袁 偉

超薄磨耗層起源于法國(guó)，是一種新型的路面養(yǎng)護(hù)材料，實(shí)踐證明它是一種可以延長(zhǎng)路面壽命、改善行駛質(zhì)量、校正表面缺陷、提高安全特性、減小噪聲、增加路面強(qiáng)度等路面功能的表面層。超薄磨耗層適用于路面較平整、轍槽深度小于10 mm，無(wú)結(jié)構(gòu)性破壞的公路，也適用于新建公路的磨耗層，故越來(lái)越受到人們的重視。超薄磨耗層一般厚度為15 mm～25 mm，混合料可選用斷級(jí)配SMA-10，SAC-10或粗級(jí)配ACG-10等。結(jié)合料宜用改性瀝青或摻入其他添加劑，以提高超薄磨耗層的水穩(wěn)性。由于厚度比較薄，瀝青混合料的粒徑比較小，同時(shí)又要求有較好的構(gòu)造深度、抗滑性能和密實(shí)性能，故應(yīng)合理選擇集料、瀝青材料和級(jí)配類型。

1 力學(xué)分析

1.1 模型條件

要使超薄層充分發(fā)揮其作用，還要保證它與原路面具有良好的粘結(jié)，要達(dá)到此目的，對(duì)于厚度只有15 mm～25 mm的磨耗層來(lái)說(shuō)是很困難的，所以必須對(duì)層底應(yīng)力、應(yīng)變、彎沉值大小進(jìn)行計(jì)算，以獲得可靠的數(shù)據(jù)選擇合適的連接層，接下來(lái)就對(duì)磨耗層的層底拉應(yīng)力與彎沉進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，本研究的假設(shè)條件如下:

1)彈性層狀體系;2)BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)荷載;3)路面在常溫20℃;4)假設(shè)行車速度為60 km/h～120 km/h。

在上述情況下，磨耗層的鋪筑厚度分別在0 cm，1.5 cm，2.5 cm，4.0 cm時(shí)進(jìn)行層底應(yīng)力的計(jì)算，采用SHELL公司的瀝青路面力學(xué)軟件BISAR3.0進(jìn)行計(jì)算。初擬的結(jié)構(gòu)層見(jiàn)表1。

表1 初擬結(jié)構(gòu)層

軟件計(jì)算時(shí)采用以下模型:即X軸為行車方向，Y軸與車軸平行，Z軸垂直于X，Y軸的平面，車軸中心為原點(diǎn)，見(jiàn)圖1。

1.2 分析內(nèi)容

經(jīng)過(guò)計(jì)算可得到以下幾種關(guān)系:

1)當(dāng)采用超薄層加鋪厚度為1.5 cm，2.5 cm時(shí)，用軟件可以得到路面兩車軸中心(即原點(diǎn))各層層底的彎沉值，將兩種路面的層底彎沉繪入圖2。從圖2可以看出兩條曲線的趨勢(shì)是相同的，可知路面的最大彎沉值不是出現(xiàn)在路面頂，而是出現(xiàn)在路面稍下處，因此此處在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。

2)當(dāng)分別加鋪 0.0 cm，1.5 cm，2.5 cm，4.0 cm 的混合料時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)荷載下，其路表彎沉值發(fā)生了如圖3所示的變化。由圖3可看出，隨著加鋪層厚度的增加，路表的彎沉值不斷減小，按照此推斷為減小彎沉，應(yīng)該采用較厚的加鋪層，但這樣不但不經(jīng)濟(jì)而且自重的增加會(huì)造成原路面壓應(yīng)力過(guò)大，所以應(yīng)找個(gè)平衡點(diǎn)，這對(duì)于超薄磨耗層發(fā)展來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，還需作進(jìn)一步的研究。

3)在標(biāo)準(zhǔn)荷載下，假定磨耗層的攤鋪厚度為1.5 cm，分別對(duì)輪底、輪中兩個(gè)位置應(yīng)力隨深度的變化進(jìn)行研究，可得到圖4，圖5。

對(duì)比圖4，圖5可以得出在車輪底部(路表)X，Y，Z軸三個(gè)方向均表現(xiàn)出較大的壓應(yīng)力，隨著深度的增加壓應(yīng)力逐漸減小，X，Y方向從壓應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，但是從深度可以看出超薄層底部在三個(gè)方向均表現(xiàn)出壓應(yīng)力，因此，超薄層包括粘結(jié)層在內(nèi)應(yīng)主要考慮其抗壓能力，抗拉性指標(biāo)要求可以小些。

另外，在圖4，圖5中深度達(dá)到0.2 m時(shí)X，Y軸方向(除了輪中Y方向)均表現(xiàn)出較大的拉應(yīng)力，而在這個(gè)深度恰好是半剛性基層，半剛性基層的抗拉性差容易產(chǎn)生裂縫發(fā)生水損害，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量通過(guò)改變厚度，使半剛性基層避免出現(xiàn)大的拉應(yīng)力，而使其受壓。

4)為了研究采用不同的加鋪厚度對(duì)薄層底、原路面下輪中間X，Y兩個(gè)方向的應(yīng)力變化，作了如下計(jì)算，在標(biāo)準(zhǔn)荷載下，當(dāng)采用的加鋪厚度為 0.0 cm，1.5 cm，2.5 cm，4.0 cm 時(shí)用軟件計(jì)算超薄磨耗層下及原路面第一層的應(yīng)力，如圖6，圖7所示。

從圖6可以看出不加薄層時(shí)表面表現(xiàn)出很大的壓應(yīng)力，當(dāng)加上磨耗層時(shí)薄層下的應(yīng)力大幅變小，且X，Y方向隨加鋪厚度的增加應(yīng)力相差不大且上下幅度不大，X方向壓應(yīng)力有減小的趨勢(shì)，而Y方向壓應(yīng)力有增大的趨勢(shì)。

圖7中Y方向的壓應(yīng)力要大于X方向的應(yīng)力，且兩個(gè)方向壓應(yīng)力隨攤鋪厚度的增加都表現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)最終會(huì)導(dǎo)致薄層內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，因此加鋪厚度不能太大，以免拉應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生裂縫。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用BISAR軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的分析比較發(fā)現(xiàn)了如下規(guī)律:

1)路面的最大彎沉值不是出現(xiàn)在路面而是出現(xiàn)在路表稍下處。2)隨著加鋪層厚度的增加，路表彎沉值不斷減小。3)當(dāng)加鋪厚度為1.5 cm時(shí)薄層內(nèi)并未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最大的拉應(yīng)力出現(xiàn)在大致2.0 cm處，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)這層的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)。4)隨著加鋪層厚的增加，薄層下X，Y方向的應(yīng)力并不會(huì)出現(xiàn)較大的變化，原路面第一層下兩方向應(yīng)力有相同的變化趨勢(shì)。5)另外有研究表明各結(jié)構(gòu)層的拉應(yīng)力值隨荷載的增長(zhǎng)而逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)超限160%，其值大約是標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的2倍多，因此，為避免路面發(fā)生過(guò)早的破壞，應(yīng)限制超載現(xiàn)象。以上分析均是在標(biāo)準(zhǔn)荷載、特定結(jié)構(gòu)層情況下得出的，普遍性還有待于工作者的進(jìn)一步研究，以期待為超薄層結(jié)構(gòu)的研究帶來(lái)更廣闊的前景。

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