不同設(shè)計(jì)方法下瀝青路面疲勞壽命對(duì)比

郭少華

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平得到了較大的提高，相應(yīng)的需求也有所增加，交通出行需求就是最為基本的需求之一，為了更好的滿足人們的這類需求，近幾年，關(guān)于橋梁道路工程的建設(shè)正在積極的開(kāi)展，而隨著路橋項(xiàng)目數(shù)量的不斷增多，人們也越來(lái)越重視瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因?yàn)闉r青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)往往關(guān)系著最終路面的使用壽命以及疲勞性能，而不同的設(shè)計(jì)方法具有不同的特點(diǎn)，針對(duì)國(guó)內(nèi)外不同設(shè)計(jì)方法下的瀝青路面疲勞壽命就有必要進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；疲勞壽命；對(duì)比；設(shè)計(jì)方法

事實(shí)上，在瀝青路面施工之前，都會(huì)進(jìn)行其路面結(jié)構(gòu)的選擇，尤其要進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以預(yù)估其瀝青路面結(jié)構(gòu)的疲勞性能等，從而更好的保證瀝青路面施工的質(zhì)量，滿足路橋施工的要求。而設(shè)計(jì)防范的選擇就顯得極為關(guān)鍵，不同的設(shè)計(jì)方法具有很大的不同，國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)方法就有有著很多的不同點(diǎn)，而具體的預(yù)估效果還是值得進(jìn)行對(duì)比研究的，通過(guò)科學(xué)的對(duì)比，為設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)提供有效的參考，同時(shí)也能更好的優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)，保證其路面疲勞性能良好。

1 我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法與殼牌設(shè)計(jì)方法的對(duì)比分析

實(shí)際上，在瀝青路面的設(shè)計(jì)方法上，國(guó)內(nèi)外有些不同，以殼牌設(shè)計(jì)方法為例，這種設(shè)計(jì)方法就較為成熟，經(jīng)過(guò)有關(guān)研究表明，其路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與路面性能的性慣性較好。而我國(guó)的瀝青設(shè)計(jì)方法也在不斷的完善過(guò)程中，對(duì)于這兩種設(shè)計(jì)方法而言，就有必要進(jìn)行對(duì)此分析。

1.1 設(shè)計(jì)理論

針對(duì)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)和殼牌設(shè)計(jì)方法而言，設(shè)計(jì)理論上就有著很大的不同。首先，就我國(guó)的瀝青設(shè)計(jì)方法而言，最早誕生于上個(gè)世界的六十年代，后來(lái)也經(jīng)過(guò)多次的補(bǔ)充和完善，最終初步構(gòu)成了靜態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù)以及靜態(tài)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)的瀝青路面設(shè)計(jì)體系。主要是按照一定的原則進(jìn)行相關(guān)彎沉值的計(jì)算。而就殼牌設(shè)計(jì)方法而言，它也起源較早，是人們研究下的成果，與我國(guó)的設(shè)計(jì)理論不一樣，它主要依據(jù)的是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，后來(lái)也經(jīng)過(guò)不斷的修訂，現(xiàn)階段比較常用的就是力學(xué)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，主要考慮了變形、不平整度等可靠度等問(wèn)題。

1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

在設(shè)計(jì)指標(biāo)上，我國(guó)的瀝青路面設(shè)計(jì)方法與殼牌設(shè)計(jì)方法也有所不同。前者的設(shè)計(jì)方法主要是以路表的彎沉以及層底的應(yīng)變等參數(shù)為設(shè)計(jì)指標(biāo)，其設(shè)計(jì)彎沉則是其整體的路面剛度指標(biāo)，對(duì)于后續(xù)路面設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展起到一定的指導(dǎo)作用。就我國(guó)的設(shè)計(jì)中的指標(biāo)而言，它主要考慮的是路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性能等，按照現(xiàn)行的路面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行路面的設(shè)計(jì)，能夠取得一定的設(shè)計(jì)效果，但是在惡劣條件下也容易出現(xiàn)一些問(wèn)題。而針對(duì)后者的設(shè)計(jì)方法而言，它主要是以瀝青層底彎拉應(yīng)變和土基頂面壓應(yīng)變?yōu)榛镜脑O(shè)計(jì)指標(biāo)，通過(guò)建立一些的關(guān)系式，能夠更好的反映出路面結(jié)構(gòu)的性能。

1.3 材料設(shè)計(jì)參數(shù)

在材料設(shè)計(jì)參數(shù)上，我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法與殼牌設(shè)計(jì)方法也存在一些不同之處。實(shí)際上，可以說(shuō)材料參數(shù)對(duì)于路面的設(shè)計(jì)起著極為關(guān)鍵的作用，是重要的參數(shù)之一，而材料的模量則是路面結(jié)構(gòu)中的重要材料參數(shù)，基本代表著其材料剛度的特性指標(biāo)。所以，在實(shí)際進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要加強(qiáng)對(duì)于瀝青路面結(jié)構(gòu)性能的研究，已確定材料最終的模量值。而針對(duì)本文中的國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)方法而言，其中材料參數(shù)的主要區(qū)別就在于其材料測(cè)試的具體方法上。一般而言，我國(guó)設(shè)計(jì)中都是采用靜態(tài)試驗(yàn)方法，而殼牌設(shè)計(jì)方法則主要采用動(dòng)態(tài)的測(cè)試方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，最終反映出瀝青路面材料的性能。

