jié)構(gòu)更合理。

1 路面結(jié)構(gòu)分析方法

計(jì)算采用shell法的BISAR3.0軟件，典型結(jié)構(gòu)及其材料設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

2 路面結(jié)構(gòu)層厚度和模量對(duì)彎沉的影響

2.1 路面結(jié)構(gòu)層厚度對(duì)彎沉的影響

2.1.1 上面層厚度對(duì)三彎沉的影響

保持其他參數(shù)不變，僅改變上面層厚度（2、4、6、8、10cm），計(jì)算上面層厚度對(duì)彎沉影響，隨著上面層厚度的增大，路表彎沉、基層表面彎沉和路基表面彎沉均近線性減小。當(dāng)上面層厚度從2cm增加至10cm時(shí)，路表彎沉從47.54（0.01mm）下降至43.14（0.01mm），減小8.41%；基層表面彎沉從45.87（0.01mm）減小至40.32（0.01mm），減小12.10%，路基表面彎沉從40.81（0.01mm）減小至36.30（0.01mm），減小11.05%。因此，在同樣的上面層厚度增幅時(shí)，基層表面彎沉減小幅度較大。

2.1.2 下面層厚度對(duì)三彎沉的影響

保持其他參數(shù)不變，僅改變下面層厚度（3、5、7、9、11ccm），當(dāng)下面層厚度從3cm增加至11cm時(shí)，路表彎沉從47.17（0.01mm）下降至43.57（0.01mm），減小7.63%；基層表面彎沉從45.65（0.01mm）減小至40.55（0.01mm），減小11.17%；路基表面彎沉從40.60（0.01mm）減小至36.52（0.01mm），減小10.04%。由此，在同樣的下面層厚度增幅時(shí)，基層表面彎沉減小幅度較大，和上面層厚度變化時(shí)的結(jié)果相同。

因此，增大瀝青層厚度對(duì)控制基層頂面變形有較大的作用，能夠增強(qiáng)基層在荷載作用下的抗變形能力。對(duì)同一類(lèi)型基層和底基層，增大瀝青層厚度將有效提高結(jié)構(gòu)層擴(kuò)散荷載的能力。

2.1.3 基層厚度對(duì)三彎沉的影響

保持其他參數(shù)不變，僅改變基層厚度（15、20、25、30、35cm），當(dāng)基層厚度從15cm增加至35cm時(shí)，路表彎沉從49.11（0.01mm）下降至38.30（0.01mm），減小10.81%；基層表面彎沉從47.04（0.01mm）減小至36.06（0.01mm），減小23.34%；路基表面彎沉從42.29（0.01mm）減小至31.55（0.01mm），減小25.40%。由此，在同樣的基層厚度增幅時(shí)，路基表面彎沉減小幅度較大，即瀝青基層厚度越大，土基頂面變形越小。

2.1.4 底基層厚度對(duì)三彎沉的影響

保持其他參數(shù)不變，僅改變底基層厚度（30、35、40、45、50cm），當(dāng)?shù)谆鶎雍穸葟?0cm增加至50cm時(shí)，路表彎沉從48.33（0.01mm）下降至39.83（0.01mm），減小17.59%；基層表面彎沉從47.25（0.01mm）減小至37.64（0.01mm），減小20.34%；路基表面彎沉從41.88（0.01mm）減小至32.32（0.01mm），減小22.83%。由此，在同樣的底基層厚度增幅時(shí)，路基表面彎沉減小幅度較大，這點(diǎn)和基層厚度變化時(shí)的結(jié)果一樣。

由以上各層厚度變化對(duì)三彎沉的影響中可以看出，當(dāng)面層厚度（上面層或下面層）變化時(shí)，基層表面彎沉的變化更為敏感，變化幅度在12%左右；而在基層和底基層厚度變化時(shí)，路基表面彎沉的變化更為敏感，變化幅度在23%左右，變化幅度較大。

2.2 路面結(jié)構(gòu)層模量對(duì)彎沉的影響

為分析路面結(jié)構(gòu)層模量對(duì)路表彎沉、基層表面彎沉和路基表面彎沉的影響，下面分別計(jì)算上面層、下面層、基層和底基層厚度在一定范圍內(nèi)變化，并進(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 上面層模量對(duì)三彎沉的影響

保持其他參數(shù)不變，僅改變上面層模量（800、1000、1200、1400、1600MPa），計(jì)算上面層模量對(duì)三彎沉的影響，隨著上面層模量的增大，路表彎沉、基層表面彎沉和路基表面彎沉近線性減小。當(dāng)上面層模量從800MPa增加至1600MPa時(shí)，路表彎沉從47.18（0.01mm）減小至44.76（0.01mm），減小5.13%；基層表面彎沉從44.49（0.01mm）減小至42.91（0.01mm），減小3.55%，路基表面彎沉從（0.01mm）39.76減小至38.34（0.01mm），減小3.57%。因此，在同樣的上面層模量增幅時(shí)，路表彎沉減小幅度較大。

由此可見(jiàn)，瀝青層模量增加，使得路面結(jié)構(gòu)的抗變形能力得到了加強(qiáng)，但同時(shí)也使路面更容易發(fā)生疲勞開(kāi)裂。也就是說(shuō)，瀝青層模量越小對(duì)瀝青層疲勞壽命的增加越有利，但瀝青層模量越小則路面的整體承載性能越低，容易出現(xiàn)車(chē)轍。因此，要確定瀝青層模量必須綜合考慮各種因素，按照使得車(chē)轍或疲勞性能方面最優(yōu)進(jìn)行確定。

