□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(qū)的瀝青路面結(jié)構(gòu)為例，在現(xiàn)有規(guī)范條件下研究重載作用時的力學響應，利用路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)參數(shù)對路面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。

路面；重載；瀝青；力學響應

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

1 典型路面結(jié)構(gòu)模型

為便于說明問題，采用統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式來有效分析結(jié)構(gòu)層參數(shù)對路面各項指標的影響規(guī)律。結(jié)構(gòu)形式見表1，其中模量及劈裂強度均采用規(guī)范規(guī)定范圍的中值。

表1 計算采用的路面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層（包括土基）各自變形的綜合結(jié)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(shù)f=0.3的情況下，各結(jié)構(gòu)層參數(shù)對路表彎沉的影響規(guī)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(jié)構(gòu)層的模量與厚度以及土基模量來實現(xiàn)；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(xù)增加土基模量對減小彎沉值意義不大。

如果考慮各結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式見表2。

表2 計算采用的路面結(jié)構(gòu)

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(shù)少些，采用3種水平的正交，見表3,結(jié)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(shù)少些，采用3種水平的正交，見5表，結(jié)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(xù)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(jié)論

重載作用下設計彎沉值普遍較小，要保證路面結(jié)構(gòu)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(yōu)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(yōu)良的配合比，以獲得合適的抗壓模量和優(yōu)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(guī)范［S］.

［2］楊 群.高速公路瀝青穩(wěn)定基層結(jié)構(gòu)與設計方法研究［D］.南京：東南大學，2001.

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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。