韓紅青，李祥斌 湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079

近年來，我國各地區(qū)的聯(lián)系越來越緊密，車輛對公路的荷載作用越來越大，在這種情況下，人們對公路路面的要求也越來越高。為滿足車輛荷載需求，在進行公路瀝青路面厚度設(shè)計時，設(shè)計人員經(jīng)常會以瀝青混凝土層層底拉應(yīng)力、半剛性材料層層底拉應(yīng)力、路表回彈彎沉值等為設(shè)計指標，并根據(jù)相應(yīng)算式，分析路基回彈模量對路面厚度設(shè)計的影響。在確定路基回彈模量衰減時，人們經(jīng)常會采用室內(nèi)試驗法、查表法、換算法、公路調(diào)查法等，同時會對最不利環(huán)境進行分析。實際表明，隨著自然環(huán)境的惡劣，路基回彈模量會逐漸衰減，甚至?xí)隹煽刂品秶谶@種情況下，必須研究分析路基回彈模量衰減對公路瀝青路面厚度設(shè)計的影響，這樣才能為公路瀝青路面的正常使用提供保障。

1 算法

1.1 確定設(shè)計指標

在確定公路瀝青路面厚度時，其設(shè)計指標為瀝青混凝土層層底拉應(yīng)力、半剛性材料層層底拉應(yīng)力、路表回彈彎沉值。其中在計算瀝青混凝土層層底拉應(yīng)力或者半剛性材料層層底拉應(yīng)力時，采用公式σR=σS/KS進行計算，在該公式中，σR表示公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料允許拉應(yīng)力;σS表示瀝青混凝土或者半剛性材料的極限拉裂程度;KS表示材料抗拉強度系數(shù)。

1.2 計算公路瀝青路面厚度

假設(shè)多層彈性理論以及層間接觸條件是完全連續(xù)，在荷載均勻分布的作用下，計算公路瀝青路面厚度，在計算過程中，要保證設(shè)計彎沉值ld大于或者等于計算彎沉值lS，也就是ld≥lS=2000pδαcF/E1，其中αc=f(h1/δ，h2/δ，h3/δ···hn-1/δ，E2/E1，E3/E2，E4/E3···E0/En-1)，F(xiàn)=1.63(lS/(2000δ)0.3δ(E0/p)0.36)。式中p、δ 表示標準車輪胎接地壓強以當量圓半徑;αc表示理論彎沉系數(shù);F 表示彎沉修正系數(shù);E1、E2、En-1表示路面各層材料抗壓回彈模量，E0表示路基回彈模量，h1、h2、hn-1表示路面各結(jié)構(gòu)層厚度。

1.3 路基回彈模量衰減對瀝青路面厚度設(shè)計的影響

在確定路基回彈模量時，經(jīng)常會采用預(yù)估的方式，然后根據(jù)路基回彈模量確定瀝青路面厚度，設(shè)公路在使用一段時間后，其路基回彈模量衰減等于Ex，則Fx=1.63(lS/(2000δ)0.3δ(Ex/p)0.36)，其中Fx是指在Ex下對應(yīng)的彎沉修正系數(shù)，帶入彎沉值計算公式中，得出lSx=4398.13δ(αcxp0.64E0.36x/E1)1.61，得出定義路基回彈模量衰減率ΔE0=［(E0-Ex)/E0］×100%。由于Ex＜E0，因此，當路基回彈模量衰減率達到一定程度時，lSx＞ld，則使得設(shè)計出來的公路瀝青路面無法滿足實際需求。

2 實例驗證

2.1 基本資料

某城市計劃在年初新建一條雙向二級公路，公路路面采用瀝青路面，預(yù)計該公路在投運第一年平均當量軸次為1200 次/天，設(shè)計交通年增長率為8%。該公路的土質(zhì)為黏性土質(zhì)，并且地下水距離路槽3.17m，路基屬于中濕類，該公路最大凍深為185cm，另外在該公路儲藏有豐富的石灰資源和碎石資源。