1.4 性能評(píng)估

本文中的國(guó)內(nèi)外兩種設(shè)計(jì)方法的不同之處還體現(xiàn)在性能評(píng)估上，這也是關(guān)鍵的部分。針對(duì)我國(guó)設(shè)計(jì)方法而言，往往是通過(guò)其整體結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算，從而驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)性能，而殼牌設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用往往有一定的預(yù)估模型，通過(guò)輸入各種參數(shù)來(lái)進(jìn)行預(yù)估，從而加以裂縫深度以及疲勞壽命等方面的預(yù)估驗(yàn)算，最終通過(guò)軟件來(lái)觀看其路面性能等。

2 不同設(shè)計(jì)方法下瀝青路面疲勞壽命對(duì)比

依托某高速公路耐久性試驗(yàn)路工程，對(duì)三種結(jié)構(gòu)型式瀝青路面進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，應(yīng)用國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)方法對(duì)比分析其疲勞壽命，并結(jié)合多年跟蹤觀測(cè)結(jié)果，以探索最佳的耐久性瀝青路面結(jié)構(gòu)型式。

2.1 計(jì)算模型及參數(shù)

（1）計(jì)算模型。采用的雙圓均布荷載，作用半徑為10.65cm，荷載圓中心間距31.95cm，荷載0.707MPa.路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)計(jì)算采用BISAR3.0軟件，假設(shè)層間完全連續(xù)。（2）計(jì)算參數(shù)。高速公路長(zhǎng)壽命試驗(yàn)路項(xiàng)目共鋪筑三種結(jié)構(gòu)試驗(yàn)路，長(zhǎng)度分別為951.5，1037，969m.其中，結(jié)構(gòu)一基層為加強(qiáng)型半剛性基層；結(jié)構(gòu)二為碾壓混凝土（RCC）基層；結(jié)構(gòu)三為倒裝式半剛性基層。

2.2 力學(xué)響應(yīng)分析

以路表彎沉、瀝青層底拉應(yīng)力及基層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)；國(guó)外以殼牌設(shè)計(jì)方法為代表的柔性路面設(shè)計(jì)法以瀝青層底拉應(yīng)變、土基表面壓應(yīng)變?yōu)樵O(shè)計(jì)指標(biāo).針對(duì)以上規(guī)范，分別提取其設(shè)計(jì)指標(biāo)在路表或關(guān)鍵層底沿橫斷面方向的30個(gè)數(shù)值，借助origin軟件繪制圖像。

2.3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

（1）我國(guó)2017版規(guī)范。本節(jié)僅分析三種結(jié)構(gòu)瀝青層的永久變形量，給出了瀝青混合料永久變形量驗(yàn)算公式，將BISAR計(jì)算得到的各分層豎向壓應(yīng)力計(jì)算結(jié)果代入公式，得到永久變形量見(jiàn)表1。

（2）殼牌設(shè)計(jì)法。殼牌設(shè)計(jì)方法指標(biāo)為瀝青層底彎拉應(yīng)變和土基頂面壓應(yīng)變，瀝青層底最大彎拉應(yīng)變和土基頂面最大壓應(yīng)變計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

2.4 疲勞壽命

（1）按照我國(guó)規(guī)范驗(yàn)算。通過(guò)彎沉值反算得到的疲勞壽命顯著大于通過(guò)基層底拉應(yīng)力反算得到的疲勞壽命。按照取最小值，三種結(jié)構(gòu)的疲勞壽命大小順序：結(jié)構(gòu)一>結(jié)構(gòu)二>結(jié)構(gòu)三，且結(jié)構(gòu)一和結(jié)構(gòu)二疲勞壽命數(shù)量級(jí)大于結(jié)構(gòu)三；按照我國(guó)新版規(guī)范設(shè)計(jì)理論，根據(jù)基層底最大拉應(yīng)力驗(yàn)算得到的結(jié)果將與相同，不同之處在于增加了瀝青層永久變形量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可得三種結(jié)構(gòu)的疲勞壽命大小順序仍然為：結(jié)構(gòu)一>結(jié)構(gòu)二>結(jié)構(gòu)三。（2）按照殼牌設(shè)計(jì)法驗(yàn)算。按照疲勞壽命取最小值原則，三種結(jié)構(gòu)的疲勞壽命大小順序：結(jié)構(gòu)一>結(jié)構(gòu)二>結(jié)構(gòu)三。對(duì)比我國(guó)規(guī)范與殼牌設(shè)計(jì)法的疲勞壽命計(jì)算結(jié)果，預(yù)估結(jié)果大小順序一致.因殼牌設(shè)計(jì)法主要針對(duì)于柔性路面，其計(jì)算結(jié)果普遍小于我國(guó)規(guī)范計(jì)算結(jié)果。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的不斷向前發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域都獲得了較大的發(fā)展，我國(guó)交通道路事業(yè)也取得了一定的進(jìn)步，這與道路工程的建設(shè)有著密不可分的關(guān)系。而瀝青路面作為常見(jiàn)的路面類型之一，其路面結(jié)構(gòu)的選擇以及設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用都是人們關(guān)心的重點(diǎn)，本文主要以某高度公路的試驗(yàn)路面的三種路面結(jié)構(gòu)為依托，運(yùn)用我國(guó)設(shè)計(jì)方法以及殼牌設(shè)計(jì)法進(jìn)行預(yù)估，并進(jìn)行路面疲勞壽命對(duì)比分析，實(shí)際結(jié)果可知，預(yù)估的結(jié)果大致一樣，這些設(shè)計(jì)方法值得被人們加以借鑒，選擇改性型半剛性基層和碾壓混凝土基層瀝青路面疲勞性能更好。

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