2.2.2 下面層模量對(duì)三彎沉的影響

保持其他參數(shù)不變，僅改變下面層模量（600、800、1000、1200、1400MPa），當(dāng)下面層模量從800MPa增加至1600MPa時(shí)，路表彎沉從47.38（0.01mm）減小至44.45（0.01mm），減小6.18%；基層表面彎沉從44.33（0.01mm）減小至42.84（0.01mm），減小3.36%，路基表面彎沉從（0.01mm）39.62減小至38.25（0.01mm），減小3.46%。因此，在同樣的下面層模量增幅時(shí)，路表彎沉彎沉減小幅度較大，這點(diǎn)與上面層模量增大時(shí)的變化規(guī)律相同。

2.2.3 基層模量對(duì)三彎沉的影響

保持其他參數(shù)不變，僅改變基層模量（1000、1200、1400、1600、1800MPa），當(dāng)基層模量從1000MPa增加至1800MPa時(shí)，路表彎沉從47.74（0.01mm）減小至44.98（0.01mm），減小5.78%；基層表面彎沉從45.65（0.01mm）減小至42.84（0.01mm），減小6.16%；路基表面彎沉從（0.01mm）39.99減小至38.56（0.01

mm），減小3.58%。因此，在同樣的基層模量增幅時(shí)，基層表面彎沉減小幅度較大，這點(diǎn)與基層厚度增大時(shí)彎沉的變化規(guī)律相同。

2.2.4 底基層模量對(duì)三彎沉的影響

瀝青路面底基層（包括墊層）的主要功能是承受由瀝青層傳來(lái)的車(chē)輛荷載的垂直力，然后將其擴(kuò)散到下面的土基中去。同時(shí)底基層也可以增加路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和承載能力，并增加瀝青層的抗疲勞性能，防止或減輕裂縫的出現(xiàn)和疲勞擴(kuò)展。并且，底基層還可以緩解土基不均勻凍脹或不均勻體積變形對(duì)瀝青層的不利影響。

保持其他參數(shù)不變，僅改變底基層模量（400、600、800、1000、1200MPa），當(dāng)?shù)谆鶎幽Ａ繌?00MPa增加至1200MPa時(shí)，路表彎沉從50.64（0.01mm）減小至41.70（0.01mm），減小17.65%；基層表面彎沉從48.62（0.01mm）減小至39.49（0.01mm），減小18.78%；路基表面彎沉從42.53（0.01mm）減小至35.83（0.01mm），減小15.75%。因此，在同樣的底基層模量增幅時(shí)，基層表面彎沉減小幅度較大，這點(diǎn)與基層模量增大時(shí)彎沉的變化規(guī)律相同。

2.2.5 土基模量對(duì)三彎沉的影響

保持其他參數(shù)不變，僅改變土基模量（30、40、50、60、70MPa），當(dāng)土基模量從30MPa增加至70MPa時(shí)，路表彎沉從54.43（0.01mm）減小至33.25（0.01mm），減小38.91%；基層表面彎沉從52.17（0.01mm）減小至31.07（0.01mm），減小38.53%；路基表面彎沉從47.53（0.01mm）減小至26.41（0.01mm），減小44.44%。因此，在同樣的土基模量增幅時(shí)，三彎沉的變化幅度均較大，其中路基頂面彎沉減小幅度最大。土基模量是影響路表彎沉的重要因素。

結(jié)果表明，無(wú)論是結(jié)構(gòu)層厚度還是模量，路表彎沉、基層頂面彎沉和路基頂面彎沉均隨各結(jié)構(gòu)層厚度和模量的增加逐漸減小，只是幅度不同。厚度對(duì)減小彎沉的影響比模量更為明顯。

3 路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)參數(shù)敏感性分析

3.1 考核指標(biāo)的計(jì)算

采用Bisar程序計(jì)算路表彎沉及基層層底拉應(yīng)力，計(jì)算采用的參數(shù)見(jiàn)表2。

3.2 計(jì)算結(jié)果正交分析

將計(jì)算結(jié)果按照正交分析的直觀分析法進(jìn)行直觀分析，以比較各影響因素對(duì)考核指標(biāo)的影響大小。

通過(guò)極差計(jì)算（見(jiàn)表2），因素A的極差為22.22，因素B的極差為16.18，因素C的極差為20.26，因素D的極差為9.48，因素E的極差為19.88，因素F的極差為20.72，因素G的極差為80.52。因此可以看出，影響彎沉的7個(gè)計(jì)算參數(shù)中，參數(shù)敏感性由大到小依次為：土基模量>面層厚度>底基層模量>基層厚度>底基層厚度>面層模量>基層模量。

4 結(jié)語(yǔ)

彎沉是表征路面總體剛度的指標(biāo)。在荷載相同時(shí)，土基支承相同的條件下，彎沉越小表明總體剛度越大，而我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法較長(zhǎng)時(shí)間都是以路表彎沉為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。對(duì)于路表彎沉而言，土基模量的影響最為顯著。另外可以看出，對(duì)于瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)，尤其是路表彎沉，在合理范圍內(nèi)，面層厚度及模量、基層厚度及模量、底基層厚度及模量、土基模量越大，則路表彎沉越小。

參考文獻(xiàn)：

[1]公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D50-2006）.人民交通出版社 2006.

[2]姚祖康.（公路設(shè)計(jì)手冊(cè)）路面（第2版）[M].人民交通出版社.1999.