2.2 計算結(jié)果

根據(jù)以上公式，計算路面結(jié)構(gòu)層厚度，該公路路面結(jié)構(gòu)層從上到下為中粒式瀝青混凝土、粗粒式瀝青混凝土、級配砂礫、路基土，其計算結(jié)果為:中粒式瀝青混凝土的厚度h1=4cm、計算彎沉值lS=29.72mm、公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料允許拉應(yīng)力σR=0.4MPa、回彈模量E1=1200MPa;粗粒式瀝青混凝土的厚度h2=6cm、計算彎沉值lS=29.72mm、公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料允許拉應(yīng)力σR=0.30MPa、回彈模量E2=1000MPa;級配砂礫的厚度h3=30cm、計算彎沉值lS=29.72mm、回彈模量E3=200MPa;二灰碎石的厚度h4=22cm、計算彎沉值lS=29.72mm、公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料允許拉應(yīng)力σR=0.37MPa、回彈模量E4=1500MPa;路基土的計算彎沉值lS=29.72mm、回彈模量E0=29MPa。

2.3 路基回彈模量衰減造成的影響

假設(shè)，公路在使用過程中，其路基回彈模量衰減達到20%，則路基回彈模量實際為23.2MPa，在這種情況下，計算得出彎沉值和路面結(jié)構(gòu)層材料允許拉應(yīng)力，從而判斷公路瀝青路面厚度受到路基回彈模量衰減的影響。

(1)路表彎沉理論分析。實際計算顯示，路基回彈模量衰減達到20%以后，其計算彎沉值會增加22.71%，也就是說路基回彈模量衰減會對計算彎沉造成很大的影響，甚至?xí)绊懫鋵嶋H值超出設(shè)計值。為深入研究路基回彈模量衰減對路表彎沉值的影響，假設(shè)路面結(jié)構(gòu)層其他條件不變，設(shè)定路基回彈模量E0 為10、20、30、40、50MPa 等幾種情況，其計算結(jié)果為:當路基回彈模量為10MPa 時，路表彎沉為22.41，路基頂面彎沉為17.68，路基頂面彎沉在路表彎沉中的比重為78.89%;當路基回彈模量為20MPa 時，路表彎沉為29.91，路基頂面彎沉為25.28，路基頂面彎沉在路表彎沉中的比重為84.52%;當路基回彈模量為30MPa 時，路表彎沉為33.29，路基頂面彎沉為28.67，路基頂面彎沉在路表彎沉中的比重為86.12%;當路基回彈模量為40MPa 時，路表彎沉為38.03，路基頂面彎沉為33.44，路基頂面彎沉在路表彎沉中的比重為87.93%;當路基回彈模量為50MPa 時，路表彎沉為45.28，路基頂面彎沉為40.72，路基頂面彎沉在路表彎沉中的比重為89.93%。從以上計算結(jié)果可以看出，隨著路基回彈模量衰減的增加，計算彎沉值會逐漸變大，因此，要盡量減小路基回彈模量衰減。

(2)基層底面拉應(yīng)力理論分析。另外計算結(jié)果還表明，路基回彈模量衰減達到20%以后，其瀝青混凝土層層底拉應(yīng)力不會發(fā)生太大的變化，而碎石基層底面彎拉應(yīng)力會增加7.41%，其增加度滿足路面結(jié)構(gòu)層材料的允許拉應(yīng)力要求。對于公路瀝青路面結(jié)構(gòu)，其層底拉應(yīng)力引起路面結(jié)構(gòu)層開裂的主要原因是，瀝青路面在長期使用過程中，在車輛荷載的作用下，瀝青路面會一直處于應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，這就會逐漸降低路面結(jié)構(gòu)的強度，當瀝青路面受到的荷載達到一定程度后，層底拉應(yīng)力就會逐漸引起路面開裂。瀝青路面穩(wěn)定性劈裂方程為lgNf=0.921-14.344 ×lg(σ/s)，式中Nf 表示公路使用壽命;σ 表示標準軸載下，基層底面水平拉應(yīng)力;s 表示材料極限劈裂強度。不同路基回彈模量下，基層底拉應(yīng)力及疲勞壽命的計算結(jié)果為:當路基回彈模量為10MPa 時，基層底拉應(yīng)力為0.0662MPa，基層疲勞壽命為273.01 ×1010次;當路基回彈模量為20MPa 時，基層底拉應(yīng)力為0.0689MPa，基層疲勞壽命為754.28 × 1010次;當路基回彈模量為30MPa 時，基層底拉應(yīng)力為0.0721MPa，基層疲勞壽命為393.3 ×1010次;當路基回彈模量為40MPa時，基層底拉應(yīng)力為0.0761MPa，基層疲勞壽命為171.29 ×1010次;當路基回彈模量為50MPa 時，基層底拉應(yīng)力為0.0881MPa，基層疲勞壽命為22.19 ×1010次。從以上計算結(jié)果可以看出，公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力會隨著路基回彈模量衰減的增加而變大，并且在總體上，基層疲勞壽命會隨著路基回彈模量衰減的增加而減小。

(3)路面剪應(yīng)力理論分析。在車輛橫向力的長期作用下，公路瀝青路面面層會產(chǎn)生剪應(yīng)力，為掌握路基回彈模量對路面剪應(yīng)力的影響，設(shè)定路基回彈模量為20MPa，然后分析距雙圓荷載中心0、0.5δ、1δ、1.5δ、2δ、2.5δ 下的瀝青面層底面剪應(yīng)力大小，設(shè)定計算深入h 為10cm，摩擦系數(shù)f 為0.3，則計算結(jié)果為:距雙圓荷載中心0 處的路面剪應(yīng)力為0.06MPa;距雙圓荷載中心5cm 處的路面剪應(yīng)力為0.12MPa;距雙圓荷載中心10cm 處的路面剪應(yīng)力為0.18MPa;距雙圓荷載中心15cm 處的路面剪應(yīng)力為0.2MPa;距雙圓荷載中心20cm 處的路面剪應(yīng)力為0.19MPa;距雙圓荷載中心25cm 處的路面剪應(yīng)力為0.14MPa。根據(jù)此計算結(jié)果可以看出，在距雙圓荷載中心15cm，也就是單圓荷載的中心位置，其路面剪應(yīng)力最大為0.2MPa，將此位置當做控制中心，分析剪應(yīng)力隨深度變化情況。實踐表明，當距路表深度為6cm 時，剪應(yīng)力最大，為0.23MPa，當距路表深度達到10cm 后，剪應(yīng)力不會隨著深度的增加而明顯變小。分析得出，隨著路基回彈模量的增加，路面剪應(yīng)力也會得到增加，但其增加幅度很小，從總體上看，路基回彈模量不會對路面剪應(yīng)力造成極大的影響。

3 總結(jié)

結(jié)合實際情況，對路基回彈模量衰減對公路瀝青路面厚度設(shè)計的影響進行分析，得出子啊充分考慮自然環(huán)境的條件下，公路瀝青路面厚度設(shè)計情況會受到路基回彈模量衰減的影響;同時當路基回彈模量衰減達到20%以后，其計算彎沉值會增加22.71%，也就是說路基回彈模量衰減會對計算彎沉造成很大的影響，甚至?xí)绊懫鋵嶋H值超出設(shè)計值;而瀝青混凝土層層底拉應(yīng)力不會發(fā)生太大的變化，但碎石基層底面彎拉應(yīng)力會增加7.41%，其增加度滿足路面結(jié)構(gòu)層材料的允許拉應(yīng)力要求。

［1］張健，王勁卓，張鑫等.路基回彈模量衰減對公路瀝青路面厚度設(shè)計的影響［J］.北華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，13(03):348-351.

［2］蘇紅敏.路基回彈模量對瀝青路面設(shè)計參數(shù)的影響［J］.黑龍江交通科技，2013(08):9-10.

［3］蘇國宏，胡斌，劉建華.材料回彈模量和路面結(jié)構(gòu)厚度對路表彎沉的影響［J］.研究市政技術(shù)，2015(01):125-127.